KR20210128863A - 방향 덕트와 방향판을 이용한 비행체 조절과 바람 대응 비행체 - Google Patents

Abstract

방향덕트와 방향판을 이용 및 조작하여 바람 대응도 하고 좌우로 자유롭게 회전 및 어느 방향으로나 전진도 가능하게 구성한 비행체

Description

방향 덕트와 방향판을 이용한 비행체 조절과 바람 대응 비행체 {Control and Wind-Responding Flight Vehicle Using Direction Ducts and Direction Plate}

비행체의 수직 이착륙과 어느 방향으로나 이동이 가능한 것과, 호버링에서 천이 비행 과정 없이 바로 수평 또는 대각선 비행 분야. 바람 대응 시스템에 의한 궤도를 유지하며 안전 운행할 수 있게 구성한 분야.

기존의 드론 비행체는 수직 이착륙으로 인하여 도심 접근성을 배가 시켰으나 에너지 효율 저하로 먼 거리 운행제한을 받아 아직까지 상용화에 한계를 드러내고 있으며, 바람에 부딪쳤을 경우 궤도를 벗어나 안전 운행에 제약이 있었다.

기존 드론 비행체는 전후 좌우이동만 가능하여 급박한 조종이 불가능 하였고 수직 이착륙만 가능하여 에너지 효율이 저급이었으며 추력 발생방법도 전진하려는 반대편의 양력을 증가시켜 양력이 상대적으로 적은 쪽으로 추력이 발생하게 하는 간접적인 추력으로 비행체가 전진하므로 에너지 효율이 저급이여서 먼 거리를 비행할 수 없어 상용화에 한계를 드러내고 있다.

날개 양력을 이용한 정상비행 방식을 취하는 경우에는 호버링에서 천이 비행과정 없이 수평 정상비행이 가능해지므로 에너지 효율적인 면뿐만 아니라 시간적/공간적 효율이 증가하였다 비행체의 수직 이착륙시 또는 이동시 바람에 의하여 비행체가 궤도를 벗어나 사람이나 주변 장애물에 부딪히는 경우와 호버링 시 안정적으로 제자리에 위치하지 못하여 촬영이나 기타 작업이 불가능한 경우가 많았다.

비행체 조종에 의하여 어느 방향이나 이동이 가능하게 구성하여 조종의 효율을 배가 시켰으며 종래 기술을 해결하였고, 수직 이착륙 비행체의 날개 양력에 의한 수평 정상비행체의 경우 호버링 상태에서 천이 비행경로를 생략하고 바로 수평비행이나 대각선 비행으로 천이 과정을 통과하여 에너지 효율을 배가 시켰고, 시간적/공간적 효율을 배가 시켰다.

비행체에 바람이 부딛쳤을 경우 바람의 세기 및 방향을 측정하여 대응 상쇄시켜 비행체의 이착륙시, 호버링 시, 수평 비행 시 안정적으로 운행하게 구성하여 종래 기술을 보안하였다.

드론의 기능과 수평 비행이 가능하게 구성하여 에너지 효율을 배가 시켰고 바람에 부딪쳤을 경우에 대응할 수 있게 구성하여 도심 속에서도 수직 이착륙이 가능하게 구성하여 상용화가 가능하게 하였다. 뿐만 아니라 호버링에서 어느 방향으로든 운전이 가능하여 비행체의 시간적/공간적으로나 효율을 배가 시켰다.

도1: 진행방향에 따른 방향덕트와 방향판 변화도
도2a: 정상비행 시 방향덕트와 방향판 변화도
도2b: 정상비행 과정 시 덕트 지지축 변화도
도2c: 정상비행 시 덕트지지축과 방향덕트 및 방향판 변화도
도3: 바람세기와 방향 감지장치가 컴퓨터에 바람세기와 방향을 전달하는 표시도
도4: 바람 대응을 위한 회전도
도4a: 방향 덕트와 방향판 기울기 과정도
도5:비행체 진행 시 방향 덕트와 방향판의 모양
도5a: 진행 반대방향으로 바람이 부딪혔을 시 방향덕트와 방향판의 기울기 변화도
도5b: 진행 중에 바람이 진행방향으로 부딪혔을 시 방향덕트와 방향판의 기울기 변화도
도5c: 진행 중에 옆면에서 바람이 부딪혔을 시 방향덕트와 방향판의 변화도
도6: 제자리 비행 시 대각선 윗면에서 바람이 부딪혔을 시 방향덕트와 방향판 변화도
도7:제자리 비행 시 아래면 대각선에서 바람이 부딪혔을 시 방향덕트와 방향판 변화도
도8: 벨트와 FD를 연결하는 사시도

비행체의 비행 시 양력을 만드는 날개(A)를 구성하였다.

바람의 세기와 방향을 감지하여 컴퓨터(C)에 전달하기 위하여 바람세기와 방향감지장치(B)를 구성하였다.

바람이 비행체에 부딪칠 때도 유동하지 않고 운전자가 조종하는 속도로 비행체가 운행할 수 있도록 바람세기와 방향 및 운전속도에 따른 최적의 명령 프로그램을 모터(MT)에 신호를 보내기 위하여 컴퓨터를 구성하였다.

비행체의 윗 공기를 흡입하여 아래쪽으로 배출할 때 통 역할을 하는 덕트(D)를 구성하였다.

덕트(D)안에 설치되어 윗 공기를 흡입하여 아래로 배출하여 추력과 양력을 발생시키는 모터와 프로팰라로 구성된 추력창치(E)를 구성하였다.

덕트(D)에서 흡입 배출할 공기를 컴퓨터에 입력된 프로그램에 따라 방향 조절을 하기 위하여 아래 방향 판(LFa), 윗 방향 판(HFa), 아랫방향 덕트(LDF), 윗 방향 덕트(HDF)를 구성하였다.

방향 판과 방향 덕트를 좌, 우로 회전시키고 기울기를 하게 하기 위하여 회전 모터(MT)를 구성하였고 회전모터로부터 힘을 전달받아 회전체와 일체가 되어 회전하다가 전자석이 일체를 해제하면 기어로 FG와 연결되어 있어 방향 덕트와 방향 판을 기울기 할 수 있도록 회전하는 방향 판과 방향 덕트 기울기 조절 회전체(FD)를 구성하였다.

FD와 전자석으로 연결 되어 방향 판과 방향 덕트를 회전시키기 위하여 회전체(FC)를 구성하였다.

기울기 조절 회전체로부터 힘을 전달 받아 방향 덕트와 방향 판를 좌, 우로 회전시키는 연결체(FG)를 구성하였고 회전체(FC)에 지지되고 있다.

방향 판과 방향 닥트 회전체(FC)와 방향 판과 방향 덕트 기울기 조절 회전체(FD)가 일체가 되어 회전하게 잡고 있다가 기울기 조절 회전체(FD)가 방향 판과 방향 덕트를 기울기 할 때는 FD와 FC를 분리시키고 FC를 고정시키는 기능을 하게 하기 위하여 전자석(FE)를 구성하였다.

FC와 방향 덕트(LFa, HFa)의 연결을 위하여 주름관(G)를 구성하였다.

회전 모터(MT)로부터 힘을 회전체(FD)에 전달하는 벨트(V)를 구성하였다.

비행체가 추력장치(E)에 의하여 프로펠라를 가동시키면 덕트(D)를 통하여 흡입 공기를 배출시키므로 항력이 발생되어 이륙하게 되며 어느 방향으로나 전진하려면 도1처럼 윗 방향 덕트((HDF) ,윗 방향 판(HFa)은 운전자가 조작하는 방향으로 향하게 하여 공기를 흡입하여 비행체를 땅기게 하고 이래 방향 덕트(LDF), 아래 방향 판(LFa)는 반대쪽으로 향하게 하여 공기를 배출함으로 비행체를 밀어내므로 어느 방향으로나 운전자가 조작하는 방향으로 가게 된다.

고속으로 정상비행을 하려면 도2-1처럼 비행 방향으로 윗 방향 덕트(HDF)와 윗 방향 판(HFa)를 향하게 하고 속도를 높이면서 도2-2처럼 덕트 지지축(Da)을 회전시켜 덕트(D)가 비행체와 수평이되는 방향으로 기울게 조작하고 속도 증가에 따라 비행체 날개 양력이 비행체가 하강 하지 않을 만큼 발생하면 도2-3처럼 비행체와 수평이 되게 덕트(D)도하고 방향 덕트와 방향 판도 하여 직접 앞에서 공기를 흡입하고 뒤로 배출하여 정상비행이 가능하게 된다.

정상 비행으로 가는 과정에 천이 비행 과정 없이 수평운행 중에 바로 정상 비행이 가능한 것이다

제자리 비행 시 바람이 비행체에 부딪쳤을 시 움직이게 되는 데 바람이 비행체에 부딪쳐도 비행체가 움직이지 않고 제자리 비행을 할 수 있게 도3처럼 바람세기와 방향감지 장치(B)에서 바람세기와 바람방향을 감지하여 컴퓨터(C)에 전송하면 바람 대응 방향과 방향 판 및 방향 덕트 기울기의 정도가 컴퓨터에 입력되어 있는데 그 내용에 따라 컴퓨터가 회전 모터(MT)에 명령을 하면 도4처럼 회전체(FC)와 방향 판과 방향 덕트 기울기 조절 회전체(FD)가 일체가 되어 있는 것을 바람에 대응 하게끔 회전시키고 도4-1처럼 전자석(FE)이 FC와FD를 분리시키고 FC를 덕트(D)에 고정시키면 회전 모터(MT)가 FD만를 회전시키면 FD와 기어로 연결되어 있는 방향판과 덕트를 좌,우로 회전시키는 연결체(FG)가 회전하면서 도4-1형태로 방향 판과 방향 덕트를 기울게 하여 윗 방향 덕트(HDF)와 윗 방향 판(HFa)는 바람방향 반대방향으로 하여 공기를 흡입하고 아래 방향 덕트(LDF)와 아래 방향 판(LFa)는 바람 방향과 같은 방향으로 공기를 배출하여 바람 부딪침에 대응하여 바람이 비행체에 부딪쳐도 제자리 비행을 할 수 있게 구성하였다.

방향 덕트 와 방향 판의 기울기정도에 따라 컴퓨터에 입력된 내용으로 추력을 강하게 하여 항력을 증가하도록 하여 기울기 정도에 따라 이륙 항력의 저하를 보충하여 비행체가 하강하지 않고 제자리 비행이 가능하게 구성하였다.

운행 중에 비행체에 바람이 부딪쳤을 때 바람세기와 방향감지장치(B)가 바람세기와 바람방향을 컴퓨터(C)에 전달하면 입력된 프로그램에 따라 회전 모터(MT)에 전달하여 방향 덕트와 방향 판을 조작하여 바람에 대응하여 조작하는 방향으로 진행하는 것이다.

비행체가 전진하는데 진행반대 방향으로 바람이 부딪칠 때는 도5에서 도5-1처럼 방향판과 방향 덕트의 기울기를 더하게 프로그램을 입력하고 진행방향으로 바람이 부딪쳤을 때는 도5에서 도5-2처럼 방향 판과 방향 덕트 기울기를 덜하여 프로그램을 입력하고

진행방향의 옆에서 바람이 부딪쳤을 시는 도5에서 도5-3처럼 방향 판과 방향 덕트를 대각선 방향으로 입력하여 어느 방향으로나 바람에 부딪쳤을 시 조작의 속도와 방향으로 운행이 가능하게 구성하였다.

비행체 운행 중에도 방향 판과 방향 덕트 기울기에 따라 추력을 증가시켜 항력을 증가시켜 비행체가 하강하는 것을 예방하도록 프로그램를 구성하였다.

제자리 비행 중에 비행체 윗면에서 아래쪽으로 바람이 부딪쳤을 때는 바람세기와 바람감지장치가 바람세기를 감지하여 컴퓨터에 전달하면 입력된 프로그램에 따라 바람세기 만큼 추력을 증가시키는 명령을 하여 바람세기에 대응하여 비행체 하강 없이 제자리 비행이 가능하게 구성하였다

제자리 비행 중에 대각선 윗면에서 바람이 부딪쳤을 시는 도6처럼 방향 판과 방향 덕트를 바람 방향에 대응하는 형태로 회전시키고 방향 덕트 와 방향 판을 기울기하여 바람세기 만큼 추력을 증가 시키는 명렁을 하여 제자리 비행이 가능하게 구성하였다.

비행체 아래에서 위쪽으로 바람이 부딪쳤을 시는 바람의 세기 만큼 추력을 줄여서 바람세기에 대응하게 된다

대각선 아래면에서 바람이 부딪쳤을 시는 도7처럼 방향 판과 방향 덕트를 바람방향에 대응하는 형태로 회전시키고 방향 덕트 와 방향 판을 기울기 하여 바람세기 만큼 추력을 줄여서 바람 부딪침에도 제자리 비행이 가능하게 구성하였다.

도8처럼 덕트(D)에 각각의 모터를 설치하는 대신에 중앙에 하나의 모터를 설치하고 벨트(V)로 FD와 연결하여 회전력을 전달하는 형태도 가능하다.

이 형태도 벨트로 FD와 연결하여 모터를 대신하는 것을 제외 하고는 앞의 설명내용과 동일하다

A, 날개
B, 바람세기와 방향감지장치
C, 컴퓨터
D, 덕트
Da, 덕트 지지축
E, 추력장치
HFa, 윗 방향 판
HDF, 윗 방향 덕트
LFa, 아래 방향 판
LDF, 아래 방향 덕트
MT, 회전모터
FC, 회전체
FD, 방향 판과 방향 덕트 기울기 조절 회전체
FG, 방향 판과 덕트를 좌,우로 회전시키는 연결체
FE, 전자석
G, 주름관
V. 벨트

Claims (3)

1. 비행체 날개(A)로 양력을 발생시켜 정상비행을 하고 제자리 비행 시 비람이 비행체에 부딪쳤을 시 B가 바람세기와 방향을 감지하여 컴퓨터에 전달하면 바람에 대응 할 수 있는 프로그램에 따라 회전모터(MT)에 명령하면 기울기 조절 회전체(FD)와 기어로 연결되어 있는 회전모터는 기울기 조절 회전체를 바람 방향에 대응 하도록 회전시키고 전자석(FE)이 FC와 FD을 분리 시키고 FC를 덕트에 고정시키면 회전모터는 다시 회전하여 기어로 연결된 FD를 회전시키고 FG와 기어로 연결된 FD는 FG를 회전시키고 FG와 연결되어 있는 HFa, HDF, LFa, LDF를 기울기하게 하여 바람이 부는 방향으로 LFa, LDF를 향하게 하고 HFa, HDF는 바람방향 반대로 향하게 하여 바람이 비행체에 부딪쳐도 제자리 비행이 가능하게 구성한 비행체.
   진행 중에 바람이 비행체 정면으로 향하는 경우에는 HFa, HDF는 바람방향의 반대 방향으로 , LFa, LDF는 바람 방향으로 기울기을 더하여 운전자가 조작하는 속도로 진행하고 비행체 뒷면에서 진행방향으로 바람이 부딪칠 경우에는 HFa, HDF,바람방향의 반대 방향으로 LFa, LDF는 바람방향으로 기울기를 덜하여 운전자가 조작한 속도로 진행하는 비행체.
   진행 중에 옆면으로 바람이 부딪쳤을 시 도5-3처럼 HFa, HDF, LFa, LDF를 바람에 대응하도록 회전시켜 옆에서 바람이 부딪쳐도 진행 궤도를 벗어나지 않고 운전자가 조작하는 방향으로 진행하는 비행체.
   비행체 윗면에서 바람이 부딪쳤을 시 바람세기에 맞게 추력장치의 가동을 증가시켜 궤도를 유지하고 밑면에서 부딪쳤을 시는 추력장치의 가동을 줄여서 궤도을 유지하며 윗면 대각선에서 바람이 부딪쳤을 시는 HDF, HFa, LFa, LDF를 바람 대응 방향으로 회전시키고 기울기 하추력장치의 가동을 증가 시켜 궤도를 유지하고 밑면 대각선에서 바람이 부딪쳤을 시 HDF, HFa, LFa ,LDF를 바람대응 방향으로 회전시키고 기울기 하여 추력장치의 가동을 줄여서 궤도를 유지하는 비행체.
   도8처럼 벨트(V)로 회전모터와 FD를 연결하여 중앙 회전모터 하나로 덕(D)에 부착된 모터를 대신하는 형태의 비행체.
   
2. 날개로 양력을 만들지 않는 비행체로써 위에서 설명한 것처럼 방향판과 방향덕트를 이용한 바람대응 시스템과 좌우 전진및 어느방향으로나 회전이 가능한 비행체.
   
3. 청구 1항과 같은 원리로 하되, 윗 방향덕트와 윗 방향판이 없이 아래 방향덕트와 아래 방향판으로만 구성된 비행체. 또는 아래 방향덕트와 아래 방향판 없이 윗 방향덕트와 윗 방향판만으로 구성된 비행체.

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