KR20210073190A - 수직 착륙을 위한 틸트로터 항공기, 방법 및 컴퓨터 프로그램 - Google Patents

수직 착륙을 위한 틸트로터 항공기, 방법 및 컴퓨터 프로그램 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기는, 중력 방향에 수직한 기준면에 대하여 피치 자세각을 가지는 몸체; 날개를 통해 상기 몸체에 연결되고, 상기 기준면에 대하여 틸트각을 가지는 로터; 상기 몸체에 배치되고, 지면까지의 거리를 측정하는 거리 측정 센서; 상기 몸체와 상기 거리 측정 센서 사이에 배치되고, 소정의 각도로 회전하면서 상기 거리 측정 센서의 측정 각도를 조절하는 회전부; 착륙 모드에서 착륙지를 결정하도록 구성되는 데이터 처리부; 및 상기 몸체가 상기 착륙지의 경사면에 수직 착륙하도록, 상기 착륙지의 경사각을 기초로 상기 피치 자세각 및 상기 틸트각을 제어하는 비행 컨트롤러를 포함하고, 상기 데이터 처리부는, 상기 회전부 및 상기 거리 측정 센서를 이용하여 상기 거리 측정 센서의 상기 측정 각도를 변경하면서 상기 지면 상의 복수의 지점들까지의 거리를 측정하여 각도 별 거리 데이터를 생성하고, 상기 각도 별 거리 데이터 및 상기 피치 자세각에 기초하여, 상기 복수의 지점들의 좌표 데이터를 생성하고, 상기 좌표 데이터에 기초하여, 상기 복수의 지점들 사이의 경사각들을 산출하고, 상기 경사각들 중 최소인 제1 경사각을 기초로 상기 착륙지를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

수직 착륙을 위한 틸트로터 항공기, 방법 및 컴퓨터 프로그램{TILT-ROTOR AIRCRAFT, METHOD AND COMPUTER PROGRAM FOR VERTICAL LANDING}
본 발명은 틸트로터 항공기 및 이를 이용한 수직 착륙 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 경사면에도 수직 착륙할 수 있는 틸트로터 항공기 및 이를 이용한 수직 착륙 방법에 관한 것이다.
틸트로터 항공기는 수직이착륙 모드 및 전진비행 모드 전환이 가능한 항공기이다. 일반적인 틸트로터 항공기는, 날개 좌우 끝단에 각각 반대방향으로 회전하는 로터(rotor)를 가진다. 이 때 로터를 포함하는 나셀(nacelle)의 각도를 변화시켜 비행모드를 전환한다. 즉 로터의 회전축을 지면에 수직하게 하는 경우, 헬리콥터와 같은 회전익을 가지게 되어 수직이착륙이 가능하고, 로터의 회전축을 지면과 평행하게 하는 경우, 로터는 프로펠러(propeller)처럼 기능하여 고속 전진비행을 할 수 있게 된다.
또한, 틸트로터 항공기는 제어부에 저장된 알고리즘에 의해 기체의 위치와 고도, 속도를 조절하여 비행하거나 착륙할 수 있다. 일반적으로 틸트로터 항공기는 거의 평탄한 장소에서 이착륙하나, 기체 파손 및 결함, 연료 부족, 날씨 변화 등의 예기치 못한 요인으로 인하여 임의의 장소에 비상 착륙할 수 있다. 이러한 경우, 틸트로터 항공기는 고도만을 측정하여 착륙하므로, 착륙하는 임의의 장소가 경사면일 경우 기체가 파손될 위험성이 높아진다. 따라서, 틸트로터 항공기가 경사면에서도 기체의 손상 없이 안전하게 착륙할 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명은 틸트로터 항공기가 경사면에 착륙할 때 몸체의 손상 없이 안전하게 경사면에 착륙할 수 있는 틸트로터 항공기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기는, 중력 방향에 수직한 기준면에 대하여 피치 자세각을 가지는 몸체; 날개를 통해 상기 몸체에 연결되고, 상기 기준면에 대하여 틸트각을 가지는 로터; 상기 몸체에 배치되고, 지면까지의 거리를 측정하는 거리 측정 센서; 상기 몸체와 상기 거리 측정 센서 사이에 배치되고, 소정의 각도로 회전하면서 상기 거리 측정 센서의 측정 각도를 조절하는 회전부; 착륙 모드에서 착륙지를 결정하도록 구성되는 데이터 처리부; 및 상기 몸체가 상기 착륙지의 경사면에 수직 착륙하도록, 상기 착륙지의 경사각을 기초로 상기 피치 자세각 및 상기 틸트각을 제어하는 비행 컨트롤러를 포함하고, 상기 데이터 처리부는, 상기 회전부 및 상기 거리 측정 센서를 이용하여 상기 거리 측정 센서의 상기 측정 각도를 변경하면서 상기 지면 상의 복수의 지점들까지의 거리를 측정하여 각도 별 거리 데이터를 생성하고, 상기 각도 별 거리 데이터 및 상기 피치 자세각에 기초하여, 상기 복수의 지점들의 좌표 데이터를 생성하고, 상기 좌표 데이터에 기초하여, 상기 복수의 지점들 사이의 경사각들을 산출하고, 상기 경사각들 중 최소인 제1 경사각을 기초로 상기 착륙지를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 비행 컨트롤러는, 상기 착륙 모드의 종점에서, 상기 피치 자세각이 상기 제1 경사각과 동일하도록 제어하는 제1 비행 컨트롤러;를 포함할 수 있다.
상기 비행 컨트롤러는, 상기 착륙 모드의 종점에서, 상기 틸트각이 상기 몸체가 수직 착륙할 수 있는 각도가 되도록 제어하는 제2 비행 컨트롤러;를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 비행 컨트롤러는, 상기 틸트각이 상기 몸체의 시위선을 기준으로 측정한 틸트각일 때, 상기 착륙 모드 동안 상기 틸트각이 (90˚-2×(피치 자세각))보다 크고, 90˚보다 작도록 제어할 수 있다.
상기 제2 비행 컨트롤러는, 상기 착륙 모드의 종점에서 상기 틸트각이 (90˚-(피치 자세각))이 되도록 제어하여 상기 몸체가 수직 착륙할 수 있도록 할 수 있다.
상기 틸트로터 항공기는, 상기 로터에 포함되고, 회전하여 양력 및 추력을 발생시키며, 블레이드 피치각을 가지는 블레이드; 및 상기 틸트각이 0˚보다 큰 경우에도, 상기 블레이드 피치각을 조절하여, 상기 몸체가 상기 착륙지의 경사면에 수직 착륙할 수 있도록 제어하는 블레이드 제어부;를 더 포함할 수 있다.
상기 거리 측정 센서는 X축 및 Y축을 중심으로 회전할 수 있다.
상기 데이터 처리부는, 상기 각도 별 거리 데이터에 기초하여, 상기 복수의 지점들의 몸체 중심 좌표계 상의 제1 좌표 데이터를 생성하고, 상기 제1 좌표 데이터를 상기 피치 자세각만큼 회전하여 제2 좌표 데이터를 생성하고, 상기 제2 좌표 데이터에 기초하여, 상기 복수의 지점들 사이의 경사각들을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기의 수직 착륙 방법은, 몸체와 로터를 포함하는 틸트로터 항공기가 경사진 지면 상에 수직으로 착륙하는 방법에 있어서, 회전부가 소정의 각도로 회전하면서 거리 측정 센서의 측정 각도를 변경하여, 상기 거리 측정 센서가 상기 지면 상의 복수의 지점들까지의 거리인 각도 별 거리 데이터를 생성하는 단계; 상기 각도 별 거리 데이터 및 상기 몸체의 피치 자세각에 기초하여, 상기 복수의 지점들의 좌표 데이터를 생성하는 단계; 상기 좌표 데이터에 기초하여 상기 복수의 지점들 사이의 경사각들을 산출하는 단계; 상기 경사각들 중 최소인 제1 경사각을 기초로 착륙지를 결정하는 단계; 상기 착륙지의 경사각을 기초로, 상기 피치 자세각 및 상기 로터의 틸트각을 제어하는 단계; 및 상기 몸체가 상기 착륙지의 경사면에 수직 착륙하는 단계;를 포함한다.
상기 착륙지의 경사각을 기초로, 상기 피치 자세각 및 상기 로터의 틸트각을 제어하는 단계는, 착륙 모드의 종점에서, 상기 피치 자세각이 상기 제1 경사각과 동일하도록 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 착륙지의 경사각을 기초로, 상기 피치 자세각 및 상기 로터의 틸트각을 제어하는 단계는, 상기 착륙 모드의 종점에서 상기 틸트각을 상기 몸체가 수직 착륙할 수 있는 각도가 되도록 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 틸트각이 상기 몸체의 시위선을 기준으로 측정한 틸트각일 때, 상기 착륙 모드 동안 상기 틸트각이 (90˚-2×(피치 자세각))보다 크고, 90˚보다 작도록 제어할 수 있다.
상기 착륙 모드의 종점에서 상기 틸트각이 (90˚-(피치 자세각))이 되도록 제어하여 상기 몸체가 수직 착륙할 수 있도록 할 수 있다.
상기 몸체가 상기 착륙지의 경사면에 수직 착륙하는 단계는, 상기 로터에 포함되고 회전하여 양력 및 추력을 발생시키며 블레이드 피치각을 가지는 블레이드, 및 상기 블레이드를 제어하는 블레이드 제어부를 이용하여, 상기 틸트각이 0˚보다 큰 경우에도, 상기 블레이드 피치각을 조절하여, 상기 몸체가 상기 착륙지의 경사면에 수직 착륙할 수 있도록 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 거리 측정 센서가 상기 각도 별 거리 데이터를 생성하는 단계에서, 상기 거리 측정 센서는 X축 및 Y축을 중심으로 회전할 수 있다.
상기 각도 별 거리 데이터 및 상기 좌표 데이터에 기초하여, 상기 복수의 지점들 사이의 경사각들을 산출하는 단계는, 상기 각도 별 거리 데이터에 기초하여, 상기 복수의 지점들의 몸체 중심 좌표계 상의 제1 좌표 데이터를 생성하는 단계; 상기 제1 좌표 데이터를 상기 피치 자세각만큼 회전하여 제2 좌표 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 제2 좌표 데이터에 기초하여, 상기 복수의 지점들 사이의 경사각들을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터를 이용하여 전술한 틸트로터 항공기의 수직 착륙 방법을 실행하기 위하여 매체에 저장된다.
본 발명에 따르면, 거리 측정 센서를 통해 측정한 지면의 경사각들을 이용하여 틸트로터 항공기의 몸체 및 로터의 각도를 제어함으로써, 틸트로터 항공기가 몸체의 손상 없이 경사면에도 수직 착륙할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기의 다른 모습을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2a는 도 1a의 틸트로터 항공기를 Y축에서 바라본 좌측면도이다.
도 2b는 도 1b의 틸트로터 항공기를 Y축에서 바라본 좌측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기의 경사도 산출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기가 경사진 지면 상에 수직 착륙하는 상태를 간략히 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기의 수직 착륙 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기의 수직 착륙 방법의 특정 단계를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기의 수직 착륙 방법의 특정 단계를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용된다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다"고 할 때, 이는 그 다른 구성요소와 직접적으로 연결되는 것뿐만 아니라, 또다른 구성요소에 의해 간접적으로 연결되는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하, 도 1a 및 도 1b를 참고하여 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기의 구성에 대하여 설명한다. 도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기의 다른 모습을 개략적으로 도시한 사시도이다.
일 실시예에 따른 틸트로터 항공기(tilt-rotor aircraft, 100)는 몸체(10), 날개(20), 로터(rotor, 30), 거리 측정 센서(40), 데이터 처리부(50) 및 비행 컨트롤러(60)를 포함한다. 틸트로터 항공기(100)는 날개(20)에 연결된 로터(30)의 틸트각(RT)을 조절하여 수직이착륙 또는 전진비행 여부를 결정할 수 있다.
도 1a 및 도 1b에서, 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기(100)의 몸체(10)는 중력 방향에 수직한 기준면(XY 평면, 이하 기준면이라 한다.)에 대하여 소정의 각도로 배치될 수 있다.
날개(20)는 틸트로터 항공기(100)에 양력을 발생시킬 뿐만 아니라, 로터(30)가 포함되는 나셀(nacelle, N)을 몸체(10)와 연결하는 역할을 수행한다. 로터(30)에 포함되는 블레이드(30B) 역시, 회전을 통해 틸트로터 항공기(100)에 양력 및 추력을 발생시킬 수 있다.
로터(30)는 날개(20)를 통해 몸체(10)와 연결될 수 있다. 로터(30)는 회전하여 양력 및 추력을 발생시키는 블레이드(30B), 블레이드 피치각(BP)을 제어하는 블레이드 제어부(30C) 및 로터(30)와 날개(20)를 연결하는 틸트중심축(70)을 포함할 수 있다. 블레이드 피치각(BP)에 관하여는 후술하는 도 2a 및 도 2b에서 상세히 설명하기로 한다.
거리 측정 센서(40)는 최소 경사각을 가지는 지면에 항공기가 수직 착륙할 수 있도록, 몸체(10)로부터 지면까지의 거리를 측정할 수 있다. 거리 측정 센서(40)는 회전부(40R)를 통해 몸체(10)에 배치될 수 있다. 즉, 회전부(40R)는 몸체(10)와 거리 측정 센서(40) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 회전부(40R)는 소정의 각도로 회전하면서 거리 측정 센서(40)의 측정 각도를 조절할 수 있다. 거리 측정 센서(40)는 회전부(40R)의 회전에 따라 측정 각도를 변경하면서, 지면까지의 거리를 측정할 수 있다.
거리 측정 센서(40)는 X축을 중심으로 회전할 수 있다. 실시예에 따라서, 거리 측정 센서(40)는 X축 및 Y축을 중심으로 2축 회전할 수 있다. X축과 Y축은 서로 직각일 수 있다. 다른 실시예에 따라서, 거리 측정 센서(40)는 X축, Y축 및 Z축을 중심으로 3축 회전할 수도 있다. X축, Y축 및 Z축은 서로 직각일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 거리 측정 센서(40)는 거리를 측정하는 센서를 복수 개 포함할 수 있으며, 복수 개의 센서는 1축, 2축 또는 3축 회전할 수 있다.
데이터 처리부(50)는 틸트로터 항공기(100)의 착륙 모드에서 착륙지를 결정하도록 구성된다.
구체적으로, 데이터 처리부(50)는 회전부(40R) 및 거리 측정 센서(40)를 이용하여 지면 상의 복수의 지점들까지의 거리를 측정하여 '각도 별 거리 데이터'를 생성할 수 있다. 또한 데이터 처리부(50)는 상기 각도 별 거리 데이터를 기초로 상기 복수의 지점들 사이의 경사각들을 산출하고, 상기 경사각들 중 최소 경사각을 기초로 항공기의 착륙지를 결정할 수 있다.
데이터 처리부(50)의 기능에 관하여는, 도 4에서 더 상세히 설명하기로 한다.
비행 컨트롤러(60)는 착륙지의 경사각을 기초로 항공기가 경사면 상에 수직 착륙할 수 있도록 몸체(10) 및 로터(30)의 움직임을 제어할 수 있다. 비행 컨트롤러(60)는 몸체(10)의 피치 자세각(도 2a, 2b의 PA)를 제어하는 제1 비행 컨트롤러(61) 및 로터(30)의 틸트각(RT)을 제어하는 제2 비행 컨트롤러(62)를 포함할 수 있다.
제1 비행 컨트롤러(61)는 몸체(10)에 배치될 수 있다. 제1 비행 컨트롤러(61)는 항공기의 착륙 모드의 종점, 즉 항공기가 착륙할 때, 몸체(10)의 경사각인 피치 자세각(PA)이 착륙지의 경사면과 평행하도록 제어할 수 있다. 제2 비행 컨트롤러(62)는 로터(30)에 배치될 수 있다. 제2 비행 컨트롤러(62)는 항공기가 착륙할 때 착륙지의 경사면에 수직 착륙할 수 있도록 로터(30)의 틸트각(RT)을 제어할 수 있다.
비행 컨트롤러(60)의 몸체(10) 및 로터(30)의 각도 제어에 대하여는, 도 5에서 더 상세히 설명하기로 한다.
도 1a, 1b에서는 데이터 처리부(50) 및 제1 비행 컨트롤러(61)가 몸체(10)에 배치되고, 제2 비행 컨트롤러(62)가 로터(30)에 배치되도록 도시하였으나, 데이터 처리부(50) 및 비행 컨트롤러(60)의 배치는 본 발명을 한정하지 않는다.
도 1a 및 도 1b 각각은 틸트로터 항공기(100)의 2가지 비행 모드를 나타낸다. 도 1a를 참고하면, 로터(30)의 회전축이 지면 또는 몸체(10)의 길이 방향(도 1a에서 X축 방향일 수 있다.)에 수직 방향으로 향해 있다. 이때 로터(30)의 틸트각(RT)은 지면과 로터(30)의 회전축이 이루는 각도를 의미할 수 있다. 즉 도 1a에서의 틸트각(RT)은 90˚(도)일 수 있다. 이때, 블레이드(30B)의 회전면이 지면과 평행한 경우, 틸트로터 항공기(100)는 수직이착륙(VTOL; Vertical Take-off and Landing)을 할 수 있는 상태가 된다.
한편 몸체(10)의 좌우측에 각각 위치한 로터(30)는 반대방향으로 회전하여 서로의 각운동량을 상쇄시킬 수 있다. 따라서 틸트로터 항공기(100)는 별도의 테일로터(tail rotor)가 필요하지 않을 수 있다.
이와 달리, 도 1b에서는 로터(30)의 회전축이 지면 또는 몸체(10)의 길이 방향에 평행한 방향으로 향해 있다. 즉 이 때 틸트각(RT)은 0˚이다. 이 때는, 로터(30)는 프로펠러(propeller)로서 기능하므로, 전진비행이 가능한 상태가 된다. 즉 틸트로터 항공기(100)는 비행 평면에 대한 로터(30)의 틸트각(RT)을 조절하여, 수직이착륙 또는 전진비행 여부를 결정할 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용된다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다"고 할 때, 이는 그 다른 구성요소와 직접적으로 연결되는 것뿐만 아니라, 또다른 구성요소에 의해 간접적으로 연결되는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하, 도 1a 및 도 1b를 참고하여 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기의 구성에 대하여 설명한다. 도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기의 다른 모습을 개략적으로 도시한 사시도이다.
일 실시예에 따른 틸트로터 항공기(tilt-rotor aircraft, 100)는 몸체(10), 날개(20), 로터(rotor, 30), 거리 측정 센서(40), 데이터 처리부(50) 및 비행 컨트롤러(60)를 포함한다. 틸트로터 항공기(100)는 날개(20)에 연결된 로터(30)의 틸트각(RT)을 조절하여 수직이착륙 또는 전진비행 여부를 결정할 수 있다.
도 1a 및 도 1b에서, 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기(100)의 몸체(10)는 중력 방향에 수직한 기준면(XY 평면, 이하 기준면이라 한다.)에 대하여 소정의 각도로 배치될 수 있다.
날개(20)는 틸트로터 항공기(100)에 양력을 발생시킬 뿐만 아니라, 로터(30)가 포함되는 나셀(nacelle, N)을 몸체(10)와 연결하는 역할을 수행한다. 로터(30)에 포함되는 블레이드(30B) 역시, 회전을 통해 틸트로터 항공기(100)에 양력 및 추력을 발생시킬 수 있다.
로터(30)는 날개(20)를 통해 몸체(10)와 연결될 수 있다. 로터(30)는 회전하여 양력 및 추력을 발생시키는 블레이드(30B), 블레이드 피치각(BP)을 제어하는 블레이드 제어부(30C) 및 로터(30)와 날개(20)를 연결하는 틸트중심축(70)을 포함할 수 있다. 블레이드 피치각(BP)에 관하여는 후술하는 도 2a 및 도 2b에서 상세히 설명하기로 한다.
거리 측정 센서(40)는 최소 경사각을 가지는 지면에 항공기가 수직 착륙할 수 있도록, 몸체(10)로부터 지면까지의 거리를 측정할 수 있다. 거리 측정 센서(40)는 회전부(40R)를 통해 몸체(10)에 배치될 수 있다. 즉, 회전부(40R)는 몸체(10)와 거리 측정 센서(40) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 회전부(40R)는 소정의 각도로 회전하면서 거리 측정 센서(40)의 측정 각도를 조절할 수 있다. 거리 측정 센서(40)는 회전부(40R)의 회전에 따라 측정 각도를 변경하면서, 지면까지의 거리를 측정할 수 있다.
거리 측정 센서(40)는 X축을 중심으로 회전할 수 있다. 실시예에 따라서, 거리 측정 센서(40)는 X축 및 Y축을 중심으로 2축 회전할 수 있다. X축과 Y축은 서로 직각일 수 있다. 다른 실시예에 따라서, 거리 측정 센서(40)는 X축, Y축 및 Z축을 중심으로 3축 회전할 수도 있다. X축, Y축 및 Z축은 서로 직각일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 거리 측정 센서(40)는 거리를 측정하는 센서를 복수 개 포함할 수 있으며, 복수 개의 센서는 1축, 2축 또는 3축 회전할 수 있다.
데이터 처리부(50)는 틸트로터 항공기(100)의 착륙 모드에서 착륙지를 결정하도록 구성된다.
구체적으로, 데이터 처리부(50)는 회전부(40R) 및 거리 측정 센서(40)를 이용하여 지면 상의 복수의 지점들까지의 거리를 측정하여 '각도 별 거리 데이터'를 생성할 수 있다. 또한 데이터 처리부(50)는 상기 각도 별 거리 데이터를 기초로 상기 복수의 지점들 사이의 경사각들을 산출하고, 상기 경사각들 중 최소 경사각을 기초로 항공기의 착륙지를 결정할 수 있다.
데이터 처리부(50)의 기능에 관하여는, 도 4에서 더 상세히 설명하기로 한다.
비행 컨트롤러(60)는 착륙지의 경사각을 기초로 항공기가 경사면 상에 수직 착륙할 수 있도록 몸체(10) 및 로터(30)의 움직임을 제어할 수 있다. 비행 컨트롤러(60)는 몸체(10)의 피치 자세각(도 2a, 2b의 PA)를 제어하는 제1 비행 컨트롤러(61) 및 로터(30)의 틸트각(RT)을 제어하는 제2 비행 컨트롤러(62)를 포함할 수 있다.
제1 비행 컨트롤러(61)는 몸체(10)에 배치될 수 있다. 제1 비행 컨트롤러(61)는 항공기의 착륙 모드의 종점, 즉 항공기가 착륙할 때, 몸체(10)의 경사각인 피치 자세각(PA)이 착륙지의 경사면과 평행하도록 제어할 수 있다. 제2 비행 컨트롤러(62)는 로터(30)에 배치될 수 있다. 제2 비행 컨트롤러(62)는 항공기가 착륙할 때 착륙지의 경사면에 수직 착륙할 수 있도록 로터(30)의 틸트각(RT)을 제어할 수 있다.
비행 컨트롤러(60)의 몸체(10) 및 로터(30)의 각도 제어에 대하여는, 도 5에서 더 상세히 설명하기로 한다.
도 1a, 1b에서는 데이터 처리부(50) 및 제1 비행 컨트롤러(61)가 몸체(10)에 배치되고, 제2 비행 컨트롤러(62)가 로터(30)에 배치되도록 도시하였으나, 데이터 처리부(50) 및 비행 컨트롤러(60)의 배치는 본 발명을 한정하지 않는다.
도 1a 및 도 1b 각각은 틸트로터 항공기(100)의 2가지 비행 모드를 나타낸다. 도 1a를 참고하면, 로터(30)의 회전축이 지면 또는 몸체(10)의 길이 방향(도 1a에서 X축 방향일 수 있다.)에 수직 방향으로 향해 있다. 이때 로터(30)의 틸트각(RT)은 지면과 로터(30)의 회전축이 이루는 각도를 의미할 수 있다. 즉 도 1a에서의 틸트각(RT)은 90˚(도)일 수 있다. 이때, 블레이드(30B)의 회전면이 지면과 평행한 경우, 틸트로터 항공기(100)는 수직이착륙(VTOL; Vertical Take-off and Landing)을 할 수 있는 상태가 된다.
한편 몸체(10)의 좌우측에 각각 위치한 로터(30)는 반대방향으로 회전하여 서로의 각운동량을 상쇄시킬 수 있다. 따라서 틸트로터 항공기(100)는 별도의 테일로터(tail rotor)가 필요하지 않을 수 있다.
이와 달리, 도 1b에서는 로터(30)의 회전축이 지면 또는 몸체(10)의 길이 방향에 평행한 방향으로 향해 있다. 즉 이 때 틸트각(RT)은 0˚이다. 이 때는, 로터(30)는 프로펠러(propeller)로서 기능하므로, 전진비행이 가능한 상태가 된다. 즉 틸트로터 항공기(100)는 비행 평면에 대한 로터(30)의 틸트각(RT)을 조절하여, 수직이착륙 또는 전진비행 여부를 결정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기의 경사도 산출 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하, 전술한 구성요소와 동일한 내용은 설명을 간단히 하거나 생략할 수 있다.
틸트로터 항공기(100)는 비행 모드(FM)에서 고도를 유지하며 비행할 수 있다. 항공기가 경사진 임의의 지면(S) 상에 비상 착륙해야 할 경우, 몸체(10)의 손상 없이 착륙지(T)의 경사면 상에 안전하게 수직 착륙하는 것이 필요하다. 이에, 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기(100)는 착륙 모드(LM)에서 거리 측정 센서(40)를 이용하여 지면(S)의 복수의 지점들 사이의 경사각을 산출한 후, 가장 경사도가 낮은 착륙지에 안전하게 착륙할 수 있다.
이때, 착륙 모드(LM)에서 몸체(10)의 제1 시위선(C1)은 기준면(G)에 대하여 소정의 각도로 기울어질 수 있다. 몸체(10)가 기준면(G')에 대하여 기울어진 각도를 피치 자세각(PA)이라 한다.
구체적으로, 회전부(40R)는 소정의 각도(θ1, θ2, θ3, θ4)로 회전하면서 거리 측정 센서(40)의 측정 각도를 조절할 수 있다. 이때, 소정의 각도(θ1, θ2, θ3, θ4)는 서로 같을 수도 있고, 서로 다를 수도 있다.
거리 측정 센서(40)는 회전부(40R)의 회전에 따라 측정 각도를 변경하면서, 상기 지면(S) 상의 복수의 지점들(P1, P2, P3, P4, P5)까지의 거리(d1, d2, d3, d4, d5)를 측정할 수 있다. 상기 거리 측정 센서(40)가 측정한 데이터를 '각도 별 거리 데이터'라 한다. 거리 측정 센서(40)는 지면(S) 상에 레이저 펄스(L)를 조사하는 레이저 거리 측정기일 수 있다. 레이저 거리 측정기는 다른 거리 측정 방식에 비해 상대적으로 낮은 비용으로 높은 정확도를 가질 수 있다. 레이저 거리 측정기는 매우 짧은 레이저 펄스(L)를 발사한 후 빛의 속도로 지면(S)에서 반사해 되돌아 오는 시간을 측정하여 지면(S)까지의 거리를 측정할 수 있다.
데이터 처리부(50)는 회전부(40R) 및 거리 측정 센서(40)를 이용하여 각도 별 거리 데이터를 생성할 수 있다.
이후, 데이터 처리부(50)는 거리 별 각도 데이터 및 몸체(10)의 피치 자세각(PA)에 기초하여, 복수의 지점들(P1, P2, P3, P4, P5)의 좌표 데이터를 생성할 수 있다. 본 발명에서, 좌표 데이터는 3차원의 직교 좌표계로 나타낼 수 있다. 일 예로, Pn 지점의 좌표는 (xn, yn, zn)로 나타낼 수 있다 (n은 양의 정수). 피치 자세각(PA)은 0˚일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 거리 별 각도 데이터에 기초하여, 지면(S) 상의 복수의 지점들(P1, P2, P3, P4, P5)의 몸체(10) 중심 좌표계 상의 제1 좌표 데이터(미표기)를 생성할 수 있다. 피치 자세각(PA)이 0˚가 아닌 경우, 상기 제1 좌표 데이터를 피치 자세각(PA)만큼 회전하여 제2 좌표 데이터를 생성할 수 있다. 상기 제2 좌표 데이터가 전술한 좌표 데이터 (xn, yn, zn)일 수 있다.
이후, 데이터 처리부(50)는 좌표 데이터에 기초하여, 복수의 지점들(P1, P2, P3, P4, P5) 사이의 경사각들(IA1, IA2, IA3, IA4)을 산출할 수 있다. 일 예로, 경사각 IA1은 두 지점(P1, P2) 사이의 경사각을 나타낼 수 있다.
이후, 데이터 처리부(50)는 복수의 경사각들(IA1, IA2, IA3, IA4) 중 최소 경사각을 기초로 항공기의 착륙지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 경사진 지면(S) 중 최소 경사각이 IA4인 지점을 착륙지(T)로 결정할 수 있다. 이하, 최소 경사각을 제1 경사각(IAm)이라 할 수 있다.
도 3에서는 복수의 지점들(P1, P2, P3, P4, P5)이 5개인 예로 도시하였으나, 복수의 지점들의 위치 또는 개수는 도 3의 예에 한정되지 않는다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기가 경사진 지면 상에 수직 착륙하는 상태를 간략히 도시한 도면이다. 도 4를 참고하면, 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기(100)는 데이터 처리부(50)가 결정한 착륙지(T)에 수직 착륙할 수 있다.
경사진 지면(S) 상의 착륙지(T)는 지면(G')에 대하여 제1 경사각(IAm)을 가지는 지점일 수 있다.
몸체(10)가 기준면(G)에 평행할 때(이하, 제1 상태라 설명할 수 있다.)의 시위선을 제1 시위선(C1)이라 한다. 이때, 제1 시위선(C1) 및 기준면(G)은 평행할 수 있다. 몸체(10)가 기준면(G)에 대하여 피치 자세각(PA')만큼 기울었을 때(이하, 제2 상태라 설명할 수 있다.)의 시위선을 제3 시위선(C3)이라 한다.
이때, 제1 비행 컨트롤러(61)는 착륙 모드의 종점, 즉 착륙할 때 피치 자세각(PA')이 착륙지(T)의 경사각(IAm)과 동일하도록 제어할 수 있다. 즉, 제1 비행 컨트롤러(61)는 항공기가 착륙할 때 몸체(10)가 착륙지(T)의 경사면과 평행하도록 피치 자세각(PA')을 제어할 수 있다.
이하, 로터(30)의 틸트각(RT)은 몸체(10)가 제1 상태일 때 제1 시위선(C1)을 기준으로 측정한 틸트각이고, 틸트각(RT')은 몸체(10)가 제2 상태일 때 제3 시위선(C3)을 기준으로 측정한 틸트각을 나타낼 수 있다. 가령, 몸체(10)가 제1 상태일 때, 평탄한 지면에 수직 착륙할 수 있는 틸트각(RT)은 90˚일 수 있다. 즉, 로터(30)의 회전축(r1)과 제1 시위선(C1)이 90˚를 이룰 수 있다. 한편, 몸체(10)가 제2 상태에서 회전축이 r1에 위치할 때, 틸트각(RT')은 (90˚-PA')일 수 있다.
제2 비행 컨트롤러(62)는 착륙 모드의 종점, 즉 착륙할 때 틸트각(RT')이 몸체(10)가 착륙지(T)의 경사면 상에 수직 착륙할 수 있는 각도가 되도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 제2 비행 컨트롤러(62)는 착륙 모드 동안 상기 틸트각(RT')이 하기 수학식 1과 같이, (90˚-2×PA')보다 크고, 90˚보다 작도록 제어할 수 있다.
Figure pat00001
도 4에서, 틸트각(RT')이 (90˚-2×PA')인 경우는 로터(30)의 회전축이 r2에 위치할 때이고, 틸트각(RT')이 90˚인 경우는 로터(30)의 회전축이 r3에 위치할 때이다. 즉, 제2 비행 컨트롤러(62)는 착륙 모드 동안 로터(30)의 회전축이 r2와 r3 사이에 위치하도록 제어할 수 있다.
일 예로, 제2 비행 컨트롤러(62)는 착륙 모드의 종점에서 틸트각(RT')이 (90˚-PA')가 되도록 제어하여 몸체(10)가 수직 착륙할 수 있도록 동작할 수 있다. 즉, 착륙할 때 로터(30)의 회전축은 r1에 위치하여 로터(30)가 중력 방향과 평행하게 위치할 수도 있다.
도시하지는 않았으나, 틸트로터 항공기(100)의 몸체(10)는 항공기의 추력을 발생시키는 모터 및 모터 제어부를 더 포함할 수 있다. 모터 제어부는 항공기의 추력 및 몸체(10)의 피치 자세각(PA')을 조절할 수 있다.
로터(30)가 포함하는 블레이드(30B)는 회전하여 항공기의 양력 및 추력을 발생시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 블레이드(30B)의 제2 시위선(C2)이 로터(30)의 회전면에 대해 기울어진 정도를 블레이드 피치각(BP)이라 한다.
틸트로터 항공기의 경우 전진비행시 로터(30)가 전방을 향하고 비행속도가 증가함에 따라 로터(30)로 유입되는 상태풍(relative wind)의 속도가 크게 증가하므로, 적절한 추력을 발생시키기 위해서는 블레이드 피치각(BP)을 증가시켜야 한다. 따라서 블레이드 제어부(30C, 도 1a 및 도 1b 참고)를 통해 블레이드 피치각(BP)을 미세하게 조정할 수 있다.
틸트로터 항공기의 경우 바람에 대한 민감도가 클 수 있다. 따라서, 로터(30)의 틸트각(RT')이 (90˚-PA')가 아니더라도, 즉 로터(30)의 회전축이 r1을 벗어나 r2 및 r3 사이에 위치하더라도, 전술한 모터 제어부 및/또는 블레이드 제어부(30C)를 이용하여 로터(30)의 틸트각(RT')이 능동적이고 유연하게 보상되어, 결과적으로 몸체(10)가 경사진 착륙지(T) 상에 수직 착륙할 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참고하여, 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기가 경사진 지면 상에 착륙하는 방법에 대하여 설명한다. 이하에서는, 도 1a 내지 도 4에서 설명한 내용 또는 구성요소와 동일한 내용은 설명을 간략히 하거나 생략할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기의 수직 착륙 방법을 도시한 순서도이다.
일 실시예에 따른 틸트로터 항공기(100)는 비행 모드에서 고도를 유지하며 비행할 수 있다(S100).
이하, 틸트로터 항공기(100)의 착륙 모드에 대하여 설명한다.
데이터 처리부(50)는 회전부(40R)가 소정의 각도로 회전하면서 거리 측정 센서(40)의 측정 각도를 변경할 수 있다. 거리 측정 센서(40)는 회전부(40R)의 회전에 따라 지면 상의 복수의 지점들까지의 거리인 '거리 별 각도 데이터'를 생성할 수 있다(S200).
이후, 거리 별 각도 데이터 및 몸체(10)의 피치 자세각(PA')에 기초하여, 상기 복수의 지점들의 좌표 데이터를 생성할 수 있다(S300).
이후, 좌표 데이터에 기초하여 지면 상의 복수의 지점들 사이의 경사각들을 산출할 수 있다(S400).
상기 복수의 경사각들 중 최소 경사각을 기초로 착륙지를 결정할 수 있다(S500). 상기 최소 경사각을 제1 경사각이라 한다.
전술한 S200, S300, S400 및 S500 단계는 데이터 처리부(50)에 의해 수행되는 단계일 수 있으나, 수행 주체는 본 발명을 한정하지 않는다.
비행 컨트롤러(60)는 상기 착륙지의 경사각인 제1 경사각을 기초로, 몸체(10)의 피치 자세각(PA') 및 로터(30)의 틸트각(RT, RT')을 제어할 수 있다(S600). 비행 컨트롤러(60)는 제1 비행 컨트롤러(61) 및 제2 비행 컨트롤러(62)를 포함할 수 있다. 제1 비행 컨트롤러(61)는 몸체(10)의 피치 자세각(PA, PA')을 제어하고, 제2 비행 컨트롤러(62)는 로터(30)의 틸트각(RT, RT')를 제어하여, 몸체(10)가 경사면 상에도 수직 착륙할 수 있도록 한다.
이후, 몸체(10)가 착륙지의 경사면 상에 수직 착륙할 수 있다(S700).
본 발명의 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기의 수직 착륙 방법에 의하면, 거리 측정 센서를 통하여 측정한 지면의 경사각 데이터를 이용하여 몸체 및 로터의 각도를 제어함으로써, 항공기가 몸체(10)의 손상 없이 경사면 상에도 안전하게 착륙할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기의 수직 착륙 방법의 특정 단계를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 5의 S600 단계, 즉 A로 표시된 부분부터 B로 표시된 부분까지 수행되는 단계에 대하여 설명한다.
착륙지(T)의 경사각을 기초로 몸체(10) 및 로터(30)의 각도를 조절하는 단계(S600)는 두 단계(S610, S620)를 포함할 수 있다.
제1 비행 컨트롤러(61)는 피치 자세각(PA, PA')이 착륙지(T)의 제1 경사각과 동일하도록 제어할 수 있다(S610). 즉, 항공기가 착륙할 때 몸체(10)와 착륙지(T)의 경사면은 평행할 수 있다. 제2 비행 컨트롤러(62)는 착륙할 때, 로터(30)의 틸트각(RT, RT')을, 몸체(10)가 경사면 상에 수직 착륙할 수 있는 각도로 제어할 수 있다(S620).
구체적으로, 틸트각(RT')이 몸체(10)의 시위선을 기준으로 측정한 틸트각일 때, 항공기의 착륙 모드 동안 틸트각(RT')은 (90˚-2×PA')보다 크고, 90˚보다 작도록 제어될 수 있다. 일 예로, 착륙 모드의 종점에서 상기 틸트각(RT')이 (90˚-PA')가 되도록 제어하여 상기 몸체가 수직 착륙할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트로터 항공기의 수직 착륙 방법의 특정 단계를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 5의 S300 단계, 즉 C로 표시된 부분부터 D로 표시된 부분까지 수행되는 단계에 대하여 설명한다.
경사진 지면 상의 복수의 지점들의 좌표 데이터를 생성하는 단계(S300)는 두 단계(S310, S320)를 포함할 수 있다.
데이터 처리부(50)는 회전부(40R) 및 거리 측정 센서(40)를 이용하여 측정한 각도 별 거리 데이터에 기초하여, 상기 복수의 지점들의 몸체 중심 좌표계 상의 제1 좌표 데이터를 생성할 수 있다(S310). 이후, 제1 좌표 데이터를 피치 자세각(PA, PA')만큼 회전하여 제2 좌표 데이터를 생성할 수 있다(S320). 상기 제2 좌표 데이터가 S300 단계에서 설명한 좌표 데이터를 나타낼 수 있다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예는 컴퓨터 상에서 다양한 구성요소를 통하여 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수 있으며, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 이때, 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 저장하는 것일 수 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다.
한편, 상기 컴퓨터 프로그램은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 예에는, 컴파일러에 의하여 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 몸체 20: 날개
30: 로터 30B: 블레이드
40: 거리 측정 센서 40R: 회전부
50: 데이터 처리부 60: 비행 컨트롤러
61: 제1 비행 컨트롤러 62: 제2 비행 컨트롤러
PA: 피치 자세각 RT, RT': 틸트각
BP: 블레이드 피치각 C1, C2, C3: 시위선

Claims (17)

  1. 중력 방향에 수직한 기준면에 대하여 피치 자세각을 가지는 몸체;
    날개를 통해 상기 몸체에 연결되고, 상기 기준면에 대하여 틸트각을 가지는 로터;
    상기 몸체에 배치되고, 지면까지의 거리를 측정하는 거리 측정 센서;
    상기 몸체와 상기 거리 측정 센서 사이에 배치되고, 소정의 각도로 회전하면서 상기 거리 측정 센서의 측정 각도를 조절하는 회전부;
    착륙 모드에서 착륙지를 결정하도록 구성되는 데이터 처리부; 및
    상기 몸체가 상기 착륙지의 경사면에 수직 착륙하도록, 상기 착륙지의 경사각을 기초로 상기 피치 자세각 및 상기 틸트각을 제어하는 비행 컨트롤러를 포함하고,
    상기 데이터 처리부는,
    상기 회전부 및 상기 거리 측정 센서를 이용하여 상기 거리 측정 센서의 상기 측정 각도를 변경하면서 상기 지면 상의 복수의 지점들까지의 거리를 측정하여 각도 별 거리 데이터를 생성하고,
    상기 각도 별 거리 데이터 및 상기 피치 자세각에 기초하여, 상기 복수의 지점들의 좌표 데이터를 생성하고,
    상기 좌표 데이터에 기초하여, 상기 복수의 지점들 사이의 경사각들을 산출하고,
    상기 경사각들 중 최소인 제1 경사각을 기초로 상기 착륙지를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 틸트로터 항공기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비행 컨트롤러는,
    상기 착륙 모드의 종점에서, 상기 피치 자세각이 상기 제1 경사각과 동일하도록 제어하는 제1 비행 컨트롤러;를 포함하는, 틸트로터 항공기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 비행 컨트롤러는,
    상기 착륙 모드의 종점에서, 상기 틸트각이 상기 몸체가 수직 착륙할 수 있는 각도가 되도록 제어하는 제2 비행 컨트롤러;를 더 포함하는, 틸트로터 항공기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 비행 컨트롤러는,
    상기 틸트각이 상기 몸체의 시위선을 기준으로 측정한 틸트각일 때,
    상기 착륙 모드 동안 상기 틸트각이 (90˚-2×(피치 자세각))보다 크고, 90˚보다 작도록 제어하는, 틸트로터 항공기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 비행 컨트롤러는,
    상기 착륙 모드의 종점에서 상기 틸트각이 (90˚-(피치 자세각))이 되도록 제어하여 상기 몸체가 수직 착륙할 수 있도록 하는, 틸트로터 항공기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 틸트로터 항공기는,
    상기 로터에 포함되고, 회전하여 양력 및 추력을 발생시키며, 블레이드 피치각을 가지는 블레이드; 및
    상기 틸트각이 0˚보다 큰 경우에도, 상기 블레이드 피치각을 조절하여, 상기 몸체가 상기 착륙지의 경사면에 수직 착륙할 수 있도록 제어하는 블레이드 제어부;를 더 포함하는, 틸트로터 항공기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 거리 측정 센서는 X축 및 Y축을 중심으로 회전하는, 틸트로터 항공기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는,
    상기 각도 별 거리 데이터에 기초하여, 상기 복수의 지점들의 몸체 중심 좌표계 상의 제1 좌표 데이터를 생성하고,
    상기 제1 좌표 데이터를 상기 피치 자세각만큼 회전하여 제2 좌표 데이터를 생성하고,
    상기 제2 좌표 데이터에 기초하여, 상기 복수의 지점들 사이의 경사각들을 산출하는, 틸트로터 항공기.
  9. 몸체와 로터를 포함하는 틸트로터 항공기가 경사진 지면 상에 수직으로 착륙하는 방법에 있어서,
    회전부가 소정의 각도로 회전하면서 거리 측정 센서의 측정 각도를 변경하여, 상기 거리 측정 센서가 상기 지면 상의 복수의 지점들까지의 거리인 각도 별 거리 데이터를 생성하는 단계;
    상기 각도 별 거리 데이터 및 상기 몸체의 피치 자세각에 기초하여, 상기 복수의 지점들의 좌표 데이터를 생성하는 단계;
    상기 좌표 데이터에 기초하여 상기 복수의 지점들 사이의 경사각들을 산출하는 단계;
    상기 경사각들 중 최소인 제1 경사각을 기초로 착륙지를 결정하는 단계;
    상기 착륙지의 경사각을 기초로, 상기 피치 자세각 및 상기 로터의 틸트각을 제어하는 단계; 및
    상기 몸체가 상기 착륙지의 경사면에 수직 착륙하는 단계;를 포함하는, 틸트로터 항공기의 수직 착륙 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 착륙지의 경사각을 기초로, 상기 피치 자세각 및 상기 로터의 틸트각을 제어하는 단계는,
    착륙 모드의 종점에서, 상기 피치 자세각이 상기 제1 경사각과 동일하도록 제어하는 단계;를 포함하는, 틸트로터 항공기의 수직 착륙 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 착륙지의 경사각을 기초로, 상기 피치 자세각 및 상기 로터의 틸트각을 제어하는 단계는,
    상기 착륙 모드의 종점에서 상기 틸트각을 상기 몸체가 수직 착륙할 수 있는 각도가 되도록 제어하는 단계;를 더 포함하는, 틸트로터 항공기의 수직 착륙 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 틸트각이 상기 몸체의 시위선을 기준으로 측정한 틸트각일 때,
    상기 착륙 모드 동안 상기 틸트각이 (90˚-2×(피치 자세각))보다 크고, 90˚보다 작도록 제어하는, 틸트로터 항공기의 수직 착륙 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 착륙 모드의 종점에서 상기 틸트각이 (90˚-(피치 자세각))이 되도록 제어하여 상기 몸체가 수직 착륙할 수 있도록 하는, 틸트로터 항공기의 수직 착륙 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 몸체가 상기 착륙지의 경사면에 수직 착륙하는 단계는,
    상기 로터에 포함되고 회전하여 양력 및 추력을 발생시키며 블레이드 피치각을 가지는 블레이드, 및 상기 블레이드를 제어하는 블레이드 제어부를 이용하여,
    상기 틸트각이 0˚보다 큰 경우에도, 상기 블레이드 피치각을 조절하여, 상기 몸체가 상기 착륙지의 경사면에 수직 착륙할 수 있도록 제어하는 단계;를 더 포함하는, 틸트로터 항공기의 수직 착륙 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 거리 측정 센서가 상기 각도 별 거리 데이터를 생성하는 단계에서,
    상기 거리 측정 센서는 X축 및 Y축을 중심으로 회전하는, 틸트로터 항공기의 수직 착륙 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 각도 별 거리 데이터 및 상기 좌표 데이터에 기초하여, 상기 복수의 지점들 사이의 경사각들을 산출하는 단계는,
    상기 각도 별 거리 데이터에 기초하여, 상기 복수의 지점들의 몸체 중심 좌표계 상의 제1 좌표 데이터를 생성하는 단계;
    상기 제1 좌표 데이터를 상기 피치 자세각만큼 회전하여 제2 좌표 데이터를 생성하는 단계; 및
    상기 제2 좌표 데이터에 기초하여, 상기 복수의 지점들 사이의 경사각들을 산출하는 단계;를 포함하는, 틸트로터 항공기의 수직 착륙 방법.
  17. 컴퓨터를 이용하여 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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KR20190075770A (ko) * 2017-12-21 2019-07-01 한국항공우주연구원 저속비행상태에서 세로 자세 제어 신호에 기초하여 메인로터의 틸트 각도를 제어하는 방법 및 컴퓨터 프로그램과 수직 이착륙 비행체

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