KR20220068580A

KR20220068580A - 날개치기 비행체

Info

Publication number: KR20220068580A
Application number: KR1020200155504A
Authority: KR
Inventors: 이춘우
Original assignee: 이춘우
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2022-05-26

Abstract

본 발명은, 구동원의 회전운동을 직선왕복운동으로 변환하는 제1운동변환부의 출력을 받은 날개부가, 공기의 저항을 받지 않기 위해 날개의 앞깃 쪽을 위로 향하게 비틀어 세우면서 공기의 저항을 최소화하면서 위로 날개 치기 하게 하고, 공기의 저항을 최대화하기 위해 날개의 앞깃 쪽을 아래로 향하게 비틀어 내리면서 공기의 저항을 최대화하면서 날개를 아래 방향으로 내리치며 내측날개부의 넓은 면으로 기류를 끌어모아 아래쪽과 뒤쪽으로 동시에 밀어내면서 아래로 날개치기 하게, 상기 제1운동변환부와 상기 내측날개부 사이에 제2운동변환부를 개재시킨 구조를 가진 날개치기 비행체에 관한 것이다.

Description

날개치기 비행체{Structure of ornithopter}

본 발명은 날개치기 비행체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대칭으로 배치되는 한 쌍의 날개로 날개치기하여 비행하는 날개치기 비행체의 날개를 새의 날개와 유사하게 내측날개부와 외측날개부로 구분하고, 공기의 저항을 받지 않기 위해 날개의 앞깃 쪽을 위로 향하게 비틀어 세우면서 공기의 저항을 최소화하면서 위로 날개 치기 하게 하고, 공기의 저항을 최대화하기 위해 날개의 앞깃 쪽을 아래로 향하게 비틀어 내리면서 공기의 저항을 최대화하면서 날개를 아래 방향으로 내리치며 상기 내측 날개부의 넓은 면으로 기류를 끌어모아 아래쪽과 뒤쪽으로 동시에 밀어내면서 아래쪽으로 날개 치기 하게 하는 날개치기 비행체에 관한 것이다.

일반적으로 날개치기 비행체(Ornithopter;조익기;鳥翼機)는 날개를 퍼덕거리면서 나는 비행체를 말하며, 대표적인 예로 레오나르도 다빈치의 비행체를 들 수 있다.

최초로 고무 동력 날개치기 비행체가 성공적으로 설계된 것은 1870년대 초이며 그 이후 무인 또는 유인 날개치기 비행체가 발명된 바 있다.

오늘날 대부분의 날개치기 비행체는 엔진, 고무줄 또는 압축가스를 동력원으로 사용하고 있는데, 상기 엔진 동력 날개치기 비행체는 출력이 큰 반면, 소음이 크고 초보자가 엔진과 연료를 취급하는 것이 어려운 문제가 있다.

또한 고무동력 또는 압축가스동력을 이용한 날개치기 비행체는 다루기가 쉽지만 비행시간이 매우 짧고 사용자가 방향이나 고도 등을 마음대로 조종할 수 없는 문제점이 있다.

근래에는 모터 및 배터리의 성능이 급격하게 발전 됨에 따라 모터 동력을 이용한 날개치기 비행체의 개발이 활발히 진행되고 있다.

이러한 날개치기 비행체는 모터와 배터리로 작동되기 때문에 엔진이나 연료를 사용할 필요가 없고, 완충된 배터리를 사용하여 비행이 가능하며, 안정적이며 부드러운 동력전달을 가능케 한다.

모터와 배터리로 작동되는 날개치기 비행체의 개략적인 구성을 설명하면, 모터 축기어에 의해 구동됨으로써, 비행체가 비행하는데 필요한 날개 속도와 힘을 가질 수 있도록 동력을 전달하는 동력 전달부를 구비하고, 상기 동력 전달부의 원운동을 직선운동으로 바꾸는 커넥팅로드에 의해 연결된 날개를 상하 운동시키는 구성으로 이루어 지고 있다.

상기한 기술 외에 또 다른 종래의 기술을 살펴보면 등록실용신안 제20-0281641호(20020628)에서는 동력부와 기타 장치부, 동체부; 상기 동력부에 연결되는 동력전달부와: 상기 동력전달부에 연결된 날개부와 날개구조부, 그리고 비행방향을 조절할 수 있는 꼬리 날개부 등으로 구성된 날개치기로 비행하는 비행체, 상기 날개치기 비행체의 날개가 상향 날개치기(UPSTROKE)중일 때에는 접히고, 날개가 하향 날개치기(DOWNSTROKE)중일 때에는 접히지 않도록 날개에 관절장치를 부착한 날갯짓 비행체를 제공하였다.

그러나 상기 종래 기술은 상하로 날개를 퍼덕이도록 하여 양력과 추진력을 얻는데 있어, 날개가 일체형 관절로 이루어져 있기 때문에, 하부 날개 짓으로 얻는 추진력에 대한 상부 날개치기 시, 발생하는 공기저항의 크기가 거의 비슷하게 작용되므로서 동력손실 및 비행효율이 저하되는 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 날개치기 비행체가 한국등록특허 제10-154994호에 개시되어 있다.

상기 개시된 날개치기 비행체는, 정회전 또는 역회전의 회전력을 제공하는 구동부; 상기 구동부와 연결되고, 상기 구동부가 정회전 또는 역회전의 회전력을 제공함에 따라 연동하여 정회전 또는 역회전하는 연동축부를 내측단에 구성하고, 상기 연동축부가 회전됨에 따라 연동축부를 축으로 회전하는 내측날개부; 상기 내측날개부의 외측단에 회전가능하게 제1관절부로 연결되고, 상기 내측날개부가 회전함에 따라 상기 제1관절부를 축으로 회전하는 외측날개부; 상기 외측날개부에 구비되고, 상기 외측날개부의 길이방향을 따라 직선왕복 이동하는 슬라이딩부재; 및 외측단은 상기 슬라이딩부재의 하부에 일체로 형성된 제2관절부와 연결되고, 내측단은 상기 내측날개부의 연동축부의 하측에 위치하는 링크축부와 연결되어, 상기 내측날개부가 연동축부를 축으로 회전함에 따라 종속되어 상기 링크축부를 축으로 회전하여 상기 슬라이딩부재의 진로를 안내하는 링크부재를 포함하고 있다.

상기 개시된 날개치기 비행체는 첫째, 비행로봇의 날개를 이루는 내측날개부와 외측날개부를 서로 회전 가능하게 관절부(JOINT)로 연결하고, 상기 내측날개부의 회전 각도에 따라 외측날개부의 회전각도를 제어하도록 해, 종래의 날개치기 비행체보다 비행하는 모습이 사실적인 새와 비슷한 모습으로 구현할 수 있는 효과를 가지며, 둘째, 상기 외측날개부의 길이방향을 따라 직선왕복운동하는 슬라이딩부재에 의해 상기 내측날개부와 외측날개부의 플랩핑 강도에 따라 관절에 걸리는 힘을 조절함으로써 효율적으로 양력을 발생시킬 수 있는 효과를 가지며, 셋째, 관절부로 연결된 내측날개부와 외측날개부 및 슬라이딩부재에 의해 추가적인 양력과 추력을 발생하기 때문에 날갯짓 비행로봇의 크기를 작게 구현하거나 동력의 소모를 줄일 수 있어, 종래의 날개치기 비행체보다 비행성능이 향상되는 효과를 가진다.

하지만, 상기 개시된 날개치기 비행체는 주된 양력과 추력을 제공하는 내측날개부가 상하방향으로만 선회운동하기 때문에, 양력에 비해 추력이 작아 고속으로 비행할 수 없다고 하는 문제점을 가진다.

본 발명은 상기된 문제점을 해결하는 것에 과제를 가진다.

본 발명은, 사용자의 인력에 의해 동력을 받은 날개부가, 공기의 저항을 받지 않기 위해 날개의 앞깃 쪽을 위로 향하게 비틀어 세우면서 공기의 저항을 최소화하면서 위로 날개 치기 하게 하고, 공기의 저항을 최대화하기 위해 날개의 앞깃 쪽을 아래로 향하게 비틀어 내리면서 공기의 저항을 최대화하면서 날개를 아래 방향으로 내리치며 내측날개부의 넓은 면으로 기류를 끌어모아 아래쪽과 뒤쪽으로 동시에 밀어내면서 아래쪽으로 날개 치기 하게, 상기 동력공급부와 상기 날개부 사이에 운동변환부를 개재시킨 구조를 가진 날개치기를 비행체에 제공함으로써 상기 과제를 해결할 수 있다.

본 발명은, 상기와 같은 과제해결수단에 의해, 날개부가 공기의 저항을 받지 않기 위해, 날개의 앞깃 쪽을 위로 향하게 비틀어 세우면서 공기의 저항을 최소화하면서 위로 날개 치기 하게 하고, 공기의 저항을 최대화하기 위해 날개의 앞깃 쪽을 아래로 향하게 비틀어 내리면서 공기의 저항을 최대화하면서 날개를 아래 방향으로 내리치며 내측날개부의 넓은 면으로 기류를 끌어모아 아래쪽과 뒤쪽으로 동시에 밀어내면서 아래쪽으로 날개 치기 하게 날개치기 운동을 하여 종래의 날개치기 비행체보다 큰 추력을 얻어 종래보다 빠르게 비행할 수 있는 날개치기 비행체를 제공할 수 있다.

도 1은 본 실시예의 날개치기 비행체를 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 날개부를 제거한 상태에서 도 1의 날개치기 비행체를 위에서 보았을 때를 도시한 사시도,
도 3은 도 1의 날개부를 제거한 상태에서 도 1의 날개치기 비행체를 아래에서 보았을 때를 도시한 사시도,
도 4는 도 1의 제1왕복운동부의 우구동부를 좌측에서 보았을 때를 도시한 사시도, 및
도 5는 도 1의 한 쌍의 제2운동변환부 중 우측에 배치된 제2운동변환부를 좌측에서 보았을 때를 도시한 분해 사시도.

이하, 본 발명에 따른 실시예의 날개치기 비행체가 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명될 것이다.

도 1에는 본 실시예의 날개치기 비행체가 부호 100으로서 지시되어 있다.

상기 날개치기 비행체(100)는, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본체(10); 상기 본체(10)의 양측부에 마련된 한쌍의 동력전달부(11); 상기 동력전달부(11)는, 상기 본체(10)의 양측부에 상기 본체와 평행하게 배치되어 마련된 링크핀(12); 상기 링크핀(12)에 회전가능하게 장착된 동력전달기어(13); 및 상기 동력전달기어(13)에 마련된 레버장착부(14); 그리고 상기 레버장착부(14)에 장착된 동력전달레버(15)를 포함하여 마련되어 있고, 상기 동력전달부(11)의 출력측에 접속된 상태에서 상기 동력전달부(11)의 회전운동을 직선왕복운동으로 변환시키기 위해 상기 본체(10)의 양측부에 배치된 제1운동변환부(20); 상기 제1운동변환부(20)의 출력측에 접속되어 상기 제1운동변환부(20)의 직선왕복운동에 의해 직선왕복운동과 시소운동을 동시에 구현 하도록 변환시키기 위해, 상기 본체(10)의 양측부에 배치된 한 쌍의 제2운동변환부(30); 및 상기 한 쌍의 제2운동변환부(30)의 출력측에 기단이 결합되어, 공기의 저항을 받지 않기 위해, 날개의 앞깃 쪽을 위로 향하게 비틀어 세우면서 공기의 저항을 최소화하면서 위로 날개 치기 하게 하고, 공기의 저항을 최대화하기 위해 날개의 앞깃 쪽을 아래로 향하게 비틀어 내리면서 공기의 저항을 최대화하면서 날개를 아래 방향으로 내리치며 내측날개부의 넓은 면으로 기류를 끌어모아 아래쪽과 뒤쪽으로 동시에 밀어내면서 아래로 날개치기 운동하는 한 쌍의 날개부(40)를 포함하고 있다.

상기 한 쌍의 날개부(40)는 경량화를 위해 복수개의 관통구멍(42)이 형성되어 있다

또한, 상기 한 쌍의 날개부(40)의 윗면과 밑면에는, 도시되지 않은 시트가 중첩되게 고정되어 있고, 밑면 시트에는 날개부(40)가 아래로 날개치기 할 때 공기의 저항을 극대화하기 위해 공기의 양을 날개의 내부에 많이 가둘 수 있도록 다수개의 구멍을 가질 수 있다.

상기 구동수단(11)의 회전력을 직선방향으로 왕복운동하게 변화시키는 상기 동력전달부(20)는 공지된 크랭크 기구, 레이디얼캠 또는 원통형캠을 이용하는 캠기구 등이 적용될 수도 있다,

본 발명의 날개치기 비행체가 비행 중에 날개를 정지시킬 때에는 날개를 최대로 펼친 상태이거나 날개를 접은 상태이거나 날개를 반쯤 펼치거나 접은 상태일 때 등, 날개의 위치형태가 어떠한 위치형태일 때에도 날개의 정지가 가능하게다.

본 실시예에서는, 2개의 레버를 조작하여 사람이 직접 동력을 전달하여 직선왕복운동을 구현하는 상기 제1운동변환부(20)에 적용되었을 때를 예로 하여 도면에 도시되어 있으며, 이를 설명하면 다음과 같다. 상기 제1운동변환부(20)는, 상기 구동수단(11)의 한쌍의 출력레버에 외접되어지게 또는 내접된 한쌍의 상기 동력전달기어(13)에 치합되어 직선왕복운동하는 제1렉기어(23); 상기 본체(10)의 좌우 양측부에 상기 제1렉기어(23)를 가이드하게 마련된 가이드부(24); 그리고 상기 가이드부(24)를 따라 직선왕복운동하는 상기 제1렉기어(23)의 등을 진 면에 회전가능하게 내접되어 마련된 제2링크핀(25);을 포함하여 마련되어 있다. 그리고 상기 제2링크핀(25)을 중심으로 회전가능하게 상기 제2링크핀(25)에 외접되어 장착되고 상기 제2링크핀(25)에 등을 진 면에 제2랙기어(31)가 마련된 상기 왕복이송대상체(27); 상기 왕복이송대상체(27)의 양단에 미끄럼 또는 구름접촉하여 상기 왕복이송대상체(27)가 왕복운동하는 상태에서 상기 왕복이송대상체(27)의 상승시에는 상기 왕복이송대상체(27)의 밑면이 비행방향에 마주하게 경사시키고, 하강시에는 상기 왕복이송대상체(27)의 밑면이 비행방향 반대방향에 마주하게 경사시키도록 상기 본체(10)에 마련된 캠면(33); 상기 왕복이송대상체(27)의 양단 사이에 배치되어 상기 제2링크핀(25)에 수직하게 뻗어서 양단이 상기 본체(10)에 장착된 제3링크핀(34); 상기 제3링크핀(34)에 회전가능하게 외접된 볼조인트(35); 그리고 상기 볼조인트(35)에 3차원적으로 상대회전가능하게 외접되어 상기 제2랙기어(31)에 치합하고 있고, 그리고 상기 날개부(40)의 기단이 장착되어 상기 날개부(40)가 공기의 저항을 받지 않기 위해 날개의 앞깃 쪽을 위로 향하게 비틀어 세우면서 공기의 저항을 최소화하면서 위로 날개 치기 하게 하고, 공기의 저항을 최대화하기 위해 날개의 앞깃 쪽을 아래로 향하게 비틀어 내리면서 공기의 저항을 최대화하면서 날개를 아래 방향으로 내리치며 내측날개부의 넓은 면으로 기류를 끌어모아 아래쪽과 뒤쪽으로 동시에 밀어내면서 아래쪽으로 날개치기하게 하는 피니언기어(36)를 포함하고 있다.

상기와 같이 구성된 날개치기 비행체(100)는 다음과 같이 작동될 수 있다.

상기 구동수단(11)이 일방향으로 회전하게 되면, 상기 제1운동변환부(20)에 의해 상기 한 쌍의 왕복이송대상체(27)가 중력령방향에서 반복적으로 왕복운동 하면서 상기 제2링크핀(25)을 중심으로 반복적으로 시소운동을하게 되고; 상기 한 쌍의 왕복이송대상체(27)의 제2랙기어(31)에 치합된 한 쌍의 피니언기어(36)는, 상기 볼조인트(35)를 통하여 상기 제3링크핀(34)을 중심으로 3차원적으로 운동가능하게 장착되어 있기 때문에, 상기 제2랙기어(31)의 직선 이동 거리만큼 상기 제2랙기어(31)에 치합된 상기 피니언기어(36)가 회전하고, 상기 피니언기어(36)가 회전하는 각도만큼 상기 피니언기어(36)에 연결된 날개부(40)가 날갯짓하고, 상기 제2랙기어(31)가 시소운동 하는 각도만큼 상기 피니언기어(36)가 비틀어지면서 회전하고, 상기 피니언기어(36)가 비틀어지면서 회전하니까 상기 피니언기어(36)에 연결된 날개부(40)가 비틀어지면서 날갯짓하게 된다. 그러므로 상기 한 쌍의 왕복이송대상체(27)와 함께 중력방향에서 반복적으로 왕복운동하면서 상기 제2링크핀(25)을 중심으로 반복적으로 시소운동하는 상태에서, 상기 한 쌍의 왕복이송대상체(27)에 대하여 상기 제2랙기어(31)를 따라 선형왕복운동하게 되어, 결국, 상기 한 쌍의 제2랙기어(31)에 결합된 상기 한 쌍의 날개부(40)는 공기의 저항을 받지 않기 위해 날개의 앞깃 쪽을 위로 향하게 비틀어 세우면서 공기의 저항을 최소화하면서 위로 날개 치기 하게 하고, 공기의 저항을 최대화하기 위해 날개의 앞깃 쪽을 아래로 향하게 비틀어 내리면서 공기의 저항을 최대화하면서 날개를 아래 방향으로 내리치며 내측날개부의 넓은 면으로 기류를 끌어모아 아래쪽과 뒤쪽으로 동시에 밀어내면서 아래로 날개치기하며 반복적으로 날개치기 운동을 하게된다.

따라서, 상기 한 쌍의 날개부(40)는 공기의 저항을 받지 않기 위해 날개의 앞깃 쪽을 위로 향하게 비틀어 세우면서 공기의 저항을 최소화하면서 위로 날개 치기 하게 하고, 공기의 저항을 최대화하기 위해 날개의 앞깃 쪽을 아래로 향하게 비틀어 내리면서 공기의 저항을 최대화하면서 날개를 아래 방향으로 내리치며 내측날개부의 넓은 면으로 기류를 끌어모아 아래쪽과 뒤쪽으로 동시에 밀어내면서 아래로 날개치기 운동하여 종래의 날개치기 비행체보다 큰 추력을 얻어 종래보다 빠르게 비행할 수 있어서, 종래보다 동력소비를 절감할 수 있는 날개치기 비행체를 제공할 수 있다.

10: 본체, 11: 동력전달부, 12: 링크핀, 13: 동력전달기어, 14: 레버장착부, 15: 동력전달레버, 20: 제1운동변환부, 23: 제1랙기어, 24: 가이드부, 25: 제2링크핀, 27:왕복이송대상체, 30: 제2운동변환부, 31: 제2렉기어, 33: 캠면, 34: 제3링크핀, 35: 볼조인트, 36:피니언기어, 40:날개부, 42: 관통부

Claims

본체(10);
상기 본체(10)에 탑재된 동력전달부(11);
상기 동력전달부(11)의 출력측에 접속된 상태에서 상기 동력전달부(11)의 회전력을 직선방향으로 왕복운동으로 변화시키기 위해 상기 본체(10)에 탑재된 제1운동변환부(20);
상기 제1운동변환부(20)의 출력측에 접속되어 제1운동변환부(20)에서의 직선왕복운동출력을 직선왕복운동과 시소운동을 동시에 구현하도록 변환시키기 위해, 상기 본체(10)의 양측부에 배치된 한 쌍의 제2운동변환부(30); 및
상기 한 쌍의 제2운동변환부(30)의 출력측에 기단이 결합되어 공기의 저항을 받지 않기 위해 날개의 앞깃 쪽을 위로 향하게 비틀어 세우면서 공기의 저항을 최소화하면서 위로 날개 치기 하고, 공기의 저항을 최대화하기 위해 날개의 앞깃 쪽을 아래로 향하게 비틀어 내리면서 공기의 저항을 최대화하면서 날개를 아래 방향으로 내리치며 내측날개부의 넓은 면으로 기류를 끌어모아 아래쪽과 뒤쪽으로 동시에 밀어내면서 아래로 날개치기 운동하는 한 쌍의 날개부(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 날개치기 비행체.
제 1항에 있어서,
상기 한 쌍의 제1운동변환부(20) 각각은,
상기 본체(10)에 한쌍의 출력레버를 장착한 한쌍의 상기 동력전달기어(13); 상기 동력전달기어(13)에 치합되어 직선왕복운동하는 제1렉기어(23); 상기 본체(10)의 좌우 양측부에 상기 제1렉기어(23)를 가이드하게 마련된 가이드부(24); 그리고 상기 가이드부(24)를 따라 직선왕복운동하는 상기 제1렉기어(23)의 등을 진 면에 회전가능하게 내접되어 마련된 제2링크핀(25)을 포함하는 것을 특징으로 하는 날개치기 비행체.
제 1항에 있어서,
상기 한 쌍의 제2운동변환부(30) 각각은,
상기 제1운동변환부(20)의 타측에 제2링크핀(25)을 개재하여 상기 제2링크핀(25)을 중심으로 회전가능하게 상기 제2링크핀(25)에 외접되어 장착되고 상기 제2링크핀(25)에 등을 진 면에 제2랙기어(31)가 마련된 상기 왕복이송대상체(27);
상기 왕복이송대상체(27)의 양단에 미끄럼 또는 구름접촉하여 상기 왕복이송대상체(27)가 중력방향에서 왕복운동하는 상태에서 상기 왕복이송대상체(27)의 상승시에 상기 왕복이송대상체(27)의 밑면이 비행방향에 마주하게 경사시키고, 하강시 상기 왕복이송대상체(27)의 밑면이 비행방향 반대방향에 마주하게 경사시키도록 상기 본체(10)에 마련된 캠면(33);
상기 왕복이송대상체(27)의 양단을 사이에 두고 배치되어 상기 제2링크핀(25)에 수직하게 뻗어서 양단이 상기 본체(10)에 장착된 제3링크핀(34);
상기 제3링크핀(34)에 회전가능하게 외접된 볼조인트(35); 그리고
상기 볼조인트(35)에 3차원적으로 상대이동가능하게 외접되어 상기 제2랙기어(31)에 치합하고 있고 그리고 상기 날개부(40)의 기단에 장착되어 상기 날개부(40)가 비행방향의 앞으로 비틀어지면서 위로 날개치기하고 비행방향의 뒤로 비틀어지면서 아래로 날개치기하게 하는 피니언기어(36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 날개치기 비행체.