KR20210122476A - 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대칭 균형체인 기존의 프로펠러 날개와는 달리, 쌍 뫼비우스 날개의 형태로 프로펠러를 형성함으로써, 초대칭 비틀림을 통해 자유기동과 연동기동으로 비행속도 및 자세제어를 용이하게 할 수 있고, 항공기 몸체의 좌측 프로펠러 날개들과 우측 프로펠러 날개들을 각각 제1 모터 내지 제3 모터와 제4 모터 내지 제6 모터에 의해 연결되어 있는 한 개의 구동축을 통해 스퍼기어(평기어) 방식으로 회전 작동시킴으로써, 좌측과 우측의 프로펠러 날개들을 선택적으로 개별 제어가 가능하며, 쌍 뫼비우스 날개의 안쪽부와 중심부는 추진력과 양력을 조절하고 쌍 뫼비우스 날개의 바깥쪽부로는 방향 제어와 사이드 추진력을 발산하고, 일반적인 프로펠러 날개의 경우 땅바닥에서 바람의 힘으로 오르기가 더 어렵고 오르더라도 규칙적인 운동을 지속하기 어려운 것과는 달리, 쌍 뫼비우스 날개의 형태로 프로펠러를 형성함으로써, 다층 다각도 구조로 풍력을 순환시키므로 풍력의 순기능 제어가 용이하며, 기존의 프로펠러 1쌍의 구조로 비행하는 것보다는 항공기 몸체의 양쪽에 복수개로 쌍을 이루는 날개 구조로 프로펠러를 형성함으로써, 추진력을 향상시킬 수 있음은 물론 날개 각각의 제어가 가능하고 자체부력과 양력으로 낙하 제어가 가능하므로 일부의 날개가 작동하지 않아도 추락 위함이 없고, 항공기 몸체의 꼬리 날개에 제7 모터에 의해 연결되어 있는 구동축을 통해 톱니기어의 틸팅 방식으로 회전 작동시킴으로써, 방향 제어가 용이한 효과가 있다.

Description

항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조{Propeller structure in the form of twin Mobius blades for aircraft}

본 발명은 대칭 균형체인 기존의 프로펠러 날개와는 달리, 쌍 뫼비우스 날개의 형태로 프로펠러를 형성함으로써, 초대칭 비틀림을 통해 자유기동과 연동기동으로 비행속도 및 자세제어를 용이하게 할 수 있고, 항공기 몸체의 좌측 프로펠러 날개들과 우측 프로펠러 날개들을 각각 제1 모터 내지 제3 모터와 제4 모터 내지 제6 모터에 의해 연결되어 있는 한 개의 구동축을 통해 스퍼기어(평기어) 방식으로 회전 작동시킴으로써, 좌측과 우측의 프로펠러 날개들을 선택적으로 개별 제어가 가능하며, 쌍 뫼비우스 날개의 안쪽부와 중심부는 추진력과 양력을 조절하고 쌍 뫼비우스 날개의 바깥쪽부로는 방향 제어와 사이드 추진력을 발산하고, 일반적인 프로펠러 날개의 경우 땅바닥에서 바람의 힘으로 오르기가 더 어렵고 오르더라도 규칙적인 운동을 지속하기 어려운 것과는 달리, 쌍 뫼비우스 날개의 형태로 프로펠러를 형성함으로써, 다층 다각도 구조로 풍력을 순환시키므로 풍력의 순기능 제어가 용이하며, 기존의 프로펠러 1쌍의 구조로 비행하는 것보다는 항공기 몸체의 양쪽에 복수개로 쌍을 이루는 날개 구조로 프로펠러를 형성함으로써, 추진력을 향상시킬 수 있음은 물론 날개 각각의 제어가 가능하고 자체부력과 양력으로 낙하 제어가 가능하므로 일부의 날개가 작동하지 않아도 추락 위함이 없고, 항공기 몸체의 꼬리 날개에 제7 모터에 의해 연결되어 있는 구동축을 통해 톱니기어의 틸팅 방식으로 회전 작동시킴으로써, 방향 제어가 용이한 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조에 관한 기술이다.

회전날개(rotor)를 기관으로 회전시켜 발생하는 양력으로 비행하는 항공기를 헬리콥터(helicopter)라고 한다.

이러한 헬리콥터는 사람이 탈 수 있을 정도의 일반적인 헬리콥터와 사람 없이 비행하는 비교적 작은 크기의 헬리콥터인 드론(drone)이 있다. 드론은 조종사가 직접 탑승하지 않고 무선전파를 이용해 원격 조종이 가능한 무인 비행체를 말한다. 드론은 일반 비행체와는 달리 조종사를 위한 공간과 안전장치를 별도로 구비하지 않기 때문에 소형화, 경량화가 가능하며, 사람의 접근이 어려운 곳의 정보 수집과 정찰을 위한 정찰용이나, 여러 다양한 용도로의 산업용으로 활용되고 있으며, 특히, 요즘은 작의 소형 드론들이 보급되면서 일반인들의 취미생활 도구로도 활용되고 있는 실정이다.

최근 들어, 무선 통신 및 이동 단말기의 발전과 함께 드론과 이동 단말기의 기능을 복합적으로 이용한 기술이 많이 개발되고 있다. 예를 들면, 데이터와 음성통신, 카메라를 통한 사진촬영 및 비디오 촬영, 음성녹음을 하는 등의 기능이 있다. 일부 단말기는 전자게임 플레이 기능이 추가되거나, 멀티미디어 플레이어 기능을 수행한다.

이와 같은 드론은 기능이 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태로 구현되고 있다.

특히, 드론에 카메라가 장착되는 경우 더 많은 기능을 수행할 수 있다. 카메라가 장착된 드론은 정찰용뿐만 아니라 인명구조 등에도 쓰일 수 있다.

그런데, 통상의 드론은 비행체의 골격을 구성하는 본체와, 상기 본체로부터 방사상으로 돌출되는 추진체 지지 프레임과, 상기 추진체 지지 프레임에 직접 연결되어 프로펠러를 고속으로 회전시키는 모터가 구비되는 다수의 추진체를 통해 상기 본체를 추진 비행시키게 된다.

이와 같이 프로펠러와 상기 프로펠러를 고속으로 회전시키는 모터로 구성되는 추진체들은 일반적으로 드론 본체의 최외곽에 다수개로 구비되어 다른 무인 비행체 및 외부 장애물과의 충돌로 인하여 추진체 모터가 손상되거나, 고속으로 회전하던 프로펠러가 파손되어 비산하면서 안전사고가 발생할 문제점이 있으며, 드론을 전, 후진 또는 측면 이동시키는 경우, 드론 본체가 전, 후방이나 측면으로 기울어진 상태에서 이동하게 되어 드론 본체를 수평으로 유지한 상태에서 이동시키지 못하는 문제점이 있다.

또한, 기존의 드론은 전자장비의 지원으로 제어가 편리하고 배터리와 전동모터의 동력으로 비행하므로 기능 확장에 편리한 시스템이기는 하나, 체공시간이 짧다는 단점이 있다.

특히, 수직으로 이륙하거 착륙할 때, 기체비행을 위한 거의 모든 에너지의 출력으로 감당해야 하므로 배터리의 소모가 빠르고 모터 및 프로펠러의 수명 또한 짧아지게 되고, 엔진으로 구동하는 기체의 경우는 소음과 진동이 크고 정밀한 제어가 모터에 비해 어렵다는 단점이 있다.

쌍 뫼비우스 날개의 형태로 프로펠러를 형성하여 초대칭 비틀림을 통해 자유기동과 연동기동으로 비행속도 및 자세제어를 용이하게 할 수 있고, 항공기 몸체의 좌측 프로펠러 날개들과 우측 프로펠러 날개들을 각각 제1 모터 내지 제3 모터와 제4 모터 내지 제6 모터에 의해 연결되어 있는 한 개의 구동축을 통해 스퍼기어(평기어) 방식으로 회전 작동시키므로 좌측과 우측의 프로펠러 날개들을 선택적으로 개별 제어가 가능하며, 쌍 뫼비우스 날개의 형태로 프로펠러를 형성하여 다층 다각도 구조로 풍력을 순환시키므로 풍력의 순기능 제어가 용이하고, 항공기 몸체의 양쪽에 복수개로 쌍을 이루는 날개 구조로 프로펠러를 형성하여 추진력을 향상시킬 수 있음은 물론 날개 각각의 제어가 가능하고 자체부력과 양력으로 낙하 제어가 가능하므로 일부의 날개가 작동하지 않아도 추락 위함이 없고, 항공기 몸체의 꼬리 날개에 제7 모터에 의해 연결되어 있는 구동축을 통해 톱니기어의 틸팅 방식으로 회전 작동시키므로 방향 제어가 용이한 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

KR 10-2016-0052238(2016. 5. 12)

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 착상된 것으로서, 대칭 균형체인 기존의 프로펠러 날개와는 달리, 쌍 뫼비우스 날개의 형태로 프로펠러를 형성함으로써, 초대칭 비틀림을 통해 자유기동과 연동기동으로 비행속도 및 자세제어를 용이하게 할 수 있는 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 항공기 몸체의 좌측 프로펠러 날개들과 우측 프로펠러 날개들을 각각 제1 모터 내지 제3 모터와 제4 모터 내지 제6 모터에 의해 연결되어 있는 한 개의 구동축을 통해 스퍼기어(평기어) 방식으로 회전 작동시킴으로써, 좌측과 우측의 프로펠러 날개들을 선택적으로 개별 제어가 가능한 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 쌍 뫼비우스 날개의 안쪽부와 중심부는 추진력과 양력을 조절하고 쌍 뫼비우스 날개의 바깥쪽부로는 방향 제어와 사이드 추진력을 발산하는 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 일반적인 프로펠러 날개의 경우 땅바닥에서 바람의 힘으로 오르기가 더 어렵고 오르더라도 규칙적인 운동을 지속하기 어려운 것과는 달리, 쌍 뫼비우스 날개의 형태로 프로펠러를 형성함으로써, 다층 다각도 구조로 풍력을 순환시키므로 풍력의 순기능 제어가 용이한 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 기존의 프로펠러 1쌍의 구조로 비행하는 것보다는 항공기 몸체의 양쪽에 복수개로 쌍을 이루는 날개 구조로 프로펠러를 형성함으로써, 추진력을 향상시킬 수 있음은 물론 날개 각각의 제어가 가능하고 자체부력과 양력으로 낙하 제어가 가능하므로 일부의 날개가 작동하지 않아도 추락 위함이 없는 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 항공기 몸체의 꼬리 날개에 제7 모터에 의해 연결되어 있는 구동축을 통해 톱니기어의 틸팅 방식으로 회전 작동시킴으로써, 방향 제어가 용이한 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 무선모듈을 장착함으로써, 획득한 정보들을 정보센터서버로 전송하여 사람의 접근이 어려운 곳의 정보를 수집하고 특수한 곳을 정찰을 하며 산불의 화재 발생을 안내할 수 있는 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조는 헤드부와 몸체부와 꼬리부로 구성되는 항공기 또는 비행체의 몸체부와 꼬리부에 결합되어 장착되되, 항공기 또는 비행체 몸체부의 좌측면에 체결되어 고정되는 뫼비우스 띠 형태이며, 일측이 기어 축에 삽입 고정되도록 원통부로 형성되어 있는 복수개의 몸체 좌측면 날개와; 항공기 또는 비행체 몸체부의 우측면에 체결되어 고정되는 뫼비우스 띠 형태이며, 일측이 기어 축에 삽입 고정되도록 원통부로 형성되어 있는 복수개의 몸체 우측면 날개와; 항공기 또는 비행체 꼬리부에 체결되어 고정되는 뫼비우스 띠 형태이며, 양쪽의 일측이 기어 축에 삽입 고정되도록 원통부로 형성되어 있는 복수개의 꼬리면 날개와; 상기 몸체 좌측면 날개들과, 몸체 우측면 날개들과, 꼬리면 날개들의 일측에 형성되어 있는 원통부가 케이스 면에 대향되게 형성되어 있는 홀에 삽입되도록 하며, 기어부 케이스 결합부재를 포함하는 기어부 케이스와; 상기 기어부 케이스 내부에 장착되어 몸체 좌측면 날개들과, 몸체 우측면 날개들과, 꼬리면 날개들이 전원 공급을 받은 모터의 구동에 의해 회전되게 하는 기어들과; 상기 기어들이 조절되는 속도로 회전되게 하는 구동장치(모터)와; 상기 구동장치(모터)가 작동되게 전원을 공급하는 연료전지 팩과; 상기 몸체 좌측면 날개들과, 몸체 우측면 날개들과, 꼬리면 날개들의 회전속도를 제어하는 제어 유닛; 을 포함함을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 몸체 좌측면 날개와 몸체 우측면 날개들은 기어를 통해 제1 모터 내지 제3 모터와 제4 모터 내지 제6 모터에 의해 연결되어 구동되고, 상기 꼬리면 날개들은 기어를 통해 제7 모터에 의해 연결되어 구동되는 것을 포함함을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 몸체 좌측면 날개들과, 몸체 우측면 날개들이 전원 공급을 받은 모터의 구동에 의해 회전되게 하는 기어는 스퍼기어(평기어)의 형태이고, 꼬리면 날개들이 전원 공급을 받은 모터의 구동에 의해 회전되게 하는 기어는 헬리컬 기어, 베벨 기어, 스파이럴 베벨기어, 웜 기어, 하이포이드 기어 중에서 선택하여 적용할 수 있는 것을 포함함을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 연료전지 팩은 리튬 전지 팩으로 대체하여 적용할 수 있는 것을 포함함을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 몸체 좌측면 날개들과, 몸체 우측면 날개들과, 꼬리면 날개들의 전면부와 후면부는 유선형의 형태이고, 상기 날개들의 전면 측면부는 1번 비틀려지고, 후면 측면부는 2번 비틀려지며, 상기 날개들의 후면 측면부의 비틀림 길이의 비는 1 : 2 : 2 : 1의 비율인 것을 포함함을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 몸체 좌측면 날개들과, 몸체 우측면 날개들과, 꼬리면 날개들의 안쪽부와 중심부는 추진력과 양력을 조절하고, 상기 날개들의 바깥쪽부로는 방향 제어와 사이드 추진력을 발산하며, 상기 날개들의 안쪽부는 길이가 1 대비 1.3의 폭으로 중심부 좌우로 양쪽에 안분하는 것을 포함함을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 상기 제어 유닛의 케이스의 표면에는 폴리아닐린(polyaniline) 또는 폴리피롤(polypyrrole)의 전도성고분자를 코팅하여 전자기파로부터 교란에 따른 제어 유닛의 오동작을 방지하는 것을 포함함을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 있어서, 사람의 접근이 어려운 곳의 정보 수집용, 정찰을 위한 정찰용, 산불 안내용으로 적용하며, 획득한 정보들을 정보센터서버 또는 관재센터서버로 전송하여 주는 무선모듈; 을 더 포함함을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명인 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조는 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 본 발명은 대칭 균형체인 기존의 프로펠러 날개와는 달리, 쌍 뫼비우스 날개의 형태로 프로펠러를 형성함으로써, 초대칭 비틀림을 통해 자유기동과 연동기동으로 비행속도 및 자세제어를 용이하게 할 수 있다.

둘째, 본 발명은 항공기 몸체의 좌측 프로펠러 날개들과 우측 프로펠러 날개들을 각각 제1모터 내지 제3모터와 제4모터 내지 제6모터에 의해 연결되어 있는 한 개의 구동축을 통해 스퍼기어(평기어) 방식으로 회전 작동시킴으로써, 좌측과 우측의 프로펠러 날개들을 선택적으로 개별 제어가 가능하다.

셋째, 본 발명은 쌍 뫼비우스 날개의 안쪽부와 중심부는 추진력과 양력을 조절하고 쌍 뫼비우스 날개의 바깥쪽부로는 방향 제어와 사이드 추진력을 발산한다.

넷째, 본 발명은 일반적인 프로펠러 날개의 경우 땅바닥에서 바람의 힘으로 오르기가 더 어렵고 오르더라도 규칙적인 운동을 지속하기 어려운 것과는 달리, 쌍 뫼비우스 날개의 형태로 프로펠러를 형성함으로써, 다층 다각도 구조로 풍력을 순환시키므로 풍력의 순기능 제어가 용이하다.

다섯째, 본 발명은 기존의 프로펠러 1쌍의 구조로 비행하는 것보다는 항공기 몸체의 양쪽에 복수개로 쌍을 이루는 날개 구조로 프로펠러를 형성함으로써, 추진력을 향상시킬 수 있음은 물론 날개 각각의 제어가 가능하고 자체부력과 양력으로 낙하 제어가 가능하므로 일부의 날개가 작동하지 않아도 추락 위함이 없다.

여섯째, 본 발명은 항공기 몸체의 꼬리 날개에 제7모터에 의해 연결되어 있는 구동축을 통해 톱니기어의 틸팅 방식으로 회전 작동시킴으로써, 방향 제어가 용이하다.

일곱째, 본 발명은 무선모듈을 장착함으로써, 획득한 정보들을 정보센터서버로 전송하여 사람의 접근이 어려운 곳의 정보를 수집하고 특수한 곳을 정찰을 하며 산불의 화재 발생을 안내할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러가 부착된 항공기 또는 비행체의 형상을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 항공기 또는 비행체의 몸체부에 장착되는 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러의 구성을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 항공기 또는 비행체의 꼬리부에 장착되는 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러의 구성을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러의 구성 중 뫼비우스 날개의 후면 측면부의 비틀림 길이의 비율을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러의 구성 중 쌍 뫼비우스 날개가 꼬리부의 기어에 연결된 형상을 나타낸 도면.

이하 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명인 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러가 부착된 항공기 또는 비행체의 형상을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 항공기 또는 비행체의 몸체부에 장착되는 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러의 구성을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 항공기 또는 비행체의 꼬리부에 장착되는 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러의 구성을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러의 구성 중 뫼비우스 날개의 후면 측면부의 비틀림 길이의 비율을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러의 구성 중 쌍 뫼비우스 날개가 꼬리부의 기어에 연결된 형상을 나타낸 도면이다.

본 발명인 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조는 항공기 또는 비행체 헤드부(10), 항공기 또는 비행체 몸체부(20), 항공기 또는 비행체 꼬리부(30), 몸체 좌측면 날개(40), 원통부(41), 몸체 우측면 날개(50), 원통부(51), 꼬리면 날개(60), 원통부(61), 기어부 케이스(70), 기어부 케이스 결합부재(71), 기어부 케이스 면 홀(72), 기어들(80), 구동장치(모터)(90), 연료전지 팩(100), 제어 유닛(110), 무선모듈(120) 등으로 구성된다.

도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명인 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조는 헤드부(10)와 몸체부(20)와 꼬리부(30)로 구성되는 항공기 또는 비행체의 몸체부(20)와 꼬리부(30)에 결합되어 장착되되, 항공기 또는 비행체 몸체부(20)의 좌측면에 체결되어 고정되는 뫼비우스 띠 형태이며, 일측이 기어 축에 삽입 고정되도록 원통부(41)로 형성되어 있는 복수개의 몸체 좌측면 날개(40)와; 항공기 또는 비행체 몸체부(20)의 우측면에 체결되어 고정되는 뫼비우스 띠 형태이며, 일측이 기어 축에 삽입 고정되도록 원통부(51)로 형성되어 있는 복수개의 몸체 우측면 날개(50)와; 항공기 또는 비행체 꼬리부(30)에 체결되어 고정되는 뫼비우스 띠 형태이며, 양쪽의 일측이 기어 축에 삽입 고정되도록 원통부(61)로 형성되어 있는 복수개의 꼬리면 날개(60)와; 상기 몸체 좌측면 날개들(40)과, 몸체 우측면 날개들(50)과, 꼬리면 날개들(60)의 일측에 형성되어 있는 원통부(41, 51, 61)가 케이스(70) 면에 대향되게 형성되어 있는 홀(72)에 삽입되도록 하며, 기어부 케이스 결합부재(71)를 포함하는 기어부 케이스(70)와; 상기 기어부 케이스(70) 내부에 장착되어 몸체 좌측면 날개들(40)과, 몸체 우측면 날개들(50)과, 꼬리면 날개들(60)이 전원 공급을 받은 모터(90)의 구동에 의해 회전되게 하는 기어들(80)과; 상기 기어들(80)이 조절되는 속도로 회전되게 하는 구동장치(모터)(90)와; 상기 구동장치(모터)(90)가 작동되게 전원을 공급하는 연료전지 팩(100)과; 상기 몸체 좌측면 날개들(40)과, 몸체 우측면 날개들(50)과, 꼬리면 날개들(60)의 회전속도를 제어하는 제어 유닛(110); 을 구비하며, 사람의 접근이 어려운 곳의 정보 수집용, 정찰을 위한 정찰용, 산불 안내용으로 적용하며, 획득한 정보들을 정보센터서버로 전송하여 주는 무선모듈(120); 을 더 구비한다.

상기 본 발명인 에어 모터를 구성하는 각 기술적 수단들의 기능을 설명하면 다음과 같다.

헤드부(10)와 몸체부(20)와 꼬리부(30)로 구성되는 항공기 또는 비행체의 몸체부(20)와 꼬리부(30)에 결합되어 장착되되,

상기 몸체 좌측면 날개(40)는 복수 개이며, 항공기 또는 비행체 몸체부(20)의 좌측면에 체결되어 고정되는 뫼비우스 띠 형태이며, 일측이 기어 축에 삽입 고정되도록 원통부(41)로 형성되어 있는 것이다.

상기 몸체 우측면 날개(50)는 복수 개이며, 항공기 또는 비행체 몸체부(20)의 우측면에 체결되어 고정되는 뫼비우스 띠 형태이며, 일측이 기어 축에 삽입 고정되도록 원통부(51)로 형성되어 있는 것이다.

상술한 상기 몸체 좌측면 날개들(40)과 몸체 우측면 날개들(50)은 기어를 통해 제1 모터 내지 제3 모터(90-1, 90-2, 90-3)와 제4 모터 내지 제6 모터(90-4, 90-5, 90-6)에 의해 연결되어 구동되는 것이다.

상기 꼬리면 날개(60)는 복수 개이며, 항공기 또는 비행체 꼬리부(30)에 체결되어 고정되는 뫼비우스 띠 형태이며, 양쪽의 일측이 기어 축에 삽입 고정되도록 원통부(61)로 형성되어 있는 것이다.

여기서, 상기 꼬리면 날개들(60)은 기어를 통해 제7 모터(90-7)에 의해 연결되어 구동되는 것이다.

상술한, 뫼비우스 띠는 길고 가는 직4각형 띠(strip)의 가운데에서 한 쪽의 절반을 비튼 뒤 두 끝을 붙여 만드는 위상공간과 같은 형태인 것이다. 이를 구체적으로 기술하면, 뫼비우스의 띠(mobius strip)는 안과 밖의 구별이 없는 도형으로 경계가 하나밖에 없는 2차원 도형인데, 즉, 안과 밖의 구별이 없다. 종이를 길게 잘라서 띠를 만든 후 종이 띠의 양 끝을 그냥 풀로 붙이면 도넛 모양의 토러스가 되는데, 한 번 꼬아 붙이면 뫼비우스의 띠가 되는 것이다. 뫼비우스의 띠는 어느 지점에서 띠의 중심을 따라 이동하면 출발한 곳과 반대 면에 도달할 수 있으며, 이 상황에서 계속 나아가면 두 바퀴를 돌아 처음 위치로 돌아오게 되는데 이러한 연속성에 의해 뫼비우스의 띠는 단일경계를 갖게 되는 것이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 상기 몸체 좌측면 날개들(40)과, 몸체 우측면 날개들(50)과, 꼬리면 날개들(60)의 전면부와 후면부는 유선형의 형태이고, 상기 날개들(40, 50, 60)의 전면 측면부는 1번 비틀려지고, 후면 측면부는 2번 비틀려지며, 상기 날개들(40, 50, 60)의 후면 측면부의 비틀림 길이의 비는 1 : 2 : 2 : 1의 비율인 것이다.

상기 기어부 케이스(70)는 기어부 케이스 결합부재(71)를 포함하며, 상기 몸체 좌측면 날개들(40)과, 몸체 우측면 날개들(50)과, 꼬리면 날개들(60)의 일측에 형성되어 있는 원통부(41, 51, 61)가 케이스(70) 면에 대향되게 형성되어 있는 홀(72)에 삽입되도록 하는 것이다.

상기 기어들(80)은 상기 기어부 케이스(70) 내부에 장착되어 몸체 좌측면 날개들(40)과, 몸체 우측면 날개들(50)과, 꼬리면 날개들(60)이 전원 공급을 받은 모터(90)의 구동에 의해 회전되게 하는 것이다.

여기서, 상기 몸체 좌측면 날개들(40)과, 몸체 우측면 날개들(50)이 전원 공급을 받은 모터(90)의 구동에 의해 회전되게 하는 기어(80)는 스퍼기어(평기어)의 형태이고, 꼬리면 날개들(60)이 전원 공급을 받은 모터의 구동에 의해 회전되게 하는 기어(80)는 헬리컬 기어, 베벨 기어, 스파이럴 베벨기어, 웜 기어, 하이포이드 기어 중에서 선택하여 적용할 수 있는 것이며, 상하, 좌우 운동을 통해 기체를 제어하는 틸팅 방식을 채용하고 있는 것이다.

상술한 바와 같은, 상기 스퍼기어 (평기어)는 흔히 톱니바퀴하면 생각나는 일반 평기어를 지칭하고, 가장 많이 사용되는 기어이며, 전체적인 구조도 간단하고, 제작과 조립이 쉬우며 총 비용도 저렴한데, 평평하고 얇게 만들 수 있어서 아날로그 시계를 뜯으면 흔히 볼 수 있다.

또한, 상기 헬리컬 기어는 톱니바퀴 자체가 두껍고 톱니가 사선으로 나있으며, 일반적인 평기어는 톱니가 맞물릴 때 접촉면이 작고 한 번에 모든 면이 붙어버려 접촉 시 충격이 크지만, 헬리컬 기어의 경우 톱니가 사선으로 되어 있기 때문에 순차적으로 기어가 맞물리고, 톱니가 회전에 따라 점진적으로 접촉하기 때문에 충격이 적어 부드럽고 조용하게 회전하는데, 한 번에 한 면만 맞물리는 평기어에 비해 접촉면이 넓기 때문에 힘 전달에 유리하고, 면압 내구성이 평기어에 비해 향상되지만, 비교적 제조가 까다로워 단가가 평기어에 비해 비싸다.

그리고 상기 베벨 기어, 스파이럴 베벨기어는 톱니가 기어의 옆면이 아니라 대각선으로 감싸고 있어 서로 수직으로 맞물리는 구조이며, 샤프트의 회전 방향을 바꿀 때 사용하고, 톱니 모양은 평기어도 있고 헬리컬 기어도 많이 사용되며, 축의 방향 전환도 가능하며, 기어비 조정도 할 수 있다.

또한, 상기 웜기어는 한 쪽은 톱니바퀴, 다른 한쪽은 볼트처럼 나선이 나 있는 웜으로 구성된 기어이고, 다른 기어들과 달리 웜에서 기어 쪽으로만 힘 전달이 가능하고, 반대방향으로는 구조상 불가능하며, 다른 기어에 비해 높은 기어비를 가질 수 있다.

또한, 상기 하이포이드 기어는 스파이럴 베벨 기어와 비슷하게 생긴 것이고, 피니언 축이 기어 축의 중심에서 오프셋 되어 있고, 이의 맞물림은 베벨 기어의 굴러가는 작용에 이 방향의 미끄러짐이 추가되는 형태이므로 스파이럴 베벨 기어보다 조용하고 부드럽게 회전하며, 높은 기어비를 가질 수 있다는 장점이 있지만, 제조가 까다로워 단가가 비싸다.

상기 구동장치(모터)(90)는 상기 기어들(80)이 조절되는 속도로 회전되게 하는 것이다.

상기 연료전지 팩(100)은 상기 구동장치(모터)(90)가 작동되게 전원을 공급하는 것이다.

여기서, 상기 연료전지 팩(100)은 리튬 전지 팩으로 대체하여 적용할 수 있는 것이고, 리튬인산철 배터리 팩도 가능할 것이다.

상기 연료전지 팩(100)의 연료전지는 수소를 공기 중 산소와 화학반응 시켜 전기를 생성하는 미래 동력원이고, 물을 전기분해하면 수소와 산소로 분해된다. 반대로 수소와 산소를 결합시켜 물을 만드는데 이때 발생하는 에너지를 전기 형태로 바꿀 수 있는 원리를 이용한 것이다. 연료전지의 구성은 전해물질 주위에 서로 맞붙어 있는 두 개의 전극봉으로 이루어져 있으며, 공기 중의 산소가 한 전극을 지나고 수소가 다른 전극을 지날 때 전기화학 반응을 통해 전기와 물, 열을 생성하는 원리인 것이다. 화학적 반응에 의해 전기를 발생시킨다는 점에서 배터리와 비슷하지만 연료전지는 반응 물질인 수소와 산소를 외부로부터 공급 받으므로 배터리와는 달리 충전이 필요 없고, 연료가 공급되는 한 전기를 발생시킨다.

또한, 연료의 연소반응 없이 에너지를 발생시키기 때문에 기존의 내연기관과 달리 황, 질소산화물 등 유독공해물질의 배출이 없고 이산화탄소 배출량도 획기적으로 줄일 수 있어 친환경적이다. 연료전지는 별도의 구동부가 존재하지 않아 소음이 없으며, 다른 에너지원에 비해 에너지 효율도 50%로 내연기관의 30%보다 높다. 한 번 쓰고 버리는 1차 전지나 여러 번 재충전이 가능한 2차 전지와 달리, 별도의 전원 충전 없이 연료 카트리지를 계속 교체하는 한 영구적으로 사용할 수 있는 저공해, 고효율 차세대 에너지원인 것이다.

상기 제어 유닛(110)은 상기 몸체 좌측면 날개들(40)과, 몸체 우측면 날개들(50)과, 꼬리면 날개들(60)의 회전속도를 제어하는 것이다.

여기서, 상기 제어 유닛(110)의 케이스의 표면에는 폴리아닐린(polyaniline) 또는 폴리피롤(polypyrrole)의 전도성고분자를 코팅하여 전자기파로부터 교란에 따른 제어 유닛(110)의 오동작을 방지하는 것이다.

상기 전도성 고분자란 말 그대로 전기가 흐를 수 있는 고분자를 말하고, 대부분 전도성 고분자의 구조는 단일결합과 이중결합을 alternative하게 갖고 있는 특징을 보이고 있으며, 전도성 고분자의 용도는 정전기 제거, 유해 전자파 차폐 및 흡수이다. 상기 전도성 고분자의 가장 큰 장점은 가공성이 매우 다양하다는 것과 경량화, 대량 생산가능, earth free라는 것이다. 정전기의 원인은 정지된 전하가 대전된 물질의 가장 자리로 몰려서 고전압을 띄는 것인데, 전도성 고분자는 정전기가 한곳으로 몰리는 것을 방지하며 다른 에너지형태로 소멸시킨다는 것이다.

상기 무선모듈(120)은 사람의 접근이 어려운 곳의 정보 수집용, 정찰을 위한 정찰용, 산불 안내용으로 적용하며, 획득한 정보들을 정보센터서버 또는 관재센터서버(미도시)로 전송하여 주는 것이다.

상술한 바와 같은, 상기 몸체 좌측면 날개들(40)과, 몸체 우측면 날개들(50)과, 꼬리면 날개들(60)의 안쪽부와 중심부는 추진력과 양력을 조절하고, 상기 날개들(40, 50, 60)의 바깥쪽부로는 방향 제어와 사이드 추진력을 발산하며, 상기 날개들(40, 50, 60)의 안쪽부는 길이가 1 대비 1.3의 폭으로 중심부 좌우로 양쪽에 안분하는 것이다.

상술한, 본 발명의 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러와 일반적인 프로펠러를 비교하여 보면, 일반적인 프로펠러가 수평운동(막대운동)을 하는데 반해, 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러는 상하 원운동(파동운동)을 하고, 일반적인 프로펠러가 직선운동, 비대칭운동, 단순운동, 평시운동을 하는데 반해, 이에 대응되는 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러는 곡선운동, 대칭운동(초대칭운동), 결합운동, 잠재운동을 하는 것이다.

상술한 바와 같은, 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조는 정찰용 무인 항공기, 재난 또는 화재, 산불의 정보 전송에 따른 안내용 드론, 초소형 항공기 분야에 적용할 수 있으므로 그 사용 및 적용대상이 광범위하다.

도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었으며, 여기서 사용된 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능할 것이며, 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 항공기 또는 비행체 헤드부 20 : 항공기 또는 비행체 몸체부
30 : 항공기 또는 비행체 꼬리부 40 : 몸체 좌측면 날개
41, 51, 61 : 원통부 50 : 몸체 우측면 날개
60 : 꼬리면 날개 70 : 기어부 케이스
71 : 기어부 케이스 결합부재 72 : 기어부 케이스 면 홀
80 : 기어들 90 : 구동장치(모터)
100 : 연료전지 팩 110 : 제어 유닛
120 : 무선모듈

Claims (8)

1. 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조에 있어서,
   헤드부와 몸체부와 꼬리부로 구성되는 항공기 또는 비행체의 몸체부와 꼬리부에 결합되어 장착되되,
   항공기 또는 비행체 몸체부의 좌측면에 체결되어 고정되는 뫼비우스 띠 형태이며, 일측이 기어 축에 삽입 고정되도록 원통부로 형성되어 있는 복수개의 몸체 좌측면 날개와;
   항공기 또는 비행체 몸체부의 우측면에 체결되어 고정되는 뫼비우스 띠 형태이며, 일측이 기어 축에 삽입 고정되도록 원통부로 형성되어 있는 복수개의 몸체 우측면 날개와;
   항공기 또는 비행체 꼬리부에 체결되어 고정되는 뫼비우스 띠 형태이며, 양쪽의 일측이 기어 축에 삽입 고정되도록 원통부로 형성되어 있는 복수개의 꼬리면 날개와;
   상기 몸체 좌측면 날개들과, 몸체 우측면 날개들과, 꼬리면 날개들의 일측에 형성되어 있는 원통부가 케이스 면에 대향되게 형성되어 있는 홀에 삽입되도록 하며, 기어부 케이스 결합부재를 포함하는 기어부 케이스와;
   상기 기어부 케이스 내부에 장착되어 몸체 좌측면 날개들과, 몸체 우측면 날개들과, 꼬리면 날개들이 전원 공급을 받은 모터의 구동에 의해 회전되게 하는 기어들과;
   상기 기어들이 조절되는 속도로 회전되게 하는 구동장치(모터)와; 상기 구동장치(모터)가 작동되게 전원을 공급하는 연료전지 팩과;
   상기 몸체 좌측면 날개들과, 몸체 우측면 날개들과, 꼬리면 날개들의 회전속도를 제어하는 제어 유닛; 을 포함함을 특징으로 하는 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 몸체 좌측면 날개와 몸체 우측면 날개들은 기어를 통해 제1 모터 내지 제3 모터와 제4 모터 내지 제6 모터에 의해 연결되어 구동되고, 상기 꼬리면 날개들은 기어를 통해 제7 모터에 의해 연결되어 구동되는 것을 포함함을 특징으로 하는 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 몸체 좌측면 날개들과, 몸체 우측면 날개들이 전원 공급을 받은 모터의 구동에 의해 회전되게 하는 기어는 스퍼기어(평기어)의 형태이고, 꼬리면 날개들이 전원 공급을 받은 모터의 구동에 의해 회전되게 하는 기어는 헬리컬 기어, 베벨 기어, 스파이럴 베벨기어, 웜 기어, 하이포이드 기어 중에서 선택하여 적용할 수 있는 것을 포함함을 특징으로 하는 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 연료전지 팩은 리튬 전지 팩으로 대체하여 적용할 수 있는 것을 포함함을 특징으로 하는 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 몸체 좌측면 날개들과, 몸체 우측면 날개들과, 꼬리면 날개들의 전면부와 후면부는 유선형의 형태이고, 상기 날개들의 전면 측면부는 1번 비틀려지고, 후면 측면부는 2번 비틀려지며, 상기 날개들의 후면 측면부의 비틀림 길이의 비는 1 : 2 : 2 : 1의 비율인 것을 포함함을 특징으로 하는 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 몸체 좌측면 날개들과, 몸체 우측면 날개들과, 꼬리면 날개들의 안쪽부와 중심부는 추진력과 양력을 조절하고, 상기 날개들의 바깥쪽부로는 방향 제어와 사이드 추진력을 발산하며, 상기 날개들의 안쪽부는 길이가 1 대비 1.3의 폭으로 중심부 좌우로 양쪽에 안분하는 것을 포함함을 특징으로 하는 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 제어 유닛의 케이스의 표면에는 폴리아닐린(polyaniline) 또는 폴리피롤(polypyrrole)의 전도성고분자를 코팅하여 전자기파로부터 교란에 따른 제어 유닛의 오동작을 방지하는 것을 포함함을 특징으로 하는 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조.
8. 제 1항에 있어서,
   사람의 접근이 어려운 곳의 정보 수집용, 정찰을 위한 정찰용, 산불 안내용으로 적용하며, 획득한 정보들을 정보센터서버 또는 관재센터서버로 전송하여 주는 무선모듈; 을 더 포함함을 특징으로 하는 항공기용 쌍 뫼비우스 날개 형태의 프로펠러 구조.

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