KR20220151054A - 계류식 초경량 비행장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지상 통제차량과 유체공급호스, 전원 및 데이터 케이블 등에 의하여 연결되어 인력 투입이 어려운 장소 또는 구조물 등에 대하여 청소 및 소방 등을 위한 유체를 용이하게 살포할 수 있도록 한 계류식 초경량 비행장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 지상 통제차량과 유체공급호스, 전원 및 데이터 케이블 등에 의하여 연결되어 높은 건물 위나 넓은 벌판, 호수, 바다 또는 험한 산지 등과 같이 대면적 부지에 걸쳐 설치된 다수의 태양광 패널을 효과적으로 청소할 수 있고, 뿐만 아니라 인력 투입이 어려운 장소 또는 구조물 등에 대하여 청소 및 소방 등을 위한 유체를 용이하게 살포할 수 있도록 한 계류식 초경량 비행장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

계류식 초경량 비행장치{MOORING TYPE ULTRA-LIGHT AERIAL VEHICLE}

본 발명은 계류식 초경량 비행장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지상 통제차량과 유체공급호스, 전원 및 데이터 케이블 등에 의하여 연결되어 인력 투입이 어려운 장소 또는 구조물 등에 대하여 청소 및 소방 등을 위한 유체를 용이하게 살포할 수 있도록 한 계류식 초경량 비행장치에 관한 것이다.

파리기후협약에 따라 세계 각국은 탄소배출량을 대폭 감축하여야 하는 상황에 도래하였고, 대한민국도 2030년 탄소배출 전망치 대비 37%를 추가로 감축하기로 확정하여 공표함에 따라, 화석연료를 사용하는 발전량의 비중을 극단적으로 줄여야 하고, 탈원전 정책으로 인해 원자력 발전소의 증설까지 요원해짐에 따라, 탄소배출량을 줄이고 에너지를 생산하기 위한 친환경 에너지가 요구되고 있다.

이에, 상기 친환경 에너지로서 태양광 발전, 풍력발전, 바이오 매스 등이 현실적으로 사용되고 있다.

특히, 상기 태양광 발전의 단위면적당 에너지 생산효율은 풍력발전의 4배, 바이오 매스의 20배에 달할 정도로 친환경 재생에너지 중 최상위에 있으며, 따라서 태양광 발전설비들이 산악, 건물, 호수, 바다, 벌판 등 많은 곳에 설치되고 있고, 그 규모와 설치 면적이 점차 증가하고 있다.

상기 태양광 발전의 핵심이 되는 태양광 패널은 태양광을 이용하는 특성상 넓은 면적을 갖는 다수의 패널로 구성되는 바, 그 성능이 우수해져 해가 거듭할수록 전력 생산에 뛰어드는 사업자 및 그 설치 면적이 증가하는 추세에 있다.

그러나, 상기 태양광 패널은 태양광이 잘 비추는 대면적의 산악 및 벌판 등에 설치되고 있지만, 지역환경이나 기후 등으로 인한 태양광 패널이 오염될 경우 전기생산 효율이 떨어질 수 있고, 특히 황사나 미세먼지 등이 태양광 패널의 표면에 쌓이면 난반사가 증가하여 전력생산 효율이 크게 저하되는 문제점이 있다

더욱이, 상기 태양광 패널을 장시간 방치하면, 봄철 황사나 미세먼지 등이 태양광 패널의 표면에 지속적으로 쌓이게 됨에 따라, 난반사가 더 증가하여 현저하게 발전효율이 떨어지게 된다.

또한, 오염물로 인한 태양광 패널의 전기발생 효율 저하는 평균적으로 5%에서 15%까지 영향을 미치게 되어, 태양광 발전수익이 예상치 보다 크게 떨어지는 문제점도 따르게 된다.

따라서, 상기 태양광 패널에 대한 유지관리를 위한 종래 방법으로서, 드론(초경량비행장치 무인멀티콥터)을 이용하여 태양광 패널의 오염물질을 제거하는 방법이 적용될 수 있으나, 통상적으로 드론은 그 거리 및 자유로운 비행동선을 위한 배터리 전력의 한계가 있으므로, 장시간 비행하지 못하고, 그에 따라 대면적의 부지에 설치된 각 태양광 패널의 오염 물질을 원활하게 청소할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 근래에는 수소전지개발, 청소로봇개발 등 여러 형태의 세정 및 청소기술이 고안되어 현장에 투입되고 있으나, 인건비 및 장비비가 많이 들어가고, 적시 적소에 용역을 투입하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 지상 통제차량과 유체공급호스, 전원 및 데이터 케이블 등에 의하여 연결되어 높은 건물 위나 넓은 벌판, 호수, 바다 또는 험한 산지 등과 같이 대면적 부지에 걸쳐 설치된 다수의 태양광 패널을 효과적으로 청소할 수 있고, 뿐만 아니라 인력 투입이 어려운 장소 또는 구조물 등에 대하여 청소 및 소방 등을 위한 유체를 용이하게 살포할 수 있도록 한 계류식 초경량 비행장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: 지상통제부와 케이블에 의하여 계류되는 비행체; 상기 비행체에 수평 배열 상태로 회전 가능하게 장착되는 프로펠러인 양력발생부; 상기 비행체의 전방 또는 후방부에 수직 배열 상태로 회전 가능하게 장착되어 비행체에 작용하는 사항력을 상쇄시키기 위한 프로펠러인 추력발생부; 및 상기 비행체의 소정 위치에 장착되어 지상통제부로부터 케이블을 통해 공급되는 유체를 지상으로 분사하는 분사노즐인 유체분사부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 계류식 초경량 비행장치를 제공한다.

또한, 상기 비행체의 소정 위치에는 지상통제부로부터 케이블을 통해 공급되는 고압공기를 지상을 향하는 유체로 분사하는 분사노즐인 에어분사부가 더 장착된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 케이블은 지상통제부와 비행체 간에 연결되는 것으로서, 청소용 세척유체를 공급하기 위한 유체공급호스; 유체를 고압으로 분사하기 위한 고압공기 공급용 고압공기 공급호스; 및 비행체에 실시간으로 전원을 공급하는 동시에 정보를 송수신하기 위한 전력 및 데이터 전송용 전선; 으로 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 지상통제부는 운반차량에 탑재되거나 운반차량과 분리되어 지상에 설치되는 것으로서, 운반차량에 탑재된 청소용 세척유체 저장용 탱크인 유체저장부; 비행체에 대한 전력 공급 및 데이터 송수신 제어, 비행체의 유체분사부로 공급되는 유체에 대한 유량 및 개폐 제어 및 비행체의 에어분사부로 공급되는 고압에어에 대한 유량 및 개폐 제어를 하는 제어반; 으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비행체의 소정 위치에는 사항력을 감지하는 항력센서가 장착된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 항력센서는 상기 비행체의 소정 위치 중 케이블의 연결부에 장착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비행체에는 상기 항력센서에서 감지된 사항력 신호를 기반으로, 추력발생부인 프로펠러가 사항력을 상쇄시키는 회전수로 구동되도록 제어하는 FC(Flight controller)가 내장된 것을 특징으로 한다.

이에, 상기 비행체에 작용하는 장력 중 케이블 무게에 의한 중력이 상기 양력발생부에서 상쇄됨과 함께, 상기 비행체에 작용하는 사항력이 상기 추력발생부인 프로펠러가 사항력을 상쇄시키는 회전수로 구동되어 상쇄되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예로서, 상기 추력발생부는 비행체의 전방 또는 후방부에 수직 배열 상태로 회전 가능하게 장착되는 프로펠러 외에 이 프로펠러를 중심으로 90°를 이루는 좌측에 수직 배열 상태로 회전 가능하게 장착되는 좌측 프로펠러와, 상기 프로펠러를 중심으로 -90°를 이루는 우측에 수직 배열된 상태로 회전 가능하게 장착되는 우측 프로펠러를 더 포함하여 구성될 수 있다.

이에, 상기 비행체가 지상통제부에 대하여 대각선으로 비행할 때, 상기 좌측 프로펠러의 회전 구동에 따른 좌측추력이 생성되거나, 상기 우측 프로펠러의 회전 구동에 따른 우측추력이 생성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예로서, 상기 양력발생부인 복수의 프로펠러 중 비행체의 전방에 위치한 프로펠러가 틸팅 가능한 프로펠러인 틸트 양력발생부로 구성될 수 있다.

이에, 상기 틸트 양력발생부의 틸팅시 비행체의 헤딩방향인 전방에 틸트 양력발생부에 의한 사양력이 생성될 수 있다.

상기한 과제의 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 높은 건물 위나 넓은 벌판, 호수, 바다 또는 험한 산지 등과 같이 대면적 부지에 걸쳐 설치된 다수의 태양광 패널에 세척수를 분사하여 태양광 패널에 쌓인 오염물질(황사나 미세먼지 등)을 용이하게 제거할 수 있고, 그에 따라 태양광 패널의 집광 및 발전 효율을 향상시킬 수 있다.

둘째, 비행체에 케이블의 무게에 의한 중력 및 사항력이 작용하더라도, 비행체의 양력발생부에서 케이블 무게에 의한 중력을 상쇄시키는 동시에 추력발생부에서 사항력을 상쇄시킬 수 있으므로, 비행체가 안정적인 수평 비행 상태를 유지할 수 있고, 비행체의 추락 위험을 방지할 수 있다.

셋째, 비행체의 추력발생부로서 좌측추력을 생성하는 좌측 프로펠러와 우측추력을 생성하는 우측 프로펠러를 추가로 구성함으로써, 비행체의 대각선 비행시 요잉(Yawing)과 비행체에 작용하는 케이블 장력을 유기적으로 상쇄시킬 수 있고, 비행체가 안정적인 수평 비행 자세를 유지하면서 세척수 및 고압공기를 분사하는 동작이 원활하게 이루어질 수 있다.

넷째, 비행체의 양력발생부로서 비행체의 전방(헤딩 방향)에 위치한 프로펠러를 틸팅 가능한 프로펠러인 틸트 양력발생부로 구성함으로써, 비행체의 헤딩방향에 틸트 양력발생부에 의한 사양력이 생성될 수 있고, 비행체의 대각선 비행시에도 세척수 및 고압공기를 분사하는 동작이 원활하게 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 계류식 초경량 비행장치로서, 추력발생부에 추력 발생용 프로펠러가 장착된 모습을 도시한 정면도,
도 2는 본 발명에 따른 계류식 초경량 비행장치로서, 추력발생부에 추력 발생용 프로펠러가 장착된 모습을 도시한 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 계류식 초경량 비행장치로서, 복수의 양력발생부가 중력을 상쇄시키는 관계를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 계류식 초경량 비행장치로서, 케이블의 중력에 의해 발생하는 사항력과 추력발생부에서 발생하는 추력이 서로 상쇄되어 계류식 초경량비행체가 수평을 이루는 정자세로 비행하는 모습을 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 계류식 초경량 비행장치가 태양광 패널에 유체를 살포하여 세척하는 동작을 보여주는 개략도,
도 6은 본 발명에 따른 계류식 초경량 비행장치가 태양광 패널이 설치된 부지에서 오염물 제거작업을 위해 비행하는 비행반경을 보여주는 도면,
도 7은 본 발명에 따른 계류식 초경량 비행장치의 다른 실시예로서, 추력발생부의 프로펠러와 유기적으로 연동되는 좌측프로펠러와 우측프로펠러가 더 설치된 것을 도시한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 계류식 초경량 비행장치의 또 다른 실시예로서, 헤딩방향(전면)에 위치한 양력발생부가 각도 조절 가능한 틸트 양력발생부로 구성된 예를 도시한 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 높은 건물 위나 넓은 벌판, 호수, 바다 또는 험한 산지 등과 같이 대면적 부지에 걸쳐 설치된 다수의 태양광 패널의 표면에 유체를 분사하여 먼지 및 이물질을 용이하게 제거하기 위한 계류식 초경량 비행장치를 제공하고자 한 것이다.

예를 들어, 높은 건물 위나 넓은 벌판, 호수, 바다 또는 험한 산지 등과 같이 대면적 부지에 걸쳐 설치된 다수의 태양광 패널을 청소하기 위한 비행체가 지상통제차량으로부터 연장된 유체공급호스(청소를 위한 유체 공급을 위한 유체공급호스), 전원 및 데이터 케이블(전력, 영상정보, 위치, 속도, 방향, 궤도, 기체 상태 등과 같은 정보를 주고받기 위한 케이블) 등에 의하여 연결된 상태에서 비행을 할 때, 비행체와 지상통제차량의 지상통제부 간의 거리가 적어도 30m 이상 벌어지면, 유체공급호스 및 케이블의 무게로 인하여 비행체를 당기는 장력이 발생하는데, 이때의 장력이 비행체에 대하여 항력(사항력)으로 작용하게 되므로, 비행체는 많은 에너지를 소비함은 물론, 비행체의 기울어지는 현상으로 인한 비행 중 임무수행이 어려워지는 문제가 있다.

이에, 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하고자, 비행체에 전력 및 유체를 장시간 공급하여도 비행체가 비행 자세를 유지하는 동시에 유체를 분사하는 등의 본연 임무를 효율적으로 수행할 수 있도록 한 계류식 초경량 비행장치를 제공하고자 한 것이다.

첨부한 도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 계류식 초경량 비행장치로서, 추력발생부에 추력 발생용 프로펠러가 장착된 모습을 도시한 정면도 및 측면도를 나타내며, 도 5는 본 발명에 따른 계류식 초경량 비행장치가 지상의 태양광 패널에 유체를 살포하여 세척하는 동작을 나타낸다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 계류식 초경량 비행장치는 비행체(10)와, 이 비행체(10)에 수평 배열 상태로 회전 가능하게 장착되는 복수개의 프로펠러인 양력발생부(11)와, 상기 비행체(10)의 전방 또는 후방부에 수직 배열 상태로 회전 가능하게 장착되는 하나 이상의 프로펠러(21)인 추력발생부(20)와, 상기 비행체(10)의 저부 소정 위치에 장착되어 지상을 향하여 세척수와 같은 유체를 분사하는 복수개의 분사노즐인 유체분사부(35)과, 상기 비행체(10)의 저부 소정 위치에 장착되어 지상을 향하여 세척수와 함께 고압공기를 분사하는 분사노즐인 에어분사부(36) 등을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 비행체(10)와 지상의 이동 가능한 운반차량인 지상통제부(50)간에는 케이블(30)이 연결되어 비행체(10)가 계류되는 상태가 되는 바, 이 케이블(30)은 청소용 세척유체를 공급하기 위한 유체공급호스(31)와, 유체를 고압으로 분사하기 위한 고압공기 공급용 고압공기 공급호스(32)와, 비행체에 실시간으로 전원을 공급하는 동시에 정보를 송수신하기 위한 전력 및 데이터 전송용 전선(33) 등을 포함한다.

또한, 상기 지상통제부(50)는 상기 지상통제부(50)는 태양광 패널이 설치된 부지에 접근 이동 가능한 운반차량에 탑재되거나 운반차량과 분리되어 지상에 설치되는 것으로서, 운반차량에 탑재된 청소용 세척유체 저장용 탱크인 유체저장부(53)와, 제어반(51)을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 제어반(51)은 상기 케이블(30)의 전력 및 데이터 전송용 전선(33)과 연결되어 비행체에 대한 전력 공급 및 데이터 송수신 제어를 하고, 또한 상기 유체저장부(53)로부터 유체공급호스(31)를 통하여 비행체(10)의 유체분사부(35)로 공급되는 유체에 대한 유량 및 개폐 제어를 하며, 또한 컴프레서로부터 고압공기 공급호스(32)를 통하여 비행체(10)의 에어분사부(36)로 공급되는 고압에어에 대한 유량 및 개폐 제어를 하도록 구성된다.

따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 계류식 초경량비행장치가 높은 건물 위나 넓은 벌판, 호수, 바다 또는 험한 산지 등과 같이 대면적 부지에 걸쳐 설치된 다수의 태양광 패널(40) 위를 비행할 때, 상기 케이블(30)의 전력 및 데이터 전송용 전선(33)을 통하여 실시간으로 전력을 공급받아 장시간 비행할 수 있고, 특히 상기 유체분사부(35)로부터 분사되는 세척수가 에어분사부(36)를 통하여 분사되는 고압공기와 함께 태양광 패널(40)로 분사됨으로써, 태양광 패널(40)의 표면에 존재하는 오염 물질(황사나 미세먼지 등)이 용이하게 제거되는 청소가 이루어질 수 있다.

한편, 드론(초경량 비행장치, 무인멀티콥터 등)에 장착된 복수개의 프로펠러는 양력을 발생시켜 중력을 극복하고, 비행체의 이륙, 상승 및 균형을 유지하게 해주며, 또한 비행체가 공중에서 호버링(Hovering)을 할 수 있게 해주는 역할을 하고, 상기 드론에 내장되는 컨트롤러인 FC(Flight controller)는 각종 센서(자이로센서, 가속도센서, 지자기센서, 기압센서, GPS센서 등)들의 정보를 받아 변속기(ESC)에 전달하여 각 프로펠러 구동용 모터의 속도를 제어하는 역할을 한다.

부연하면, 상기 FC(Flight controller)는 조종기의 신호를 받아들이는 동시에 6축 자이로센서로부터 3축 각도와 3축 각속도를 읽어들여서 비행체의 수평을 잡아주는 PID 알고리즘을 실행하고, ESC(Electric speed controller)에서 PID 알고리즘에 의한 조종기의 조이스틱 조작값과 자이로센서의 값을 입력값으로 받아서 회전값을 출력하면, 각 프로펠러 구동용 모터의 속도 제어가 이루어지는 바, 이러한 과정을 반복(약 400회/sec)함에 따라 드론이 수평을 유지한 채 비행을 할 수 있다.

하지만, 상기 비행체(10)가 지상통제부(50)로부터 연장된 케이블(30) 즉, 유체공급호스(31)와, 고압공기 공급호스(32)와, 전력 및 데이터 전송용 전선(33)이 함께 통합된 케이블(30)에 의하여 연결되어 계류(繫留)된 상태이므로, 비행 본체(10)와 지상통제부(50) 간의 거리가 적어도 30m 이상 벌어지면, 케이블(30)의 무게로 인하여 비행체(10)를 당기는 장력이 발생하게 되고, 이때의 장력이 비행체에 대하여 항력(예, 비행체를 기울어지게 하는 힘을 말하는 사항력)으로 작용하게 되므로, 비행체(10)는 많은 에너지를 소비함은 물론, 비행체(10)의 기울어지는 현상으로 인한 비행 중 임무수행이 어려워질 수 있다.

이를 해소하고자, 본 발명은 비행체가 사항력 및 중력의 영향없이 비행 자세를 수평으로 유지하면서 태양광 패널에 유체를 분사하는 등의 본연 임무를 효율적으로 수행할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 계류식 초경량 비행장치로서, 복수의 양력발생부가 중력을 상쇄시키는 관계를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 계류식 초경량 비행장치로서, 케이블의 중력에 의해 발생하는 사항력과 추력발생부에서 발생하는 추력이 서로 상쇄되어 계류식 초경량비행체가 수평을 이루는 정자세로 비행하는 모습을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 상기 비행체(10)에 수평 배열 상태로 장착된 복수개의 프로펠러인 양력발생부(11)가 회전 구동되면, 비행체(10)가 중력(15)을 이기고 비행할 수 있도록 한 양력(14)이 발생됨으로써, 비행체가 수평 상태를 유지하며 비행할 수 있다.

이때, 도 4를 참조하면, 상기 복수의 양력발생부(11)의 회전 구동에 의하여 비행체(10)가 비행하는 중 비행체(10)와 연결된 케이블(30) 등의 무게로 인하여 장력(17)이 발생하게 되는데, 직접 시험기체(케이블을 드론에 연결)를 제작하여 테스트 비행을 실시한 결과, 비행체(10)가 지상통제부(50)로부터 30m 이상 멀어지면서 비행체(10)가 기울어지기 시작하고, 그 거리가 멀어질수록 기울어짐이 심해지게 되어, 결국 양력발생부(11)인 프로펠러를 구동시키는 모터에 과부하가 발생되어 비행체(10)가 추락하는 위험이 존재함을 알 수 있었다.

이때, 상기 비행체(10)에 가해지는 장력(17)은 두 가지의 힘으로 구분될 수 있다.

즉, 상기 비행체(10)에 가해지는 장력(17)은 첫째 케이블(30)의 무게에 의해 지구 중심방향으로 작용하는 중력(15)과, 둘째 케이블(30)의 무게에 의해 계류(繫留)된 지점에서 멀어지면 멀어질수록 그 거리와 비례하여 커지는 사항력(13)으로 구분될 수 있고, 결국 비행체(10)의 비행 중 케이블(30)에 의하여 중력(15)과 사항력(13)이 비행체(10)에 작용하게 된다.

위와 같이, 상기 비행체(10)에 작용하는 케이블(30) 무게에 의한 중력(15)과, 비행체(10)의 계류(繫留)된 지점으로부터 멀어지는 거리에 의하여 커지는 사항력(13)에 의하여 양력발생부(11)를 구동시키는 모터에 과부하가 발생되어 비행체(10)가 추락할 수 있다.

이러한 문제점을 해소하고자, 본 발명은 상기 비행체(10)의 전방 또는 후방부에 하나 이상의 프로펠러(21)인 추력발생부(20)가 수직 배열 상태로 회전 가능하게 장착된다.

이에, 상기 비행체(10)에 작용하는 장력(17) 중 케이블(30) 무게에 의한 중력(15)을 상기 양력발생부(11)에서 상쇄시키는 동시에 사항력(13)을 상기 추력발생부(20)의 추력(12)으로 상쇄시킬 수 있다.

이를 위해, 상기 비행체(10)의 소정 위치에는 사항력을 감지하는 항력센서(24)가 장착되고, 비행체(10)에는 항력센서(24)에서 감지된 사항력(13) 신호를 기반으로, 추력발생부(20)인 프로펠러(21)가 사항력(13)을 상쇄시키는 회전수로 구동되도록 제어하는 FC(Flight controller)가 내장된다.

바람직하게는, 상기 항력센서(24)는 케이블(30)의 장력에 의한 사항력을 감지하기 위하여 상기 비행체(10)의 소정 위치 중 케이블(30)의 연결부에 장착될 수 있다.

따라서, 상기 비행체(10)에 작용하는 장력(17) 중 케이블(30) 무게에 의한 중력(15)을 상기 양력발생부(11)에서 상쇄시킴과 함께, 상기 사항력(13)을 비행체(10)의 소정 위치에 장착된 항력센서(24)에서 감지하여 FC(Flight controller)에 전달하면, FC(Flight controller)에서 ESC(변속기)에 대하여 추력발생부(20)의 회전수 조절 신호(사항력을 상쇄시키기 위한 회전수 조절 신호)를 지령하게 되고, 이에 상기 추력발생부(20)인 프로펠러(21)가 사항력(13)을 상쇄시키는 추력(12)을 위한 회전수로 구동됨으로써, 사항력(13)이 상쇄 제거되어 비행체(10)가 수평 상태를 유지하며 비행할 수 있게 된다.

이와 같이, 상기 비행체(10)의 비행 중, 비행체(10)에 대하여 케이블(30)의 무게에 의한 중력(15)과, 비행체(10)의 계류(繫留)된 지점으로부터 멀어지는 거리에 의하여 커지는 사항력(13)이 작용하더라도, 상기 비행체(10)의 양력발생부(11)에서 케이블(30) 무게에 의한 중력(15)을 상쇄시키는 동시에 상기 추력발생부(20)인 프로펠러(21)가 사항력(13)을 상쇄시키며 회전 구동됨으로써, 결국 비행체(10)가 수평 상태를 유지하며 비행할 수 있게 되어 추락 위험을 방지할 수 있다.

여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 계류식 초경량 비행장치에 대한 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 지상통제부(50)인 차량이 태양광 패널의 설치 부지와 근접한 도로 등으로 진입한 후, 지상통제부(50)에 계류된 비행체(10)에 포함된 복수의 프로펠러인 양력발생부(11)가 해당 모터 구동에 따라 회전함으로써, 비행체(10)가 태양광 패널이 설치된 부지 위를 비행하게 된다.

이때, 상기 비행체(10)와 지상의 이동 가능한 운반차량인 지상통제부(50) 간에 연결된 케이블(30) 중 전력 및 데이터 전송용 전선(33)을 통하여 비행체(10)에 실시간으로 전력이 공급되므로, 비행체(10)가 원하는 시간 동안 용이하게 비행할 수 있다.

이어서, 상기 지상통제부(50)의 유체저장부(53)에 저장된 청소용 세척유체가 제어반(51)의 제어 신호에 의하여 케이블(30) 중 유체공급호스(31)를 통하여 비행체(10)의 유체분사부(35)로 공급되고, 동시에 컴프레서의 구동에 의하여 생성되는 고압공기가 케이블(30) 중 고압공기 공급호스(32)를 통하여 비행체(10)의 에어분사부(36)로 공급된다.

이에, 상기 비행체(10)의 유체분사부(35)로부터 청소용 세척유체가 분사되는 동시에 비행체(10)의 에어분사부(36)로 청소용 세척유체를 하방향으로 안내하기 위한 고압공기가 분사된다.

따라서, 상기 비행체(10)의 유체분사부(35)로부터 분사되는 세척수가 에어분사부(36)를 통하여 분사되는 고압공기와 함께 태양광 패널(40)로 분사됨으로써, 태양광 패널(40)의 표면에 존재하는 오염 물질(황사나 미세먼지 등)이 용이하게 제거되는 청소가 이루어질 수 있다.

예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 비행체(10)가 태양광 패널 중 일렬의 태양광 패널(40)을 따라 이동하면서 세척수를 분사할 수 있고, 특히 비행체의 비행 반경을 도시한 도 6에 도시된 바와 같이 태양광 패널이 설치된 부지가 넓은 경우 2대 이상의 비행체(10)가 태양광 패널의 설치 부지를 나누어서 비행하면서 세척수 및 고압공기를 분사함으로써, 태양광 패널(40)의 표면에 존재하는 오염 물질(황사나 미세먼지 등)이 용이하게 제거될 수 있다.

이때, 상기와 같이 비행체(10)의 비행 중, 비행체(10)에 대하여 케이블(30)의 무게에 의한 중력(15)과, 비행체(10)의 계류(繫留)된 지점으로부터 멀어지는 거리에 의하여 커지는 사항력(13)이 작용하더라도, 상기 비행체(10)의 양력발생부(11)에서 케이블(30) 무게에 의한 중력(15)을 상쇄시키는 동시에 상기 추력발생부(20)인 프로펠러(21)가 사항력(13)을 상쇄시키며 회전 구동됨으로써, 결국 비행체(10)가 수평 상태를 유지하며 비행하게 되므로 추락 위험을 방지할 수 있고, 비행체에 의한 태양광 패널의 오염 물질 제거 작업이 지속적으로 진행될 수 있다.

더욱이, 도 5에서 보듯이 태양광 패널이 설치된 부지가 넓은 경우, 상기 지상통제부(50)에서 케이블(30)의 반경에 따른 작업구획을 2대의 비행체(10)로 나누어주고, 각 비행체(10)가 비행을 하며 태양광 패널(40)의 오염물을 제거하는 것을 작업반경 100m 가량의 케이블(30)로 시험 비행을 실시한 결과, 케이블(30)의 무게를 줄이고, 추력발생부(20)의 성능에 따라 비행체(10) 작업 가능한 비행반경이 더 늘어날 수 있음을 알 수 있었다.

이와 같이, 본 발명에 따른 계류식 초경량 비행장치는 높은 건물 위나 넓은 벌판, 호수, 바다 또는 험한 산지 등과 같이 대면적 부지에 걸쳐 설치된 다수의 태양광 패널에 세척수를 분사하여 효과적으로 청소할 수 있고, 뿐만 아니라 인력 투입이 어려운 장소 또는 구조물 등에 대하여 소방 등을 위한 유체를 용이하게 살포할 수 있으며, 대면적의 농지에 대한 농약 살포 등에서 이용할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.

첨부한 도 7은 본 발명에 따른 계류식 초경량 비행장치의 다른 실시예로서, 추력발생부의 프로펠러와 유기적으로 연동되는 좌측 프로펠러와 우측 프로펠러가 더 설치된 것을 나타낸다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 추력발생부(20)는 비행체(10)의 전방 또는 후방부에 수직 배열 상태로 회전 가능하게 장착되는 프로펠러(21) 외에 이 프로펠러(21)를 중심으로 90°를 이루는 좌측에 수직 배열 상태로 회전 가능하게 장착되는 좌측 프로펠러(22)와, 상기 프로펠러(21)를 중심으로 -90°를 이루는 우측에 수직 배열된 상태로 회전 가능하게 장착되는 우측 프로펠러(23)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 추력발생부(20)를 프로펠러(21) 외에 좌측 프로펠러(22) 및 우측 프로펠러(23)를 더 포함하여 구성한 이유는 상기 케이블(30)의 길이 및 무게에 따라 더 증가되는 장력을 상쇄시키기 위함에 있다.

이에, 상기 비행체(10)가 상승 내지 하강시 대각선으로 비행할 때, 상기 FC(Flight controller)의 제어에 의하여 상기 좌측 프로펠러(22)의 회전 구동에 따른 좌측추력(18)이 생성되거나, 상기 우측 프로펠러(23)의 회전 구동에 따른 우측추력(19)이 생성됨으로써, 비행체(10)의 대각선 비행시 요잉(Yawing)과 비행체(10)에 작용하는 케이블(30)의 장력을 유기적으로 상쇄시킬 수 있고, 그에 따라 비행체가 안정적인 수평 비행 자세를 유지하면서 세척수 및 고압공기를 분사하는 동작이 원활하게 이루어질 수 있다.

첨부한 도 8은 본 발명에 따른 계류식 초경량 비행장치의 또 다른 실시예로서, 헤딩방향(전면)에 위치한 양력발생부가 각도 조절 가능한 틸트 양력발생부로 구성된 예를 나타낸다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 양력발생부(11)인 복수의 프로펠러 중 비행체(10)의 전방(헤딩 방향)에 위치한 프로펠러를 틸팅 가능한 프로펠러인 틸트 양력발생부(111)로 구성할 수 있다.

예를 들어, 쿼드콥터 타입의 비행체에는 양력발생부로서 한 쌍(2개)의 프로펠러가 장착되고, 헥사콥터 타입의 비행체에는 한 쌍(2개) 혹은 두 쌍(4개)의 프로펠러가 장착되며, 옥터곱터 타입의 비행체에는 두 쌍(4개)이 짝수개를 이루며 장착되는 바, 각 타입의 비행체에 장착되는 양력발생부인 프로펠러들 중 비행체(10)의 전방(헤딩 방향)에 위치한 프로펠러를 각도 조절 가능한 틸트 타입으로 장착할 수 있다.

이때, 상기 양력발생부(11)의 일부를 틸트 양력발생부(111)로 구성한 이유는 상기 케이블(30)의 길이 및 무게에 따라 더 증가되는 장력을 이기면서 비행체(10)가 수평 내지 대각선 방향으로 용이하게 비행할 수 있도록 함에 있다.

이에, 상기 양력발생부(11)인 복수의 프로펠러 중 비행체(10)의 전방(헤딩 방향)에 위치한 프로펠러를 틸팅 가능한 프로펠러인 틸트 양력발생부(111)로 구성함으로써, 상기 틸트 양력발생부(111)의 틸팅시 비행체의 헤딩방향에 틸트 양력발생부(111)에 의한 사양력(141)이 생성될 수 있고, 따라서 비행체(10)가 안정적인 수평 비행 상태를 유지하면서 대각선 방향의 비행이 용이하게 이루어질 수 있으므로, 결국 비행체의 대각선 비행시에도 세척수 및 고압공기를 분사하는 동작이 원활하게 이루어질 수 있다.

10 : 비행체
11 : 양력발생부
12 : 추력
13 : 사항력
14 : 양력
15 : 중력
17 : 장력
18 : 좌측추력
19 : 우측추력
20 : 추력발생부
21 : 프로펠러
22 : 좌측 프로펠러
23 : 우측 프로펠러
24 : 항력센서
30 : 케이블
31 : 유체공급호스
32 : 고압공기 공급호스
33 : 전력 및 데이터 전송용 전선
35 : 유체분사부
36 : 에어분사부
40 : 태양광 패널
50 : 지상통제부
51 : 제어반
53 : 유체저장부
111 : 틸트 양력발생부
141 : 사양력

Claims (13)

1. 지상통제부(50)와 케이블(30)에 의하여 계류되는 비행체(10);
   상기 비행체(10)에 수평 배열 상태로 회전 가능하게 장착되는 프로펠러인 양력발생부(11);
   상기 비행체(10)의 전방 또는 후방부에 수직 배열 상태로 회전 가능하게 장착되어 비행체(10)에 작용하는 사항력(13)을 상쇄시키기 위한 프로펠러인 추력발생부(20); 및
   상기 비행체(10)의 소정 위치에 장착되어 지상통제부(50)로부터 케이블(30)을 통해 공급되는 유체를 지상으로 분사하는 분사노즐인 유체분사부(35);
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 계류식 초경량 비행장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 비행체(10)의 소정 위치에는 지상통제부(50)로부터 케이블(30)을 통해 공급되는 고압공기를 지상을 향하는 유체로 분사하는 분사노즐인 에어분사부(35)가 더 장착된 것을 특징으로 하는 계류식 초경량 비행장치.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 케이블(30)은 지상통제부(50)와 비행체(10) 간에 연결되는 것으로서,
   청소용 세척유체를 공급하기 위한 유체공급호스(31);
   유체를 고압으로 분사하기 위한 고압공기 공급용 고압공기 공급호스(32); 및
   비행체에 실시간으로 전원을 공급하는 동시에 정보를 송수신하기 위한 전력 및 데이터 전송용 전선(33);
   으로 구성된 것을 특징으로 하는 계류식 초경량 비행장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 지상통제부(50)는 운반차량에 탑재되거나 운반차량과 분리되어 지상에 설치되는 것을 특징으로 하는 계류식 초경량 비행장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 지상통제부(50)는:
   운반차량에 탑재된 청소용 세척유체 저장용 탱크인 유체저장부(53);
   비행체에 대한 전력 공급 및 데이터 송수신 제어, 비행체(10)의 유체분사부(35)로 공급되는 유체에 대한 유량 및 개폐 제어 및 비행체(10)의 에어분사부(36)로 공급되는 고압에어에 대한 유량 및 개폐 제어를 하는 제어반(51);
   으로 구성된 것을 특징으로 하는 계류식 초경량 비행장치.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 비행체(10)의 소정 위치에는 사항력(13)을 감지하는 항력센서(24)가 장착된 것을 특징으로 하는 계류식 초경량 비행장치.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 항력센서(24)는 상기 비행체(10)의 소정 위치 중 케이블(30)의 연결부에 장착되는 것을 특징으로 하는 계류식 초경량 비행장치.
   
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 비행체(10)에는 상기 항력센서(24)에서 감지된 사항력(13) 신호를 기반으로, 추력발생부(20)인 프로펠러(21)가 사항력(13)을 상쇄시키는 회전수로 구동되도록 제어하는 FC(Flight controller)가 내장된 것을 특징으로 하는 계류식 초경량 비행장치.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 비행체(10)에 작용하는 장력(17) 중 케이블(30) 무게에 의한 중력(15)이 상기 양력발생부(11)에서 상쇄됨과 함께, 상기 비행체(10)에 작용하는 사항력(13)이 상기 추력발생부(20)인 프로펠러(21)가 사항력(13)을 상쇄시키는 회전수로 구동되어 상쇄되는 것을 특징으로 하는 계류식 초경량 비행장치.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 추력발생부(20)는 비행체(10)의 전방 또는 후방부에 수직 배열 상태로 회전 가능하게 장착되는 프로펠러(21) 외에 이 프로펠러(21)를 중심으로 90°를 이루는 좌측에 수직 배열 상태로 회전 가능하게 장착되는 좌측 프로펠러(22)와, 상기 프로펠러(21)를 중심으로 -90°를 이루는 우측에 수직 배열된 상태로 회전 가능하게 장착되는 우측 프로펠러(23)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 계류식 초경량 비행장치.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 비행체(10)가 지상통제부(50)에 대하여 대각선으로 비행할 때, 상기 좌측 프로펠러(22)의 회전 구동에 따른 좌측추력(18)이 생성되거나, 상기 우측 프로펠러(23)의 회전 구동에 따른 우측추력(19)이 생성되는 것을 특징으로 하는 계류식 초경량 비행장치.
    
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 양력발생부(11)인 복수의 프로펠러 중 비행체(10)의 전방에 위치한 프로펠러가 틸팅 가능한 프로펠러인 틸트 양력발생부(111)로 구성되는 것을 특징으로 하는 계류식 초경량 비행장치.
    
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 틸트 양력발생부(111)의 틸팅시 비행체의 헤딩방향인 전방에 틸트 양력발생부(111)에 의한 사양력(141)이 생성되는 것을 특징으로 하는 계류식 초경량 비행장치.

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