KR20220072241A - Morphing flpa module of variable camber - Google Patents

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KR20220072241A
KR20220072241A KR1020200159636A KR20200159636A KR20220072241A KR 20220072241 A KR20220072241 A KR 20220072241A KR 1020200159636 A KR1020200159636 A KR 1020200159636A KR 20200159636 A KR20200159636 A KR 20200159636A KR 20220072241 A KR20220072241 A KR 20220072241A
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morphing
flap
present application
airfoil
flap module
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KR1020200159636A
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배재성
문석민
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한국항공대학교산학협력단
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Abstract

본원은 가변 캠버 모핑 플랩에 관한 것으로, 본원의 일 실시예에 따른 복수의 유연리브가 서로 연결되어 이루어지는 모핑플랩 모듈에 있어서, 상기 유연리브는, 구동장치로부터 동력을 전달받는 구동부, 전달받은 상기 동력에 의하여 위치가 변하는 이동부, 상기 이동부의 위치 변화에 따라 하부로 휘어지며, 에어포일의 상부면을 형성하는 상부 변형부 및 상기 이동부의 위치 변화에 따라 하부로 휘어지며, 상기 에어포일의 하부면을 형성하는 하부 변형부를 포함할 수 있고, 상기 에어포일의 상부면 및 하부면은 연속적인 면을 형성하는 것일 수 있다.The present application relates to a variable camber morphing flap, in the morphing flap module in which a plurality of flexible ribs are connected to each other according to an embodiment of the present application, wherein the flexible rib is a driving unit receiving power from a driving device, A moving part whose position is changed by the motion, it is bent downward according to a change in the position of the moving part, and is bent downward according to a change in the position of the upper deforming part and the moving part forming the upper surface of the airfoil, and the lower surface of the airfoil It may include a lower deformable portion to form, the upper surface and the lower surface of the airfoil may be to form a continuous surface.

Description

가변 캠버 모핑 플랩 모듈 {MORPHING FLPA MODULE OF VARIABLE CAMBER}Variable camber morphing flap module {MORPHING FLPA MODULE OF VARIABLE CAMBER}

본원은 가변 캠버 모핑 플랩 모듈에 관한 것이다.This application relates to a variable camber morphing flap module.

항공기가 비행 중에 날개의 형상을 변형시켜 공력특성의 변화를 줄 수 있으면, 다양한 임무를 수행할 수 있고, 이를 위하여 다양한 항공기 모핑 기술이 개발되고 있고, 항공기의 플랩은 이륙과 착륙과 같이 고양력을 필요로 할 때 사용될 수 있다.If an aircraft can change the aerodynamic characteristics by changing the shape of the wing during flight, various missions can be performed. For this purpose, various aircraft morphing technologies are being developed. It can be used when needed.

일반적으로 항공기에 적용된 플랩은 기계식 플랩과 에어포일 형상에 불연속적인 면을 생성하여 공력손실을 발생시키고 이러한 플랩의 연결부는 힌지로 결합되기 때문에 진동 및 소음 문제가 발생한다.In general, flaps applied to aircraft generate aerodynamic loss by creating discontinuous surfaces in the shape of mechanical flaps and airfoils, and since the connecting parts of these flaps are coupled by a hinge, vibration and noise problems occur.

일반적인 플랩의 경우, 날개 뒷전의 일부를 힌지로 구부리게 되는데, 이로 인해 에어포일에 불연속적인 면이 생성되고 항력이 증가하여 항공기의 효율이 감소할 수 있다.In the case of a typical flap, a portion of the trailing edge of the wing is bent by a hinge, which creates a discontinuous surface in the airfoil and increases drag, which can decrease the efficiency of the aircraft.

모핑플랩(Morphing flap)의 경우 이러한 기계식 플랩에 대한 문제점들을 해결하여 공기역학적 성능을 향상시킬 수 있다.In the case of a morphing flap, aerodynamic performance can be improved by solving the problems of these mechanical flaps.

본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제10-1271485호에 개시되어 있다.The technology that is the background of the present application is disclosed in Korean Patent No. 10-1271485.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유연구조를 가진 리브를 다단으로 구성한 가변캠버 모핑플랩 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present application is to solve the problems of the prior art described above, and an object of the present application is to provide a variable camber morphing flap module in which ribs having a flexible structure are configured in multiple stages.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problems to be achieved by the embodiment of the present application are not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may exist.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 복수의 유연리브가 서로 연결되어 이루어지는 모핑플랩 모듈은, 유연리브는, 구동장치로부터 동력을 전달받는 구동부, 전달받은 동력에 의하여 위치가 변하는 이동부, 이동부의 위치 변화에 따라 하부로 휘어지며, 에어포일의 상부면을 형성하는 상부 변형부 및 이동부의 위치 변화에 따라 하부로 휘어지며, 에어포일의 하부면을 형성하는 하부 변형부를 포함하며, 상기 에어포일의 상부면 및 하부면은 연속적인 면을 형성하는 것일 수 있다.As a technical means for achieving the above technical problem, a morphing flap module in which a plurality of flexible ribs are connected to each other according to an embodiment of the present application, the flexible rib is a driving unit receiving power from a driving device, by the received power The moving part whose position changes, it bends downward according to the change in the position of the moving part, and the upper deformable part forming the upper surface of the airfoil and the moving part bend downward according to the change in the position of the moving part, and the lower deformation forming the lower surface of the airfoil Including a portion, the upper surface and the lower surface of the airfoil may be to form a continuous surface.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 구조물의 탄성변형으로 에어포일의 캠버각을 바꾸어 플랩의 역할을 수행하는 모핑플랩 모듈을 제공함으로서, 기존의 기계식 플랩과 달리 작동 전후 날개표면에 불연속이 없어 공력효율을 향상시킬 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, by providing a morphing flap module that performs the role of a flap by changing the camber angle of the airfoil due to elastic deformation of the structure, there is no discontinuity in the wing surface before and after operation, unlike the existing mechanical flaps, so aerodynamic efficiency can be improved.

또한, 모핑플랩 모듈은 연속적인 변형형상을 가져 양향비 증가 및 2,5 mm와 같은 작은 구동부 변형으로 구동이 가능한 구조물을 제공할 수 있다.In addition, the morphing flap module has a continuous deformable shape, so that it is possible to provide a structure capable of driving with an increase in the aspect ratio and a small deformation of the driving unit such as 2,5 mm.

다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects obtainable herein are not limited to the above-described effects, and other effects may exist.

도1은 본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩 모듈을 나타낸 도면이다.
도2는 본원의 일 실시예에 따른 유연리브를 나타낸 도면이다.
도3은 본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩 모듈을 적용한 날개를 나타낸 도면이다.
도4는 본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩 모듈의 에어포일 면에 작용하는 압력계수를 나타낸 도면이다.
도5는 본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩 모듈의 실험 구성을 나타낸 도면이다.
도6은 본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩 모듈의 가동을 나타낸 도면이다.
1 is a view showing a morphing flap module according to an embodiment of the present application.
Figure 2 is a view showing a flexible rib according to an embodiment of the present application.
3 is a view showing a wing to which a morphing flap module according to an embodiment of the present application is applied.
4 is a view showing the pressure coefficient acting on the airfoil surface of the morphing flap module according to an embodiment of the present application.
5 is a view showing the experimental configuration of the morphing flap module according to an embodiment of the present application.
6 is a view showing the operation of the morphing flap module according to an embodiment of the present application.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present application pertains can easily carry out. However, the present application may be implemented in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present application in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is "connected" with another part, this includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "electrically connected" with another element interposed therebetween. do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when it is said that a member is positioned “on”, “on”, “on”, “under”, “under”, or “under” another member, this means that a member is positioned on the other member. It includes not only the case where they are in contact, but also the case where another member exists between two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this application belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be construed in an ideal or overly formal meaning unless explicitly defined herein. do.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈", "블록" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. The suffixes “module,” “block,” and “part” for components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of writing the specification only, and do not have a meaning or role distinct from each other by themselves. .

도1은 본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩 모듈을 나타낸 도면이다. 도1(a)와 도1(b)는 각각 다른 각도에서 바라본 모핑플랩 모듈을 도시하고 있고, 도1(b)는 앞전부와 결합한 형상을 나타내고 있다.1 is a view showing a morphing flap module according to an embodiment of the present application. 1(a) and 1(b) show the morphing flap module viewed from different angles, respectively, and FIG. 1(b) shows the shape combined with the front part.

도1을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩 모듈은 복수의 유연리브가 서로 연결되어 이루어지고, 유연리브는, 구동장치로부터 동력을 전달받는 구동부, 전달받은 동력에 의하여 위치가 변하는 이동부, 이동부의 위치 변화에 따라 하부로 휘어지며, 에어포일의 상부면을 형성하는 상부 변형부 및 이동부의 위치 변화에 따라 하부로 휘어지며, 에어포일의 하부면을 형성하는 하부 변형부를 포함하며, 에어포일의 상부면 및 하부면은 연속적인 면을 형성하는 것일 수 있다. 복수의 유연리브는 서로 연결되어 모핑플랩 모듈을 이루고, 유연리브들은 스트링거 등에 의하여 서로 연결될 수 있다. 복수의 유연리브들은 구동장치로부터 동시에 동일한 동력을 전달받고, 동일한 형태로 변경될 수 있다.Referring to Figure 1, the morphing flap module according to an embodiment of the present application is made by connecting a plurality of flexible ribs to each other, and the flexible ribs are a driving unit receiving power from a driving device, and a moving unit whose position is changed by the received power. , curved downward according to a change in the position of the moving part, curved downward according to a change in the position of the upper deforming part and the moving part forming the upper surface of the airfoil, and including a lower deforming part forming the lower surface of the airfoil; The upper and lower surfaces of the foil may form a continuous surface. A plurality of flexible ribs may be connected to each other to form a morphing flap module, and the flexible ribs may be connected to each other by a stringer or the like. The plurality of flexible ribs may receive the same power from the driving device at the same time, and may be changed to the same shape.

도1은 예시적으로 다단(5단)의 유연리브가 서로 연결되어 이루어진 모핑플랩 모듈을 도시하고 있으며, 다양한 단수로 구성될 수 있다. 다단의 유연리브들은 스트링거에 의하여 유연리브들이 서로 연결되어 있다. 도1에는 도시되어 있지 않으나, 모핑플랩 모듈의 상부면 및 하부면은 유연한 커버, 스킨 등이 결합할 수 있다. 각각의 유연리브들은 일측 끝단이 지지부, 스파(spar) 등에 결합되어 고정될 수 있다.1 illustrates an exemplary morphing flap module in which multi-stage (five-stage) flexible ribs are connected to each other, and may be configured in various stages. The multi-stage flexible ribs are connected to each other by a stringer. Although not shown in FIG. 1, the upper and lower surfaces of the morphing flap module may be coupled to a flexible cover, skin, or the like. One end of each of the flexible ribs may be fixed by being coupled to a support part, a spar, or the like.

본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩 모듈은, 구조물의 탄성변형으로 에어포일의 캠버각을 바꾸어 플랩의 역할을 수행하는 모핑플랩에 해당할 수 있다. 또한, 기존의 기계식 플랩과 달리 작동 전후 날개표면에 불연속이 없어 공력효율이 향상될 수 있으며, 연속적인 변형형상을 가져 양항비가 증가될 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 2.5mm의 작은 구동부 변화, 다시 말해 이동부의 위치 변화량이 2.5mm의 작은 변화만으로 구동이 가능한 구조물이라는 장점을 가진다.The morphing flap module according to an embodiment of the present application may correspond to a morphing flap that functions as a flap by changing the camber angle of the airfoil through elastic deformation of the structure. In addition, unlike the existing mechanical flaps, there is no discontinuity in the wing surface before and after operation, so aerodynamic efficiency can be improved, and the lift ratio can be increased by having a continuous deformation shape. In addition, as will be described later, a small change in the driving unit of 2.5 mm, that is, a change in the position of the moving unit, has the advantage of being a structure that can be driven only by a small change of 2.5 mm.

본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩 모듈은 항공기 날개 플랩에 적용될 수 있고, 모핑플랩 기술 개발에 적용될 수 있으며, 대칭 에어포일에 적용하여 상하로 구동 가능한 모핑 조종면을 개발할 수 있다.The morphing flap module according to an embodiment of the present application may be applied to an aircraft wing flap, may be applied to the development of morphing flap technology, and may be applied to a symmetrical airfoil to develop a morphing control surface that can be driven up and down.

본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩 모듈은 끝단에만 적용되던 타 모핑플랩 또는 기계식 플랩과 달리 코드 길이의 25%인 앞전 구조물을 제외한 나머지 부분에 모핑 구조물이 적용될 수 있다. 또한, 기존의 기계식 플랩과 비교하여 불연속면이 없고, 연속적인 변형형상을 나타내 공력효율을 향상시킬 수 있고, 2.5mm의 작은 변형만으로 구동시킬 수 있으며, 또한 리브 구조물을 실제 날개에 적용할 수 있는 모핑플랩 모듈로 구성될 수 있다.Unlike other morphing flaps or mechanical flaps applied only to the end of the morphing flap module according to an embodiment of the present application, the morphing structure may be applied to the remaining portion except for the leading edge structure that is 25% of the length of the cord. In addition, compared to the existing mechanical flap, there is no discontinuity surface, continuous deformation shape can improve aerodynamic efficiency, and it can be driven with only a small deformation of 2.5 mm, and a morphing that can apply the rib structure to the actual blade It can be configured as a flap module.

본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩 모듈의 구조물의 탄성변형 특성을 이용하여, 구동부에 작은 변형을 가할 때 연속적인 변형형상을 이루어 플랩의 양항비 증가를 통해 공력효율 향상의 효과가 있고, 플랩을 작동하지 않을 때도, 기계식 플랩과 달리 불연속면이 없어 비행 중 공력 손실이 없다. 또한, 구조물의 변형을 통해 작동하는 메커니즘이기 때문에 베어링, 기어 등을 쓰는 메커니즘과 달리 백래쉬가 없다는 장점이 있다.By using the elastic deformation characteristics of the structure of the morphing flap module according to an embodiment of the present application, when a small deformation is applied to the driving part, a continuous deformation shape is formed and the aerodynamic efficiency is improved by increasing the lift ratio of the flap, and the flap Even when not in operation, unlike mechanical flaps, there are no discontinuities, so there is no loss of aerodynamics in flight. In addition, since it is a mechanism that operates through deformation of the structure, there is an advantage that there is no backlash unlike a mechanism using bearings and gears.

도2는 본원의 일 실시예에 따른 유연리브를 나타낸 도면이다. 도2(a)에서 유연리브의 구동부의 이동방향(구동부 변위)에 따른 유연리브 끝단의 이동방향(끝단 변위)을 확인할 수 있고, 도2(b)에서는 구동부(A), 끝단(B), 항공기 날개 부분(C)를 확인할 수 있다.Figure 2 is a view showing a flexible rib according to an embodiment of the present application. In Fig. 2 (a), it can be seen that the movement direction (displacement of the end) of the flexible rib end according to the movement direction (displacement of the actuator) of the driving unit of the flexible rib is confirmed, and in Fig. 2 (b), the driving unit (A), the end (B), You can check the aircraft wing part (C).

도2를 참조하면, 유연리브는 구동부, 이동부, 상부 변형부 및 하부 변형부를 포함할 수 있다. 구동부(A)는 구동장치로부터 동력을 전달받을 수 있으며, 구동장치 및 구동장치로 동력을 전달받는 방법은 다양하게 적용될 수 있다. 예시적으로, 본체 또는 날개에 모터와 같은 회전장치를 구비하고, 회전장치에 연결된 샤프트가 날개 방향으로 연장되며, 샤프트와 각각의 구동부 사이에 와이어를 연결하여, 회전장치가 회전함에 따라 와이어가 감기거나 풀리면서 구동부에 동력을 전달할 수 있다. 상기 예시외에도 다양한 방식으로 유연리브 각각의 구동부에 동시에 동일한 동력을 전달할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the flexible rib may include a driving unit, a moving unit, an upper deformable unit, and a lower deformable unit. The driving unit A may receive power from the driving device, and the driving device and the method of receiving power to the driving device may be variously applied. Illustratively, a rotating device such as a motor is provided on the main body or blade, a shaft connected to the rotating device extends in the wing direction, and a wire is connected between the shaft and each driving unit, so that the wire is wound as the rotating device rotates Or, it can be released to transmit power to the driving unit. In addition to the above examples, it is possible to simultaneously transmit the same power to the respective driving units of the flexible ribs in various ways.

이동부는 동력을 전달받아 위치가 변할 수 있다. 도2와 같이 이동부는 유연리브 내부에 구동부로부터 일측으로 연장되어 형성될 수 있으며, 연결 부재에 의하여 상부 변형부 및 하부 변형부와 연결될 수 있다. 도2에서, 구동부에 동력이 전달되어 구동부가 -x 방향으로 이동하게 되면, 이동부는 구동부에 전달된 동력에 의해 동일한 방향으로 위치가 변할 수 있다. 이동부의 위치 변화에 따라 상부 변형부 및 하부 변형부가 하부로 휘어질 수 있으며, 이동부의 위치 변화량에 따라 휘어지는 정도가 달라질 수 있다. 하부 변형부 및 상부 변형부에 연결되는 연결부재는 각각 하부 변형부 및 상부 변형부가 이동부가 -x 방향으로 이동할 때 하부로 휘어지도록 연결될 수 있다.The moving part may be changed in position by receiving power. 2, the moving part may be formed to extend from the driving part to one side inside the flexible rib, and may be connected to the upper deformable part and the lower deformable part by a connecting member. In FIG. 2 , when power is transmitted to the driving unit and the driving unit moves in the -x direction, the position of the moving unit may change in the same direction by the power transmitted to the driving unit. The upper deformable part and the lower deformable part may be bent downward according to a change in the position of the moving part, and the degree of curvature may vary according to the amount of change in the position of the moving part. The connecting members connected to the lower deformable part and the upper deformable part may be connected such that the lower deformable part and the upper deformable part are bent downward when the moving part moves in the -x direction, respectively.

상부 변형부 및 하부 변형부는 각각 에어포일의 상부면과 하부면을 형성할 수 있으며, 이동부의 위치 변화에 따라 하부로 휘어질 수 있다. 이때, 상부 변형부 및 하부 변형부가 하부로 휘어지기 전후 모두 에어포일의 상부면 및 하부면은 연속적인 면을 형성할 수 있다. 상부 변형부 및 하부 변형부는 휘어질 수 있도록 에어포일의 형상에 대응하도록 상부 및 하부에 요철 형상으로 형성되어, 탄성에 의해 하부로 구부러질 수 있다. 또한, 하부로 휘어지기 전후에 연속적인 에어포일 상부면 및 하부면을 형성하기 위해, 상부 및 하부로 돌출되는 지지부재에 판을 부착한 표면부재가 상부 변형부 및 하부 변형부에 포함될 수 있다. 구동부(A)에 -x 방향으로 동력이 전달되면, 이동부가 -x 방향으로 이동하고, 이에 따라 상부 변형부 및 하부 변형부가 하부로 휘어지게 되어, 유연리브의 끝단(B)가 -y 방향으로 이동하게 된다.The upper deformable part and the lower deformable part may form an upper surface and a lower surface of the airfoil, respectively, and may be bent downward according to a change in the position of the moving part. At this time, both before and after the upper deformable part and the lower deformable part are bent downward, the upper surface and the lower surface of the airfoil may form a continuous surface. The upper deformable portion and the lower deformable portion are formed in concave-convex shapes on the upper and lower portions to correspond to the shape of the airfoil so as to be bent, and can be bent downward by elasticity. In addition, in order to form a continuous upper surface and lower surface of the airfoil before and after bending downward, a surface member attached to a support member protruding upward and downward may be included in the upper deformable part and the lower deformable part. When power is transmitted to the driving part (A) in the -x direction, the moving part moves in the -x direction, and accordingly, the upper deformable part and the lower deformable part are bent downward, and the end (B) of the flexible rib moves in the -y direction. will move

유연리브는 유연구조를 가진 리브로, 도2와 같이 설계, 제작된 유연리브의 구동부에 변위를 가하고, 뒷전의 처짐과 구동에 필요한 힘을 측정할 수 있다. 또한, 설계, 제작 및 측정 이전에 비행 중 공기 유동에 의해 모핑플랩 모듈 내지 유연리브가 받는 양력을 시뮬레이션을 통해 해석할 수 있고, 모핑플랩 모듈에 발생한 양력의 작용 유무에 따라 플랩의 변위를 확인할 수 있다.The flexible rib is a rib having a flexible structure, and displacement is applied to the driving part of the flexible rib designed and manufactured as shown in FIG. 2, and the deflection of the trailing edge and the force required for driving can be measured. In addition, the lift force that the morphing flap module or flexible rib receives due to air flow during flight can be analyzed through simulation before design, manufacturing and measurement, and the displacement of the flap can be checked depending on the presence or absence of the lift force generated in the morphing flap module. .

본원의 일 실시예에 따른 유연리브 또는 복수의 유연리브가 서로 연결되어 이루어지는 모핑플랩 모듈은, 최대 2.5mm의 작은 변형을 구동부에 가함으로 단일 유연리브 또는, 전체 구조물(모핑플랩 모듈)이 탄성변형을 하여 에어포일의 캠버각을 변형시키고 끝단을 약 30mm까지 변형시키는 구조물을 적용한 항공기 모핑 플랩에 해당할 수 있다.A morphing flap module in which a flexible rib or a plurality of flexible ribs are connected to each other according to an embodiment of the present application, a single flexible rib or the entire structure (morphing flap module) is elastically deformed by applying a small deformation of up to 2.5 mm to the driving unit Therefore, it can correspond to an aircraft morphing flap with a structure that deforms the camber angle of the airfoil and deforms the tip up to about 30mm.

상기의 도1 내지 도2는, 가변캠버 구조물이 적용된 모핑플랩(모핑플랩 모듈)과 모핑플랩을 구성하는 리브 구조물(유연 리브)에 대한 것으로, 모핑플랩 리브 구조물의 구동부(A)를 -x 방향으로 2.5mm 당기면 전체 구조물이 에어포일 형상과 곡면(상부면 및 하부면)을 유지하면서 끝단 B가 -y 방향으로 30mm 처지게 될 수 있다. 또한, 모핑 리브 구조물의 C 부분을 항공기 날개에 장찰할 수 있다.1 to 2 are about a morphing flap (morphing flap module) to which a variable camber structure is applied and a rib structure (flexible rib) constituting the morphing flap, and the driving part (A) of the morphing flap rib structure is moved in the -x direction. If you pull 2.5mm to , the end B can sag 30mm in the -y direction while maintaining the airfoil shape and curved surfaces (upper and lower surfaces) of the entire structure. In addition, the C part of the morphing rib structure can be mounted on an aircraft wing.

도3은 본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩 모듈을 적용한 날개를 나타낸 도면이다.3 is a view showing a wing to which a morphing flap module according to an embodiment of the present application is applied.

도3을 참조하면, 1/4 scale Supercub 무인기의 날개에 모핑플랩 모듈이 적용된 것을 나타낸 도면이다. 도3에서는 예시적으로 1/4 scale Supercub 무인기의 날개에 적용된 것을 나타내고 있으나, 다양한 형태 및 크기의 날개에 적용될 수 있다. 또한, 도3에 도시된 모핑플랩 모듈의 치수 등은 모두 예시적인 것으로, 다양한 치수로 설계되어 적용될 수 있다.Referring to Figure 3, it is a view showing that the morphing flap module is applied to the wings of the 1/4 scale Supercub UAV. 3 shows that it is applied to the wings of a 1/4 scale Supercub UAV by way of example, but it can be applied to wings of various shapes and sizes. In addition, the dimensions of the morphing flap module shown in FIG. 3 are all exemplary, and may be designed and applied in various dimensions.

이하의 도4 내지 도6에서는 본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩 모듈이 작은 구동부의 변위(이동부의 위치 변화량)이 가해질 때, 유연리브의 끝단 또는 모핑플랩 모듈 끝단의 변위가 크고, 실제 양력이 작용하는 환경에서도 모핑플랩 모듈에 의하여 변형된 형상이 유지될 수 있음을 확인할 수 있다.4 to 6 below, when a small displacement (amount of position change of the moving part) of the morphing flap module according to an embodiment of the present application is applied, the displacement of the end of the flexible rib or the end of the morphing flap module is large, and the actual lift is It can be seen that the deformed shape can be maintained by the morphing flap module even in the operating environment.

본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩(모핑플랩 모듈)에 가해지는 양력을 구하여 실험에 사용하기 위해 상용 해석 프로그램을 이용할 수 있다. 즉, 모핑플랩 모듈에 가해지는 양력을 실험적으로 시뮬레이션을 통해 해석할 수 있다. 플랩이 최대로 변형된 형상, 즉 모핑플랩 모듈의 유연리브의 끝단의 최대 변형 형상으로 해석을 수행할 수 있고, 플립길이(모핑플랩 모듈의 가로 길이) b=0.38m, 비행속도 V=20m/s, 밀도 ρ=1.225kg/m3, Re=550,000으로 시뮬레이션을 수행할 수 있고, 해석 결과로서 에어포일면에 작용한 압력계수를 얻을 수 있다. A commercial analysis program can be used to obtain the lift applied to the morphing flap (morphing flap module) according to an embodiment of the present application and use it in an experiment. That is, the lift applied to the morphing flap module can be experimentally analyzed through simulation. Analysis can be performed with the maximum deformation shape of the flap, that is, the maximum deformation shape of the end of the flexible rib of the morphing flap module, flip length (horizontal length of the morphing flap module) b=0.38m, flight speed V=20m/ Simulation can be performed with s, density ρ=1.225kg/m3, Re=550,000, and the pressure coefficient acting on the airfoil surface can be obtained as an analysis result.

도4는 본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩 모듈의 에어포일 면에 작용하는 압력계수를 나타낸 도면이다.4 is a view showing the pressure coefficient acting on the airfoil surface of the morphing flap module according to an embodiment of the present application.

도4는 상기의 실험조건에 따른 해석 결과로서, 에어포일 면에 작용한 압력계수를 나타낸다. 도4에 주어진 압력계수를 이용하여 모핑플랩 모듈의 플랩에 작용한 양력과 피칭모멘트를 구하기 위하여 아래 [식1]의 (1), (2), (3)을 사용할 수 있다.4 shows the pressure coefficient acting on the airfoil surface as an analysis result according to the above experimental conditions. (1), (2), (3) of [Equation 1] below can be used to obtain the lifting force and pitching moment acting on the flap of the morphing flap module using the pressure coefficient given in FIG.

[식1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

모핑플랩 모듈에서와 같이 에어포일의 앞전으로부터 25%까지의 지점은 변형이 일어나지 않고, 유연리브, 플랩이 작용하는 25%~100% 지점의 하중만 고려할 수 있으며, 실험의 편의성을 위하여 25%~50%, 50%~75%, 75%~100% 3부분으로 나누어 각각 등가 양력, 피칭 모멘트를 구한 뒤 하중이 가해지는 위치를 얻을 수 있다. 이에 따라 아래 [표1]과 같은 결과를 얻을 수 있다.As in the morphing flap module, deformation does not occur at the point 25% from the leading edge of the airfoil, and only the load at the 25%~100% point where the flexible ribs and flaps act can be considered, and for the convenience of the experiment, 25%~ 50%, 50%~75%, 75%~100% After obtaining the equivalent lift force and pitching moment, respectively, the position where the load is applied can be obtained. Accordingly, the results shown in [Table 1] below can be obtained.

[표1][Table 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

도5는 본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩 모듈의 실험 구성을 나타낸 도면이다.5 is a view showing the experimental configuration of the morphing flap module according to an embodiment of the present application.

도4, [식1] 및 [표1]의 결과를 토대로, 도5와 같이 모핑플랩 모듈 실험 장치를 구성할 수 있다. 유연구조 플랩, 즉 유연리브는 예시적으로 실험을 위하여 두께 5mm를 가질 수 있고, 유연구조 모핑플랩 모듈은 5개의 유연리브로 구성될 수 있다. 유연한 소재의 스킨을 부착하기 위해 스트링거가 유연리브에 설치될 수 있다.Based on the results of Fig. 4, [Equation 1] and [Table 1], it is possible to configure a morphing flap module experimental apparatus as shown in Fig. 5 . The flexible structure flap, that is, the flexible rib may have a thickness of 5 mm for example, and the flexible structure morphing flap module may be composed of five flexible ribs. A stringer may be installed on the flexible rib to attach the skin of the flexible material.

유연구조 모핑플랩 모듈의 실험은 양력방향의 하중을 부여하기 위해 윗면과 아랫면을 뒤집어 실험용 지그에 장착하고, 미리 정한 위치에 상기에서 계산된 무게의 물체를 메다는 방식으로 양력을 모사할 수 있다. 실험은 구동부 변위, 즉 이동부의 변위 또는 이동부의 위치변화량을 0.5~2.5mm까지 0.5mm 단위로 변화시키며, 레이저센서로 유연리브의 끝단, 또는 모핑플랩 모듈의 끝단 변위를 측정할 수 있으며, 플랩을 구동하기 위하여 필요한 힘을 용수철 저울로 측정할 수 있다.In the experiment of the flexible structure morphing flap module, the lift force can be simulated in such a way that the upper and lower surfaces are turned over to apply the load in the lift direction, mounted on the experimental jig, and an object of the weight calculated above is suspended at a predetermined position. The experiment changes the displacement of the driving part, that is, the displacement of the moving part or the amount of change in the position of the moving part by 0.5 mm to 0.5 to 2.5 mm, and the displacement of the end of the flexible rib or the end of the morphing flap module can be measured with a laser sensor The force required to drive can be measured with a spring scale.

도6은 본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩 모듈의 가동을 나타낸 도면이다.6 is a view showing the operation of the morphing flap module according to an embodiment of the present application.

도6은 본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩 모듈을 상기 도4, 도5, [식1], [표1]의 결과에 따라 실험한 결과로, 좌측 위에서 아래로 구동부 변위, 즉 이동부의 위치 변화량이 0mm, 0.5mm, 1.0mm일 때의 모핑플랩 모듈의 가동 상태를 나타내고, 우측 위에서 아래로 구동부 변위가 1.5mm, 2.0mm, 2.5mm일 때의 모핑플랩 모듈의 가동 상태를 나타낸다. 도6과 같이, 모핑플랩 모듈의 유연리브의 상부 변형부와 하부 변형부가 휘어지더라도, 에어포일은 연속적인 면을 가짐을 확인할 수 있다.6 is a result of testing the morphing flap module according to an embodiment of the present application according to the results of FIGS. 4, 5, [Equation 1], and [Table 1], and the displacement of the driving unit from top to bottom, that is, the position of the moving part It shows the operating status of the morphing flap module when the amount of change is 0mm, 0.5mm, and 1.0mm, and shows the operating status of the morphing flap module when the displacement of the driving part is 1.5mm, 2.0mm, and 2.5mm from top right to bottom. As shown in Figure 6, even if the upper deformable portion and the lower deformable portion of the flexible rib of the morphing flap module is bent, it can be confirmed that the airfoil has a continuous surface.

아래 [표2]는 도6의 결과를 정리한 것으로, 본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩 모듈에 양력 작용 유무 및 구동부에 가해지는 동력, 구동부 변위(=이동부의 위치 변화량)에 따라 유연리브의 끝단, 즉 모핑플랩 모듈의 끝단변위를 확인할 수 있다. 구동부의 변위가 2.5mm 변할 때, 유연리브의 끝단의 변위는 정지시 29.1mm, 비행시(양력이 작용할 때) 28.8mm가 변함을 확인할 수 있다.[Table 2] below summarizes the results of FIG. 6, and the amount of flexible ribs according to the presence or absence of lifting force on the morphing flap module according to an embodiment of the present application, power applied to the driving part, and displacement of the driving part (= position change of the moving part) The end, that is, the end displacement of the morphing flap module can be checked. When the displacement of the driving part changes by 2.5mm, it can be seen that the displacement of the end of the flexible rib changes by 29.1mm at rest and 28.8mm during flight (when lift is applied).

[표2][Table 2]

Figure pat00003
Figure pat00003

상기의 도4 내지 도6, [식1], [표1] 및 [표2] 내용을 정리하면, 본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩 모듈의 성능을 실험하기 위하여, 예시적으로, Supercub 1/4 scale 무인기의 모핑플랩 날개 제작에 적용할 수 있고, 유연리브로 구성된 모핑플랩 모듈을 제작하고 실험을 수행한 결과를 확인할 수 있다. 모핑플랩 모듈은 구동부에 변위 2.5mm(이동부의 위치 이동량)을 가할 때, 최대 29.1mm까지 끝단의 변형이 일어났으며, 양력을 모사한 힘을 가할 때 변위차이는 양력을 모사한 힘을 가하지 않을 때와 비교하여 5% 미만의 차이를 보임을 알 수 있다. 즉, 실제 비행에 있어서도, 본원의 일 실시예에 따른 모핑플랩 모듈을 이용하여 날개의 캠버가 변경, 즉 플랩이 동작하는 경우, 작용하는 양력에 의하더라도 끝단은 아래로 휘어질 수 있음을 확인할 수 있다.4 to 6, [Equation 1], [Table 1] and [Table 2] above, in order to test the performance of the morphing flap module according to an embodiment of the present application, exemplarily, Supercub 1 It can be applied to the production of morphing flap wings of /4 scale unmanned aerial vehicles, and the results of testing and manufacturing a morphing flap module composed of flexible ribs can be checked. The morphing flap module deformed the tip up to 29.1mm when displacement of 2.5mm (the amount of movement of the moving part) was applied to the driving part. It can be seen that there is a difference of less than 5% compared to the time. That is, even in actual flight, when the camber of the wing is changed using the morphing flap module according to an embodiment of the present application, that is, when the flap operates, it can be confirmed that the tip can be bent downward even by the lift force applied. have.

앞서 설명한 바와 같이, 모핑플랩을 작동시키기 위한 구동기를 선정하고, 모핑플랩 날개에 대한 설계 및 제작을 할 수 있다.As described above, it is possible to select an actuator for operating the morphing flap, and to design and manufacture the morphing flap blade.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present application is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present application.

--

Claims (1)

복수의 유연리브가 서로 연결되어 이루어지는 모핑플랩 모듈에 있어서,
상기 유연리브는,
구동장치로부터 동력을 전달받는 구동부;
전달받은 상기 동력에 의하여 위치가 변하는 이동부;
상기 이동부의 위치 변화에 따라 하부로 휘어지며, 에어포일의 상부면을 형성하는 상부 변형부; 및
상기 이동부의 위치 변화에 따라 하부로 휘어지며, 상기 에어포일의 하부면을 형성하는 하부 변형부,
를 포함하며,
상기 에어포일의 상부면 및 하부면은 연속적인 면을 형성하는 것인, 모핑플랩 모듈.
In the morphing flap module made of a plurality of flexible ribs are connected to each other,
The flexible rib is
a driving unit receiving power from the driving device;
a moving unit whose position is changed by the received power;
an upper deforming part which is bent downward according to a change in the position of the moving part and forms an upper surface of the airfoil; and
A lower deformable part that bends downward according to a change in the position of the moving part, and forms a lower surface of the airfoil;
includes,
The upper surface and the lower surface of the airfoil will form a continuous surface, a morphing flap module.
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