KR20230090860A - 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수 개의 블레이드를 회전익기의 동력 전달 수단에 별도의 체결수단으로 각각 연결하는 것이 아닌 복수 개의 블레이드를 허브 내부에 삽입 고정시켜 구조적으로 약한 연결부를 허브로 지지 고정하여 힘을 분산시킬 수 있기 때문에 구조적 강성의 향상시킬 수 있어 고마력의 추력을 견딜 수 있으며, 조립 구조의 단순화로 인해 점검, 수리 및 교체가 용이한 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자에 관한 것이다.

Description

초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자{Rotor for multicopter capable of withstanding extra-large engine thrust}

본 발명은 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수 개의 블레이드를 회전익기의 동력 전달 수단에 별도의 체결수단으로 각각 연결하는 것이 아닌 복수 개의 블레이드를 허브 내부에 삽입 고정시켜 구조적으로 약한 연결부를 허브로 지지 고정하여 힘을 분산시킬 수 있기 때문에 구조적 강성의 향상시킬 수 있어 고마력의 추력을 견딜 수 있으며, 조립 구조의 단순화로 인해 점검, 수리 및 교체가 용이한 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자에 관한 것이다.

일반적으로, 회전익기는 동체에 형성된 로터, 즉 회전자를 회전시켜 활주로 없이 거의 수직으로 뜨고 내릴 수 있는 항공기로서, 전후 및 좌우 방향으로 이동할 수 있음은 물론 공중에서도 정지할 수 있는 기능적 특징을 가진다.

그러나, 회전익기가 회전하며 이동하는 동안, 회전자는 블레이드의 회전으로 인해 발생하는 원심력, 회전력, 항력(drag) 및 비틀림(torsion) 모멘트와 같은 다수의 힘을 받게 되며, 이로 인해 회전자에 변형 및 파손이 발생하게 된다.

종래에는, 복수 개의 블레이드가 회전익기의 동력 전달 수단에 바로 연결되거나, 블레이드와 허브로 구성되어 각 블레이드가 체결 수단에 의해 개별적으로 허브에 고정되었으나, 이는, 동력 전달 수단으로부터 각 블레이드에 전달되는 힘이 불균형할 수 있어 진동 발생하게 되고, 진동 발생으로 인해 회전자의 파손 또는 변형이 일어날 수 있으며, 더 나아가 회전익기가 높은 마력의 추력을 발생할수록 진동 발생이 커져 회전자의 파손 또는 변형이 쉽게 발생하는 문제점이 있다.

또한, 회전자에서 구조적으로 약한 연결 부분은 파괴적인 힘으로 인해 파손 또는 변형이 빈번하며, 연결부의 파손 또는 변형시 허브와 블레이드를 해체하는 것이 어렵기 때문에 회전자 점검, 수리 또는 교체가 어려운 문제점이 있다.

이에, 최근에는 허브와 블레이드를 단단한 소재로 제조하거나 허브와 블레이드에 별도의 구성을 추가해서 연결시켜 구조적 강성, 소재적 강성을 향상시켰으나, 이는 회전자의 중량이 증가하여 유상하중이 감소하는 문제점이 발생한다.

따라서, 다양한 크기의 추력을 발생하는 회전익기에 장착되는 회전자가 파손과 변형을 방지하기 위해 구조적, 소재적 강성을 향상시킴과 동시에 회전자의 중량을 최소화할 수 있어 유상하중을 높일 수 있는 회전자 개발이 필요하다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다양한 크기의 추력을 견딜 수 있도록 구조적, 소재적 강성을 향상시킬 수 있으며, 중량을 최소화하기 위한 형상 및 구조로 제작된 블레이드와 허브로 자중을 감소시키고, 유상하중을 높일 수 있는 초대형 추진체의 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해 회전익기의 동력 전달 수단에 연결되는 허브; 및몸체부 및 상기 몸체부의 근부에서 연장 형성되고 상기 허브의 내부에 삽입되어 고정되는 연결부가 구성된 복수 개의 블레이드;를 포함하고, 상기 허브는 대칭 구조로 형성되어 서로 접촉 결합할 수 있는 제1,2 하우징으로 구성되되, 상기 제1 하우징의 하면과 제2 하우징의 상면에는 상기 허브의 외측에서 내측 방향으로 상기 블레이드의 연결부가 안착 고정될 수 있는 홈이 일정 간격으로 형성된 안착부를 포함하며, 상기 제1,2 하우징의 안착부에 안착된 블레이드의 연결부는 상기 제1,2 하우징이 볼트, 너트 체결에 의해 압착 결합되어 고정되는 것을 특징으로 하는 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 연결부:는 상기 몸체부 근부에서 연장 형성된 연결목; 및 상기 연결목의 외측에서 연장 형성되되, 상기 연결목의 폭보다 큰 폭을 갖도록 형성된 고정목;을 포함하며, 상기 안착부는 상기 연결목과 고정목의 형상과 대응되는 형상으로 홈이 형성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 허브는 원형 형상으로 형성되며, 상기 허브에서 서로 인접하는 안착부 사이에는 곡률을 가지고 오목하게 들어간 오목부가 형성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 블레이드는 알루미늄 소재와 카본 소재로 제조되며, 상기 허브는 알루미늄 소재로 제조된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 몸체부:는 카본 파이프가 알루미늄 파이프 외측을 감싸도록 형성된 뼈대; 및 상기 뼈대 형상과 대응하는 형상으로 제조된 카본 시트를 상기 뼈대의 상하부에 적층된 스킨;으로 구성되며, 상기 몸체부는 상기 뼈대와 스킨을 압축 가열하여 제조된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 몸체부는 테이퍼 형상으로 형성되고 소정의 비틀림을 가지며, 상기 블레이드의 몸체부는 날개 팁부 시위 길이, 날개 근부 시위 길이 및 날개 가로 길이가 1 : 1.5 내지 1.6 : 4.5 내지 4.6 비를 가지고, 날개 근부 피치각이 28˚ 내지 32˚, 날개 팁부 피치각이 -2˚ 내지 2˚로 비틀려서 형성된다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.

본 발명의 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자에 의하면, 복수 개의 블레이드의 연결부를 허브 내측에 삽입 고정시켜 허브로부터 블레이드에 전달되는 힘이 균일하여 각 블레이드에 작용하는 힘의 불균형으로 인한 파손 및 변형을 방지할 수 있으며, 구조적으로 약한 블레이드의 연결부가 허브에 의해 지지 고정되어 회전에 의해 발생하는 다양한 힘이 고르게 분산될 수 있기 때문에 구조적 강성 및 안정성이 향상될 수 있어 고마력의 추력도 견딜 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자에 의하면, 허브 조립으로 인해 복수 개의 블레이드를 한번에 고정시킬 수 있기 때문에 조립 구조의 단순화로 회전자의 점검, 수리 및 교체가 용이한 장점이 있다.

또한, 본 발명의 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자에 의하면, 블레이드는 카본 소재와 알루미늄 소재 파이프를 겹쳐서 형성된 블레이드 뼈대와 카본 시트를 적층하여 만든 시트를 압축 가열하여 제조되기 때문에 가벼우면서도 강성이 뛰어난 소재로 인해 블레이드를 경량화하면서 강성을 향상시킬 수 있어 회전익기의 자중을 감소시키고 유상하중을 증대시킬 수 있으며, 높은 마력의 추력 또한 견딜 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자에 의하면, 허브는 불필요한 노출 면적을 최소화하면서 공기역학적 형상을 갖는 원형 형상과 각 블레이드 연결부 사이마다 곡률을 갖는 오목부가 형성되어 회전익기의 자중을 감소시키고 유상하중을 증대시킬 수 있고, 유동으로 인한 공기 저항력 발생을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자의 구성을 설명하기 위한 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자의 구성을 설명하기 위한 분해도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자의 허브를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자의 블레이드를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자의 구성을 설명하기 위한 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자의 구성을 설명하기 위한 분해도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자의 허브를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 3를 참조하면, 본 발명의 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자(100)는 회전익기의 동력 전달 장치에 장착되어 상기 동력 전달 장치로부터 동력을 전달받아 회전하는 수단으로, 상기 회전익기의 동력 전달 장치에 장착되는 허브(110) 및 날개 형상의 몸체부(121)와 상기 몸체부(121)의 근부에서 연장 형성되는 연결목(122-1), 상기 연결목(122-1)에서 연장 형성되는 고정목(122-2)으로 구성되어 상기 허브(110)에 안착되는 연결부(122)가 형성된 블레이드(120)를 포함하여 이루어진다.

한편, 상기 회전익기는 회전하는 날개에 의한 양력으로 비행하는 비행체로, 드론, 헬기, 바이콥터, 트리콥터, 쿼드콥터, 헥사콥터, 옥토콥터와 같은 멀티콥터를 의미하며, 본 발명에서는, 상기 회전자(100)가 쿼드콥터에 적용되는 것으로 설명한다.

상기 쿼드콥터는 4개의 회전자로 이루어지며, 시계방향으로 회전하는 회전자와 반시계방향으로 회전하는 회전자가 상기 쿼드콥터의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 위치에 형성된다.

상기 허브(110)는 상기 회전익기의 동력 전달 장치에 의해 동력을 전달받아 회전하며, 제1 하우징(111)과 제2 하우징(112)을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 허브(110)는 상기 동력 전달 장치에 장착되어 고정시킬 수 있는 별도의 고정부재가 구비될 수 있다.

상기 제1,2 하우징(111,112)은 단면이 원형 형상이고, 서로 대칭 형상으로 형성되어 볼트(B)와 너트(N)에 의해 접촉 결합할 수 있는 구조를 갖는다.

이에 따라, 상기 제1,2 하우징(111,112)은 상기 볼트(B)가 상기 제1,2 하우징(111,112)을 동시에 관통 삽입될 수 있도록 동일한 위치에 복수 개의 홀(H)이 형성된다.

또한, 상기 제1 하우징(111)의 하면과 제2 하우징(112)의 상면에는 외측에서 내측방향으로 상기 블레이드(120)의 연결부(122)가 안착될 수 있는 홈이 일정 간격으로 형성된 안착부(111-1,112-1)가 형성된다.

상세하게는, 상기 안착부(111-1,112-1)는 상기 블레이드(120)가 상기 허브(110)에 방사상으로 안착 고정될 수 있도록 상기 제1,2 하우징(111,112)의 각 내측면에 일정 각도를 가지고 형성된다.

또한, 상기 안착부(111-1,112-1)는 상기 블레이드(120)의 연결부(122)가 삽입 안착될 수 있도록 상기 연결부(122)의 형상과 대응하는 형상으로 홈이 형성되며, 상세하게는, 상기 안착부(111-1,112-1)는 상기 연결부(122)의 연결목(122-1)과 고정목(122-2)이 삽입 안착될 수 있도록 상기 연결목(122-1)과 고정목(122-2)의 형상과 대응하는 형상으로 홈이 형성된다.

한편, 상기 제1,2 하우징(111,112)은 서로 인접하는 안착부(111-1,112-1) 사이마다 형성되는 오목부(111-2,112-2)가 더 형성될 수 있다.

상기 오목부(111-2,112-2)는 상기 제1,2 하우징(111,112)의 중심측을 향해 소정의 곡률을 가지고 오목하게 형성되며, 곡률반경은 상기 안착부(111-1,112-1)에 간섭되지 않는 길이를 갖도록 형성될 수 있다.

즉, 상기 허브(110)는 불필요한 노출 영역을 줄여 상기 회전익기의 자중을 줄이고 유상하중을 증대시킬 수 있으며, 곡선으로 이루어져 상기 유체의 흐름을 원활하게 할 수 있기 때문에 허브로 인한 공기 저항력을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자의 블레이드를 설명하기 위한 도면으로, 도 4를 참조하면, 상기 블레이드(120)를 자세히 설명한다.

상기 블레이드(120)의 몸체부(121)는 알루미늄과 카본 소재를 사용하여 제조되며, 이 외에도 상기 블레이드(120)의 강성을 높임과 동시에 경량화할 수 있는 다양한 복합재료를 사용하여 제조될 수 있다.

상세하게는, 상기 몸체부(121)는 카본 파이프가 알루미늄 파이프 외측을 감싸도록 형성된 뼈대와 상기 뼈대 형상과 대응하는 형상으로 제조된 카본 시트를 상기 뼈대에 적층한 시트로 구성되며, 상기 몸체부(121)는 상기 뼈대와 상기 스킨을 압축 가열에 의해 제조된다.

이에 따라, 상기 블레이드(120)는 강성 및 피로 수명 등을 향상시킬뿐만 아니라 소재의 특성으로 인해 경량화할 수 있어 상기 회전익기의 자중을 감소하고 유상하중을 증대할 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 몸체부(121)는 날개 팁부 시위 길이(a)와 날개 근부 시위 길이(b)가 서로 다른 테이퍼 형상으로 형성되며, 날개 근부의 피치각과 날개 팁부의 피치각이 서로 달라 소정의 비틀림을 갖는다.

상세하게는, 상기 몸체부(121)는 날개 팁부 시위 길이(a), 날개 근부 시위 길이(b) 및 날개 가로 길이(c)가 1 : 1.5 내지 1.6 : 4.5 내지 4.6 비를 가지고, 날개 근부 피치각이 28˚ 내지 32˚, 날개 팁부 피치각이 -2˚ 내지 2˚을 가지고 형성된다.

이에 따라, 본 발명의 회전자(100)가 회전시 상기 몸체부(121)의 형상으로 인해 후류, 와류, 유도 항력, 공기 저항력 등을 최소화하고, 양력을 향상시킬 수 있다.

상기 연결부(122)는 상기 허브(110)의 안착부(111-1,112-1)에 안착되어 고정되며, 상기 몸체부(121)의 근부에서 연장 형성된 연결목(122-1)과 상기 연결목(122-1)의 외측에 연장 형성된 고정목(122-2)을 포함하여 이루어진다.

상기 연결목(122-1)은 소정의 직경을 갖는 원통 형성되는 것으로 도시하였으나, 그 외에도 소정의 길이와 두께를 갖는 다양한 입체도형으로 형성될 수 있다.

상기 고정목(122-2)은 다각형 단면을 갖는 입체도형으로 형성되며, 상기 연결목(122-1)의 직경보다 더 큰 너비를 가지고 형성된다.

이에 따라, 본 발명의 회전자(100)를 회전시 상기 고정목(122-2)과 상기 허브(110)와의 접촉 면적을 넓히고, 상기 블레이드(120)에 작용하는 힘의 반작용을 유발하는 구조로 형성되어 상기 허브(110)의 외측방향으로 작용하는 힘에 의해 상기 블레이드(120)가 상기 허브(110)로부터 분리되는 것을 방지할 수 있으며, 상기 연결부(122)에 가해지는 다양한 힘을 분산시킬 수 있어 손상 또는 변형을 최소화할 수 있다.

즉, 본 발명의 회전자(100)는 상기 허브(110)의 안착부(111-1,112-1)가 상기 연결부(122)의 연결목(122-1)과 고정목(122-2)의 형상과 대응하는 형상으로 홈이 형성되어 상기 연결부(122)가 상기 안착부(111-1,112-1)에 안착 고정될 수 있고, 안착된 블레이드(120)는 상기 제1,2 하우징(111.112)을 볼트(B), 너트(N) 체결에 의해 압착 결합하여 상기 허브(110)에 상기 블레이드(120)를 고정할 수 있다.

따라서, 본 발명의 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자(100)는 복수 개의 블레이드(120)를 볼트(B), 너트(N)에 의해 동력 전달 수단에 연결하거나, 허브(110)에 개별적으로 연결하는 것이 아닌 상기 복수 개의 블레이드(120)를 상기 허브(110)의 결합에 의해 한번에 연결할 수 있어 조립 구조의 단순화로 인해 정비와 교체 등이 용이하며, 상기 허브(110)에 의해 상기 복수 개의 블레이드(120)에 동일한 동력을 전달할 수 있어 불균형한 힘으로 인한 손상, 변형 등을 방지하고 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자(100)는 구조적 강성, 소재적 강성을 가질 수 있어 다양한 크기의 파워를 출력하는 멀티콥터에 적용할 수 있으며, 특히, 200 ~ 320 마력을 출력하는 쿼드콥터에 적용할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

100 : 회전자 110 : 허브
111 : 제1 하우징 112 : 제2 하우징
111-1, 112-1 : 안착부 111-2, 112-2 : 오목부
120 : 블레이드 121 : 몸체부
122 : 연결부 122-1 : 연결목
122-2 : 고정목 B : 볼트
N : 너트 H : 홀
a : 날개 팁부 시위 길이 b : 날개 근부 시위 길이
c : 날개 가로 길이

Claims (6)

1. 회전익기의 동력 전달 수단에 연결되는 허브; 및
   몸체부 및 상기 몸체부의 근부에서 연장 형성되고 상기 허브의 내부에 삽입되어 고정되는 연결부가 구성된 복수 개의 블레이드;를 포함하고,
   상기 허브는 대칭 구조로 형성되어 서로 접촉 결합할 수 있는 제1,2 하우징으로 구성되되, 상기 제1 하우징의 하면과 제2 하우징의 상면에는 상기 허브의 외측에서 내측 방향으로 상기 블레이드의 연결부가 안착 고정될 수 있는 홈이 일정 간격으로 형성된 안착부를 포함하며,
   상기 제1,2 하우징의 안착부에 안착된 블레이드의 연결부는 상기 제1,2 하우징이 볼트, 너트 체결에 의해 압착 결합되어 고정되는 것을 특징으로 하는 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 연결부:는
   상기 몸체부 근부에서 연장 형성된 연결목; 및
   상기 연결목의 외측에서 연장 형성되되, 상기 연결목의 폭보다 큰 폭을 갖도록 형성된 고정목;을 포함하며,
   상기 안착부는 상기 연결목과 고정목의 형상과 대응되는 형상으로 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 허브는 원형 형상으로 형성되며,
   상기 허브에서 서로 인접하는 안착부 사이에는 곡률을 가지고 오목하게 들어간 오목부가 형성되는 것을 특징으로 하는 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 블레이드는 알루미늄 소재와 카본 소재로 제조되며,
   상기 허브는 알루미늄 소재로 제조되는 것을 특징으로 하는 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자.
   
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 몸체부:는
   카본 파이프가 알루미늄 파이프 외측을 감싸도록 형성된 뼈대; 및
   상기 뼈대 형상과 대응하는 형상으로 제조된 카본 시트를 상기 뼈대의 상하부에 적층된 스킨;으로 구성되며,
   상기 몸체부는 상기 뼈대와 스킨을 압축 가열하여 제조되는 것을 특징으로 하는 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 몸체부는 테이퍼 형상으로 형성되고 소정의 비틀림을 가지며,
   상기 블레이드의 몸체부는 날개 팁부 시위 길이, 날개 근부 시위 길이 및 날개 가로 길이가 1 : 1.5 내지 1.6 : 4.5 내지 4.6 비를 가지고, 날개 근부 피치각이 28° 내지 32°, 날개 팁부 피치각이 -2° 내지 2°로 비틀린 것을 특징으로 하는 초대형 엔진 추력을 견딜 수 있는 멀티콥터 전용 회전자.

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