KR20230145375A

KR20230145375A - 수면 비행 선박

Info

Publication number: KR20230145375A
Application number: KR1020237030012A
Authority: KR
Inventors: 윌리엄 탈하이머; 마이클 클링커; 윌리엄 브라이언 베이커; 에드워드 레스터; 다니엘 코트렐; 크리스티안 베일리
Original assignee: 리젠트 크래프트 아이엔씨.
Priority date: 2021-02-11
Filing date: 2022-02-10
Publication date: 2023-10-17
Also published as: EP4291454A1; JP2024507163A; US20230062717A1; WO2022173948A1

Abstract

예시적인 수면 비행 선박은, (i) 주 날개 제어 표면을 갖는 주 날개; (ii) 꼬리부 제어 표면을 갖는 꼬리부; (iii) 주 날개 또는 꼬리부를 따라 배치된 블로우-윙 추진 시스템; (iv) 접개 들이식 수중익; 및 (v) 제어 시스템을 포함하고, 상기 접개 들이식 수중익은, (a) 접개 들이식 수중익이 수면 아래로 잠기기 위해 선박의 선체 아래로 확장되는 확장 구성 및 (b) 접개 들이식 수중익이 선박의 선체 내로 적어도 부분적으로 후퇴되는 수축 구성으로 동작하도록 구성되고, 상기 제어 시스템은, (i) 접개 들이식 수중익이 확장 구성에서 동작할 때 접개 들이식 수중익의 방향 변경을 유발하고, (ii) 접개 들이식 수중익이 후퇴 구성에서 동작할 때 꼬리부 제어 표면 및 주 날개 제어 장치의 방향의 변경을 유발함으로써 선박을 기동하도록 구성된다.

Description

수면 비행 선박

본 출원은 2021년 2월 11일에 출원된 미국 가특허출원 제63/148,565호, 2021년 11월 19일에 출원된 미국 가특허출원 제63/281,594호 및 2022년 1월 6일에 출원된 미국 특허출원 제17/570,090호에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 이들의 각각은 본원에 전체적으로 통합된다.

본 발명은 수면 비행 선박(wing-in ground effect vehicle: WIG)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이륙 전 및 착륙 후 물에서 상당한 거리 동안 동작하도록 설계된 WIG들에 대한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

WIG는 추진원 및 공기역학적 지면 효과에서 지면 또는 수면에 가깝게 동작하도록 설계된 공기역학적 표면을 포함할 수 있다. 공기역학적 지면 효과에서 동작하는 주된 이유는 날개의 유도 항력 감소로 인한 비행 효율의 증가이다.

개시된 기술의 특징, 양태 및 장점은 이하의 설명, 첨부된 청구항 및 첨부된 도면과 관련하여 더 잘 이해될 수 있다:

도 1a는, 예시적인 실시예에 따른 예시적인 WIG의 사시도를 도시한다;
도 1b는, 예시적인 WIG의 상면도를 나타낸다;
도 1c는, 예시적인 WIG의 측면도를 나타낸다;
도 1d는, 예시적인 WIG의 정면도를 도시한다;
도 2는, 예시적인 WIG의 배터리 시스템을 도시한다;
도 3은, 예시적인 WIG의 주요 수중익 전개 시스템을 나타낸다;
도 4a는, 예시적인 WIG의 후방 수중익 전개 시스템을 나타낸다;
도 4b는, 예시적인 WIG의 후방 수중익 전개 시스템을 나타낸다;
도 5는, 예시적인 WIG의 제어 시스템을 나타낸다;
도 6은, 예시적인 WIG의 다양한 동작 모드들을 도시한다.
도면들은 예시적인 실시예들을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명이 도면들에 도시된 배치 및 기구들에 한정되는 것이 아님을 이해하여야 할 것이다.

I. 개요

본원에 개시된 예시적인 WIG는 기존 WIG에 비해 보다 편안한 승객 환경과 넓은 환경 동작 범위를 제공하도록 설계된 기능을 포함한다. 장점으로는, 보다 편안한 이착륙 기동, 더 작은 회전 반경, 더 높은 순항 효율, 더 높은 비행 안정성 및 안전성, 운영 비용 감소, 그리고 높은 해상 및 혼잡한 항구에서 편안하게 동작할 수 있는 기능 등을 포함할 수 있다. 따라서, 본원에 개시된 WIG는, 수역 위를 날도록 설계되었으며 그에 따라 해안 목적지들 사이 또는 해안과 해양 인프라 사이의 사람 및/또는 화물을 운송하는 데 사용될 수 있다. WIG는, 배터리 또는 수소 연료 전지 시스템에서 에너지를 공급하는 전동 드라이브 트레인을 사용하여 작동 중에 배출물을 전혀 배출하지 않는다.

본원에 개시된 WIG들은, WIG의 선체가 적어도 부분적으로 물에 잠기는 제1 수상수송 모드, WIG의 하나 이상의 수중익이 적어도 부분적으로 물에 잠기는 동안 WIG의 선체가 물 위로 상승하는 제2 수상수송 모드, 지면 효과 비행에서 전체 WIG가 물 위로 상승하는 공수 모드를 포함하는, 적어도 세 가지 다른 작동 모드로 작동하도록 구성된다. 기존의 차량과 달리, 본원에 기재된 WIG들은 확장된 거리 및 시간에 걸쳐 이러한 세 가지 모드 각각으로 작동할 수 있다.

기존 선박에 비해 이러한 개선들을 제공하기 위해, 본원에 기재된 WIG는, (i) 분산 블로우-윙 구성의 전동 파워트레인, (ii) 접이식 수중익 시스템, (iii) WIG를 안정화시키고 수면 근처에서 WIG의 고도를 제어하기 위한 디지털 비행 제어 시스템, 및 (iv) 해상 교통 및 장애물을 검출하고 회피하기 위한 제어 시스템을 포함하는 다수의 상이한 기술들을 결합할 수 있다.

II. 수면 비행 선박의 예

도 1a 내지 도 1d는, 도 1a의 사시도, 도 1b의 상면도, 도 1c의 측면도 및 도 1d의 정면도를 포함하는 예시적 WIG(100)의 상이한 도면들을 도시한 것으로서, 이들 다양한 도면들에 도시된 바와 같이, WIG(100)는, 선체(102), 주 날개(104), 꼬리부(106), 메인 수중익 조립체(108) 및 후방 수중익 조립체를 포함한다.

A. 선체

상기와 같이, 그리고 후술하는 바와 같이, WIG(100)는 선체(102)가 적어도 부분적으로 물에 잠기는 확장된 동안 제1 수상수송 모드에서 동작할 수 있다. 따라서, 상기 선체(102)는 특히, 상기 제1 수상수송 동작 모드에서 물과 접촉하는 선체 표면에 대해 수밀상태로 설계될 수 있다. 또한, 전체적인 WIG(100)는 물론, 상기 선체(102)는 물에 부유하고 있을 때 모든 축들 상에서 수동적으로 안정하게 되도록 구성된다. 이를 달성하기 위해, 선체(102)는 후술되는 향상된 안정성 및 다른 이점들을 제공할 수 있는 용골(또는 중심선)(112)을 포함할 수 있다. 그리고 어떤 예에서, WIG(100)는, 질량 중심이 WIG(100)의 부력 중심과 정렬되도록 WIG(100)의 질량 중심을 조정하기 위한 다양한 메커니즘들을 포함할 수 있다. 이를 달성하기 위한 하나의 방법은, WIG(100)의 배터리 시스템(도 2와 관련하여 더 상세히 후술함)을 하나 이상의 서보 모터 등에 의해 이동될 수 있는 하나 이상의 이동 가능한 장착부들에 결합하는 것이다. WIG(100)의 제어 시스템은 예를 들어, 온보드 자이로스코프를 통해 회전 변화를 검출함으로써 부력 중심의 변화를 검출할 수 있고, 제어 시스템은 자이로스코프가 WIG(100)가 안정된 것으로 표시될 때까지 배터리 시스템을 이동시키기 위해 서보 모터를 응답적으로 작동시킬 수 있다. 질량 중심이 WIG(100)의 부력 중심과 정렬되도록 WIG(100)의 질량 중심을 조절하는 다른 방법은, WIG(100)의 선체(102)에 걸쳐 분포된 다양한 탱크로 물 또는 공기를 펌핑하기 위한 밸러스트 시스템을 포함하는 것으로, 이는 배터리 시스템을 이동하는 것과 유사한 방식으로 WIG(100)의 질량 중심을 조정할 수 있다. WIG(100)의 질량 중심을 제어하기 위해 다른 예시적인 시스템들이 사용될 수도 있다.

추가적으로, 선체(102)는 수상수송(waterborne) 및 공수(airborne) 모두의 경우에 항력을 감소시키도록 설계될 수 있다. 예컨대, 선체(102)는 높은 길이-대-빔 비(예를 들어, 8 이상)를 가질 수 있으며, 이는 WIG(100)가 전방 수상수송 모션 하에 있을 때 유체 정역학적 항력을 감소시키는데 도움을 줄 수 있다. 어떤 예에서, 용골(112)은 수상수송 시 기동성을 향상시키기 위해 만곡되거나 로킹될 수 있다. 또한, 선체(102)는, 이 선체(102)의 좁고 부력이 낮은 활 부분을 포함함으로써(예를 들어, 승객 및 승무원의 쾌적성을 증가시키도록) 파도의 표면을 관통하도록 설계될 수 있다

B. 날개 및 분산 추진 시스템

주 날개(104)는 또한 수상수송 동작 동안 WIG(100)의 안정성을 향상시키도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 도 1a 내지 도 1d에 도시된 바와 같이, 주 날개(104)는, 주 날개(104)의 각 단부에 아웃트리거(114)를 포함할 수 있다. 아웃트리거(114)(때때로 "윙-팁 폰툰"이라고도 함)는 물에 잠기거나 또는 물과 접촉했을 때 주 날개(104)에 부력을 제공하도록 구성된다. 도 1d에서 WIG(100)의 정면도로 도시된 바와 같이, 주 날개(104)는, 주 날개(104) 양단의 아웃트리거(114)가 주 날개(104)의 가장 낮은 지점에 위치하도록 갈매기 날개 형태로 설계될 수 있고 또한 선체(102)가 수상수송일 때 선체(102)의 흘수선과 대략 같은 높이(또는 약간 위)에 위치된다.

도 1b의 WIG(100)의 평면도에 가장 잘 도시된 바와 같이, 주 날개(104)는, 주 날개(104)의 평균 코드에 대한 주 날개(104)의 스팬의 비율을 나타내는 높은 종횡비를 갖도록 설계된다. 어떤 예에서, 주 날개(104)의 종횡비는 5 이상, 또는 6 이상이지만, 다른 예시적인 종횡비도 가능하다.

높은 종횡비 날개는 낮은 종횡비 날개와 비교할 때 보다 짧은 평균 코드로 인한 피치 안정성 감소를 포함하여 특정한 단점들을 제공할 수 있다. 이전의 WIG는 이러한 불안정성 문제를 해결하기 위해 낮은 종횡비의 날개를 선택했다. 예를 들어, WIG가 지면 효과로 비행할 때, 날개 아래의 정압이 증가하여 WIG의 공기역학적 중심이 뒤로 이동하고 WIG의 피치 축에 공기역학적 불안정성이 발생한다. 낮은 종횡비의 날개는 양력을 날개의 리딩 에지에 집중시키고, WIG가 위쪽으로 기울어지면 리딩 에지도 위쪽으로 기울어지며, 이로 인해 WIG는 지면 효과를 벗어나 양력을 잃고 다시 안정된다. 그러나, 이 낮은 종횡비 날개 디자인은 불안정성 문제는 해결했지만 이전 WIG 디자인의 공기 역학적 효율성을 크게 감소시켰다.

일반적으로 높은 종횡비 날개의 또 다른 단점은 낮은 롤 각가속도로 인해 기동성이 감소한다는 것이다. 그리고 WIG의 경우 높은 종횡비 날개의 기동성이 더욱 감소될 수 있다. 예를 들어, 수면 위에서 지면 효과 비행 모드로 동작할 때, 높은 종횡비 날개를 가진 WIG는 수면에 충분히 가까워 롤이 지나치게 많으면 날개가 수면과 충돌할 수 있다. 이러한 문제 및 다른 문제를 해결하기 위해, 본원에 개시된 WIG(100)는 이하 더 자세히 설명되는 바와 같이 주 날개(104)의 높은 종횡비로 인해 감소된 기동성을 보상하기 위해 기동성을 개선하기 위한 다양한 추가 메커니즘을 포함할 수 있다.

높은 종횡비 날개는 위에서 확인된 것과 같은 다양한 단점을 제공할 수 있지만, 높은 종횡비 날개는 낮은 종횡비 날개에 비해 증가된 롤 안정성과 더 높은 양력 대 드래그 비율로 비롯되는 효율성 증가를 포함하여 여러 가지 개선 사항을 제공할 수도 있다. 또한, 높은 종횡비 날개의 또 다른 이점은 날개를 따라 분산 추진 시스템을 장착하기 위해 보다 긴 리딩 에지를 제공한다는 것이다. 추진 시스템을 날개를 따라 이러한 분산 방식으로 배치하면, 추진 시스템이 날개 위로 이동하는 공기의 속도를 증가시킬 수 있고 주 날개 위로 증가된 공기 속도가 날개에 의해 생성되는 양력을 증가시키는 "블로우-윙" 추진 시스템이 제공된다. 이 양력의 증가는 WIG가 이륙하여 더 느린 속도로 공중에 떠오를 수 있도록 하며, 이는 특히 수상수송 WIG의 이륙에 유리할 수 있다. 예를 들어, 수상수송 WIG는 이하에서 더 자세히 개시하는 바와 같이 하나 이상의 수중익에서 동작할 때 방수 및 캐비테이션으로 인한 양력 감소와 같이 이륙 속도를 제한하는 다양한 힘을 받을 수 있다.

이전 WIG 디자인은 일반적으로 역델타 날개 디자인과 같은 낮은 종횡비 날개 디자인을 통합했다. 이러한 낮은 종횡비 날개는 지면 효과로 비행할 때 WIG의 피치 안정성을 높이기 위해 사용되었다. 낮은 종횡비 날개와 관련하여 이전 WIG 설계에는 1차 추진 시스템을 사용하여 날개와 수면 사이의 WIG 아래 공기를 밀어 인위적으로 추가 양력을 생성하는 다양한 램-에어 방법도 통합되었다.

이륙을 보조하기 위해 램-에어 방식을 사용한 이전 설계와 달리, 여기에 개시된 WIG(100)는 보다 느린 이륙 속도를 허용하여 이륙을 보조하는 분산형 블로우-윙 추진 시스템을 채용한다. 도 1a-1d에 도시된 바와 같이, 주 날개(104)는, 주 날개(104)의 리딩 에지에 걸쳐 분포된 다수의 전기 모터 프로펠러 조립체(116)를 포함한다. 이러한 방식으로 프로펠러 조립체(116)를 배치하면, 주 날개(104) 위로 이동하는 공기의 속도가 증가할 수 있고, 주 날개(104) 위의 증가된 공기 속도는 주 날개(104)에 의해 생성된 양력을 증가시킨다. 양력의 이러한 증가는 WIG(100)가 보다 느린 선박 속도에서 이륙하여 공중에 떠오를 수 있도록 할 수 있다.

전기 모터 프로펠러 조립체(116)의 분산형 블로우-윙 구성은, 동작 시 주요 추진원으로서 하나 이상의 액체 연료 엔진에 의존하는 기존 WIG의 구성을 개선한다. 액체 연료 엔진은 일반적으로 전기 모터보다 훨씬 더 무겁고, 더 복잡하고 크기가 크므로, 액체 연료 엔진의 분산된 블로우-윙 구성이 제공하는 추가 양력의 이점은 다수의 엔진들의 추가적인 중량 및 복잡성에 의해 클 수 있다. 또한, 액체 연료 엔진에 프로펠러 구성을 연결하려면 다수의 회전 샤프트와 기어박스가 필요할 수 있으며, 이에 따라 기계적 복잡성이 증가하고 그에 따른 유지 관리 비용이 실행 불가능할 정도로 증가한다. 그러나, 전기 모터 프로펠러 조립체(116)를 사용하면 이러한 문제가 완화된다. 각각의 개별 전기 모터 프로펠러 조립체(116)는 전자 속도 제어기에 의해 제어될 수 있고 예를 들어 리튬 이온, 마그네슘 이온 또는 리튬-황 시스템과 같은 온보드 배터리 시스템에 의해, 또는 연료 전지 또는 중앙 집중식 액체 연료 발전기와 같은 어떤 다른 온보드 전기 공급 시스템에 의해 전기가 공급될 수 있다. 어떤 예에서, 탑재된(온보드) 전기 공급 시스템은, 이륙 중에 많은 양의 전력을 전달하도록 구성된 제1 배터리 시스템 및 순항 동안(예컨대, 각 후술되는, 수중익 수상수송 동작 중 또는 공수 동작 중 동안) 에너지 밀도는 더 높지만 피크 전력 용량은 더 낮은 제2 시스템과 같이 서로 다른 동작 모드 동안 전력을 공급하기 위한 다중 시스템을 포함할 수 있다.

예시적인 온보드 배터리 시스템(200)이 도 2에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 배터리 시스템(200)은 승객 좌석 영역(204) 아래 선체(102)의 보호 영역(202)에 배치될 수 있다. 열 폭주가 발생하는 경우 승객을 위험으로부터 보호하기 위해 승객 좌석 영역(204)은 방화벽(206)에 의해 보호된다. 어떤 예에서는, 추가 또는 대체 보호 조치가 취해질 수도 있다. 예를 들어, WIG(100)는 보호 영역(202)에서 열 폭주 또는 화재를 검출하면 배터리 시스템(200)을 침수시키기 위한 하나 이상의 메커니즘을 포함할 수 있다. 배터리 시스템(200)을 침수시키기 위해, WIG(100)는 배터리 관리 시스템을 포함할 수 있다. 열 폭주를 검출하기 위한 전압 및/또는 열 센서 또는 보호 영역(202)에서 화재를 검출하기 위한 일부 다른 화재 검출 시스템을 포함한다. 또한, 선체(102)는 선체(102)에 하나 이상의 밸브 또는 기타 제어 가능한 개구를 포함할 수 있다. 보호 영역(202)에 화재가 발생하거나 배터리 시스템(200)에 열 폭주가 발생한 경우, WIG(100)의 제어 시스템은 선체(102)에 있는 밸브 또는 기타 제어 가능한 개구부를 개방하여 보호 영역(202)과 배터리 시스템(200)을 WIG가 부유하고 있는 물에 노출시킬 수 있다.

전술한 바와 같은 물 기반 침수 시스템은 WIG(100)가 수중에 있는 동안에만 동작하므로, 공수 동작 중 화재나 열 폭주를 고려하여 다른 조치가 취해질 수 있다. 일례로서, 선체(102)의 임의의 제어 가능한 개구는, 개구를 통해 배터리 시스템(200)을 선체(102) 밖으로 떨어뜨리기에 충분히 크게 구성될 수 있다. 배터리 시스템(200)은 선체(102)가 개방될 때 배터리 시스템(200)의 무게가 배터리 시스템(200)을 선체(102) 밖으로 떨어뜨리기에 충분한 힘을 제공하도록 구성될 수 있거나, 또는 WIG(100)는 배터리 시스템(200)을 선체(102) 밖으로 버리기 위해 액츄에이터 또는 일부 다른 메커니즘을 포함할 수 있다. 다른 예로서, WIG(100)는 보호 구역(202)의 산소량을 감소시키고 보호 구역(202) 또는 배터리 시스템(200)의 열 폭주의 화재 검출에 응답하여 모든 화재를 진압하기 위한 불활성 가스 화재 진압 시스템을 포함할 수 있다. 다른 예들도 가능하다.

다른 예에서, WIG(100)는 보호 구역(202)의 화재 또는 배터리 시스템(200)의 열 폭주를 검출하는 것에 응답하여 수상수송으로 되도록 조치를 취할 수 있다. 예를 들어, 이와 같은 검출에 응답하여, 제어 시스템은 WIG(100)는 WIG(100)가 선체 기반 모드, 수중익 기반 모드 또는 날개 탑재 모드에서 동작하는지 여부를 포함하여 WIG(100)의 동작 상태를 결정할 수 있다(각각에 대해서는 이하에서 더 자세히 설명됨). WIG(100)가 선체 기반 모드에서 동작하고 있다는 결정에 응답하여, 제어 시스템은 전술한 바와 같이 보호 구역(202)에서 열 폭주 또는 화재를 검출하면 배터리 시스템(200)을 침수시킬 수 있다. 그러나, 제어 시스템이 WIG(100)가 수중익 기반 모드 또는 날개 탑재 모드로 동작하고 있다고 판단하는 경우, 제어 시스템은 열 폭주 또는 열 폭주 검출 시 WIG(100)가 선체 기반 모드로 전환되도록 할 수 있다. 보호 구역(202)에서 화재가 발생하고 배터리 시스템(200)이 침수된다. 동작 모드 사이의 전환 기술은 도 6과 관련하여 이하에서 더 자세히 설명된다.

주 날개(104)의 리딩 에지를 따른 전기 모터 프로펠러 조립체(116)의 위치 지정은, 예시적으로, (i) WIG(100)의 모든 동작 모드에 필요한 총 추력, (ii) 각 개별 프로펠러 조립체(116)에 의해 생성되는 추력, (iii) 각각의 프로펠러 조립체(116)들의 각 프로펠러 반경, (iv) 각 프로펠러와 수면 사이에 필요한 팁 간극, 및 (v) 동작을 위해 요구되는 주 날개(104)에 걸친 추가 자유류 속도를 포함하는 다양한 요인들에 기초하여 결정될 수 있다. 도 1a 내지 도 1d에 도시된 바와 같이, 프로펠러 조립체(116)들의 수는 선체(102)의 양쪽 측면들에 걸쳐 대칭이다. 프로펠러 조립체(116)들은 모두 동일할 수 있고, 또는 또는 그 구성이 선체(102)에 걸쳐 대칭인 한 스팬(span)을 따라 서로 다른 프로펠러 반경 또는 블레이드 구성을 가질 수 있다. 서로 다른 프로펠러 조립체(116) 반경을 갖는 한 가지 이점은, 물 또는 선박 구조로부터 적절한 프로펠러 팁 간격을 허용한다는 것이다. 프로펠러 조립체(116)에 서로 다른 블레이드 구성을 갖는 이점은, 일부 프로펠러가 공수 순항과 같은 다양한 동작 조건에 맞게 최적화될 수 있다는 것이다. 프로펠러 배치 및 구성은 제어성 또는 안정성을 향상시키기 위해 주 날개(104) 또는 꼬리 시스템(106) 위의 공기 흐름을 증가시키도록 변경될 수 있다. 도 1a 내지 도 1d는 총 8개의 프로펠러 조립체(116)를 갖는 예시적인 WIG(100)를 도시하지만, 프로펠러 조립체(116)의 실제 개수는 WIG(100)의 요구사항에 따라 달라질 수 있다.

어떤 예에서, 각각의 프로펠러 조립체(116)는 주 날개(104) 상의 위치에 기초하여 서로 다른 피치 설정 또는 가변 피치 능력을 가질 수 있다. 예를 들어, 프로펠러 조립체(116)의 서브세트는 순항 속도를 위한 고정 피치 프로펠러 크기를 가질 수 있는 반면, 프로펠러 조립체(116)들의 나머지는 이륙을 위해 구성된 고정 피치 프로펠러를 가질 수 있거나 또는 프로펠러 피치의 가변을 허용할 수 있다. 추가적으로, 상이한 프로펠러 조립체(116)들은 다른 동작 모드들 동안 꺼지거나 회전 속도가 감소될 수 있다. 예를 들어, 수상 동작 동안, 프로펠러 조립체(116)들 중 하나 이상은 꺼지거나 비대칭 추력을 생성하는 방식으로 회전 속도가 감소될 수 있다. 이는 WIG(100)에 요(yawing) 모멘트를 생성하여 WIG(100)가 큰 뱅크 각도 없이 회전할 수 있도록 하고 WIG(100)의 회전 기동성을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 우측으로 요 동작하기 위해, WIG(100)는, 하나 이상의 프로펠러 조립체(116a-d)의 프로펠러의 회전 속도를 감소시키면서 하나 이상의 프로펠러 조립체(116e-h)들의 프로펠러들의 회전 속도를 증가시킬 수 있다. 유사하게, 좌측으로 요잉하기 위해, WIG(100)는, 하나 이상의 프로펠러 조립체(116e-h)의 프로펠러의 회전 속도를 감소시키면서 하나 이상의 프로펠러 조립체(116a-d)의 프로펠러의 회전 속도를 감소시킬 수 있다.

주 날개(104)는, 플랩(118)과 에일러론(120)과 같은 하나 이상의 공기 역학적 제어 표면을 더 포함할 수 있으며, 이는 주 날개의 공기 역학적 형상을 변경하기 위해 주 날개(104)의 트레일링 또는 리딩 에지에 움직일 수 있는 힌지 표면을 포함할 수 있다. 플랩(118)은 실속 속도를 줄이고 낮은 대기 속도에서 추가적인 양력을 생성하기 위해 주 날개(104) 아래로 하향 확장되도록 구성될 수 있는 반면, 에일러론(120)은 주 날개(104)의 일측상의 양력을 감소시키고 WIG(100)에서의 롤 모멘트를 유도하기 위해 주 날개(104) 위로 상향 확장되도록 구성될 수 있다. 어떤 예에서, 에일러론(120)은, 플랩(118)이 주 날개(104)에 대한 추가적인 양력을 생성하는 것을 돕기 위해 플래퍼론 구성으로 주 날개(104) 아래로 하향 확장되도록 추가로 구성될 수 있으며, 이는 두 에일러론들의 공동작용 움직임에 따라 롤링 모멘트 또는 추가적인 평형 양력을 생성하도록 사용될 수 있다. 플랩(118) 및 에일러론(120)은 각각 플랩(118) 및 에일러론(120)을 상승 및 하강시키기 위한 하나 이상의 액츄에이터를 포함할 수 있다. 상기 플랩(118)은 예를 들어, 플레인 플랩, 스플릿 플랩, 슬롯형 플랩, 파울러(Fowler) 플랩, 슬롯형 파울러 플랩, 구즈(Gouge) 플랩, 정커스(Junkers) 플랩 또는 잽(Zap) 플랩 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 성가 플랩(118)(및 플래퍼론으로 구성되는 경우 에일러론 120)은, 이들이 하나 이상의 프로펠러 조립체(116)의 웨이크(wake)에 있도록 위치되어야 한다.

에일러론(120)들은 이들이 낮은 전진 속도에서 에일러론의 효율성을 높이기 위해 하나 이상의 프로펠러 조립체(116)에 있도록 위치될 수 있다. 상기 프로펠러 조립체(116)들 중 일부는, 역방향 요를 유발하지 않고 선회 중에 바깥쪽 날개에 대한 추력을 증가시키기 위해 에일러론(120)들이 그들의 웨이크에 없도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 좌회전시, 일반 비행기는 우측 에일러론이 아래로 편향되어 항력이 증가하므로 우측으로 역 요(adverse yaw)가 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 우측 에일러론 바깥쪽의 우측 프로펠러 조립체의 추력이 각각의 좌측 프로펠러 조립체에 비해 증가되어 역 요 없이 선회를 시작할 수 있다.

C. 꼬리 시스템

꼬리부(106)는 수직 안정판(122), 수평 안정판(124), 및 엘리베이터(126)와 같은 하나 이상의 제어 표면을 포함한다. 플랩(118) 및 에일러론(120)과 유사하게, 엘리베이터(126)는, WIG(100)의 피치를 제어하기 위해 수평 안정판(124)의 공기역학적 형상을 변경하기 위한 수평 안정판(124)의 트레일링 및 리딩 에지에 대한 이동식 힌지 표면을 포함할 수 있다. 상기 수평 안정판(124)은 엘리베이터(126)와 결합되어 완전히 관절식 수평 안정판을 생성할 수 있다. 힌지 지점 위로 엘리베이터(126)를 올리면 꼬리 시스템에 정미 하향 힘이 생성되고 WIG(100)가 상방으로 피칭하게 된다. 힌지 지점 아래로 엘리베이터(126)를 낮추면, 수평 안정판(124)에 점미 상향 힘을 생성하고 WIG(100)가 아래로 피칭하도록 한다. 엘리베이터(126)는 엘리베이터(126)를 승강시키기 위해 WIG(100)의 제어 시스템에 의해 동작될 수 있는 액츄에이터를 포함할 수 있다.

꼬리부(106)는 방향타(128)를 더 포함할 수 있다. 방향타(128)는, 공수 모드로 동작할 때 WIG(100)의 요를 제어하기 위해 수직 안정판(122)의 공기 역학적 형상을 변경하기 위해 수직 안정판(122)의 트레일링 에지에 이동 가능한 힌지형 표면을 포함할 수 있다. 한다. 어떤 예에서, 방향타(128)는 수상 모드에서 동작할 때 WIG(100)의 요를 제어하기 위해 선체(102)의 유체역학적 형상을 추가로 변경할 수 있다. 이와 같은 유체역학적 제어를 용이하게 하기 위해, 방향타(128)는 선체(102)가 물에 떠 있을 때 방향타(128)가 부분적으로 또는 전체적으로 물속에 잠기도록 꼬리부(106)에 충분히 낮게 위치될 수 있다. 즉, 방향타(128)는 선체(102)의 흘수선 아래 부분적으로 또는 전체적으로 위치할 수 있다. 방향타(128)는 하나 이상의 액츄에이터를 포함할 수 있으며, 이는 방향타(128)의 힌지 표면을 수직 안정판(122)의 좌측 또는 우측으로 회전시키기 위해 WIG(100)의 제어 시스템에 의해 동작될 수 있다. 방향타(128)를 (이동 방향에 대해) 좌측으로 작동시키면 WIG(100)가 우측으로 요잉하게 된다. 이와 같이, 방향타(128)는, 공수 동작 중 에일러론(120)과의 조합 및 수상수송 동작 동안 WIG(100)의 기동 향상을 돕기 위해 상이한 프로펠러 조립체(116)들의 회전 속도의 가변과의 조합을 포함하여, WIG(100)의 요를 제어하기 위해 여기에 개시된 다른 메커니즘 중 임의의 메커니즘과 조합하여 사용될 수 있다.

도 1a-1d에는 도시되지 않았지만, WIG(100)는 꼬리부(106)에 분산 추진 시스템을 포함할 수도 있으며, 이는 주 날개(104)에 있는 프로펠러 조립체(116)의 분산 추진 시스템과 유사할 수 있다. 시스템은 보다 낮은 이동 속도에서 WIG(100)의 증가된 피치 및 요 제어를 허용하기 위해 제어 표면((예를 들어, 엘리베이터(126) 및/또는 방향타(128))에 대한 자유류 속도를 증가시키는 유사한 이점을 제공할 수 있다. 꼬리부(106)에 포함될 프로펠러 조립체의 수와 크기를 결정할 때, 이는 주 날개(104)에 포함될 프로펠러 조립체의 수와 크기를 결정할 때 위에서 설명한 것과 동일한 요소를 적용할 수 있다.

D. 수중익 시스템

도 1a-1d에 추가로 도시된 바와 같이, WIG(100)는, WIG(100)의 중간 또는 선수에 더 가깝게 위치되는 메인 수중익 조립체(108) 및 WIG(100)의 선미에 더 가깝게 위치되는 후방 수중익 조립체와 같은 하나 이상의 수중익 조립체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메인 수중익 조립체(108)는 WIG(100)의 선수와 중간점(선수와 선미 사이) 사이에 위치할 수 있고, 후방 수중익 조립체(110)는 WIG(100)의 선미에 더 가깝게 위치될 수 있다. 메인 수중익 조립체(108)와 후방 수중익 조립체(110)는 WIG의 선체와 수면 사이의 접촉을 끊는 프로세스인 수상수송 WIG가 직면한 일반적인 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있다. 이륙 중. WIG는 공수로 되기 전에 최고 유체역학적 항력을 경험하는데, 이는 "험프 항력(hump drag)"으로 알려져 있다. 이는 전진 속도를 더욱 증가시키고 공수 비행으로 전환하는 데 필요한 험프 항력을 극복하기 위해 많은 양의 전력이 필요할 수 있기 때문에 WIG에 문제가 될 수 있다.

험프 항력을 줄이기 위한 이전 설계 시도에는 공기역학적 및 유체역학적 설계 접근 방식이 모두 포함된다. 낮은 종횡비 날개를 갖는 이전 WIG 설계에 대한 논의와 관련하여 위에서 언급한 바와 같이, 공기 역학적 설계 접근 방식의 한 가지 예는 PAR(Power Augmented Ram)의 사용을 통하는 것으로, 이는 날개 아래에 공기를 불어넣기 위해 전방에 장착된 프로펄서를 사용함으로써, WIG 아래에 고압 영역을 생성하고 WIG를 물 밖으로 들어 올린다. 이러한 PAR 디자인은 종횡비가 높은 날개를 가진 WIG에는 적합하지 않지만, 대신 고압 공기가 WIG 아래에 더 잘 집중될 수 있는 물에 매우 가까운 낮은 종횡비 날개에 보다 효과적이다. 그러나, 위에서 언급한 바와 같이 종횡비가 낮은 날개는 공기역학적 효율성이 크게 저하되며 분산형 블로우-윙 추진 시스템을 허용하지 않는다.

혹 항력을 줄이기 위한 또 다른 공기 역학적 접근 방식의 예는 선수와 선미에 직물 스커트가 있는 쌍동선 선체를 사용하여 쌍동선 선체 사이에 포집된 양의 공기를 형성하는 것이다. 이 양의 공기는 선박의 후방 프로펠러를 사용하여 고압 공기로 팽창될 수 있어 선박이 이륙 시 준 호버크라프트로서 동작할 수 있다. 그러나, 이 솔루션은 공기 터널의 손실로 인해 PAR 설계보다 효율성이 낮으며 수면에 파도가 있을 경우 추가적인 문제를 제시한다.

험프 항력을 줄이기 위한 유체역학적 설계 접근법의 예로는 스키 장비 및 고정 수중익을 포한한다. 일부 WIG에는 이륙 중에 물 흡인을 극복하고 WIG를 물 밖으로 들어 올리기 위해 스키 장비 또는 편향 플래닝 탭들이 포함되어 있다. 그러나 이러한 설계는 유체역학적 항력이 매우 높아 비행 중 공기역학적 효율성이 저하될 수 있다. 다른 WIG에는 이륙 전 중간 속도에서 선박 선체의 젖은 표면적을 줄이기 위해 WIG가 수상에 있는 동안 추가적인 양력을 생성하는 고정 수중익이 포함되어 있다. 그러나, WIG는 공수상태에 있을 때 매우 낮은 고도에서 비행해야 하기 때문에 고정 수중익은 비행 중 물과의 충돌을 피하기 위해 매우 짧을 필요가 있다. 그 결과, 이러한 WIG의 고정 수중익은 수상수송 동작 중에 선박의 선체를 물결 위로 들어 올릴 수 없으며, 이는 선박이 (a) 높은 해상 상태에서 동작하거나 (b) 중간 속도(예컨대, 혼잡한 항구에서 선체 기반 동작 모드의 저속 및 날개 기반 비행 모드의 고속 사이)에서 동작하는 것을 의미한다.

위에서 설명한 이전 WIG 설계의 문제를 개선하고 해결하는 데 도움을 주기 위해, 여기에 개시된 WIG(100)의 메인 수중익(108)과 후방 수중익(110)은 WIG 전체를 들어올릴 수 있을 만큼 충분히 크게 후퇴 가능하도록 구성된다. 물 표면에 충격을 주지 않고 수중익 기반 모드(선박의 전체 무게가 수중익에 의해 지탱되는 경우)에서 지속적인 동작이 가능하다. 메인 수중익 조립체(108)는 메인 포일(130), 메인 포일(130)을 선체(102)에 결합하는 하나 이상의 메인 포일 스트러트(132), 및 하나 이상의 메인 포일 제어 표면(134)을 포함할 수 있다. 유사하게, 후방 수중익 조립체(110)는 후방 포일(136), 후방 포일(136)을 선체(102)에 연결하는 하나 이상의 후방 포일 스트러트(138), 및 하나 이상의 후방 포일 제어 표면(140)을 포함한다.

메인 포일(130)과 후방 포일(136)은 각각 WIG(100)의 선체(102)가 물 표면이 깨끗하고 상부에 유지되는 동안 수중에서 동작하도록 설계된 하나 이상의 유체역학적 리프팅 표면("포일"이라고도 함)의 형태를 취할 수 있다. 동작 시, WIG(100)가 메인 포일(130)과 후방 포일(136)이 잠긴 상태에서 물을 통해 이동할 때, 포일은 선체(102)가 수면 위로 떠오르게 하는 양력을 생성한다. 선체(102)가 수면 위로 떠오르기 위해서는 포일에 의해 발생되는 양력이 적어도 WIG(100)의 무게와 같아야 한다. 포일의 양력은 공격 속도와 각도에 따라 달라진다. 포일이 물을 통해 이동하는 지점과 포일의 종횡비, 표면적, 스팬 및 코드를 포함한 다양한 물리적 치수도 포함된다.

수중익 운항 중에 선체(102)가 수면 위로 상승되는 높이는 선체(102)에 메인 포일(130)을 결합하는 하나 이상의 메인 포일 스트러트(132)의 길이와 길이에 의해 제한된다. 어떤 예에서, 메인 포일 스트러트(132)와 후방 포일 스트러트(138)는 선체(102)를 선체(102) 위로 적어도 5피트 들어 올리기에 충분히 길 수 있다. 수중익을 이용한 작업 중 물 표면에 노출되어 파도가 심한 바다에서 작업할 수 있다. 그러나, 더 긴 스트러트이 선체(102)의 더 나은 파도 격리를 허용한다는 점을 이해하면서 다른 길이의 스트러트도 사용될 수 있다(그러나, WIG(100)의 안정성을 희생하고 견인 시스템의 복잡성을 증가시킨다).

실제로, 수중익은 캐비테이션이 발생하기 전에 제한된 최고 속도를 가지며, 이로 인해 수중익 표면에 증기 기포가 형성 및 파열된다. 캐비테이션은 수중익에 손상을 줄 수 있을 뿐만 아니라 수중익에 의해 생성되는 양력의 양을 크게 감소시키고 항력을 증가시킨다. 따라서, 포일이 더 빠른 속도(예컨대, ~20-45mph)에서 그리고 필요한 전체 수중익에 걸쳐 동작할 수 있도록 하는 방식으로 메인 포일(130)과 후방 포일(136)을 설계하여 캐비테이션의 시작을 줄이는 것이 바람직하다. 캐비테이션이 발생하기 전의 베어링 속도 범위. 예를 들어, 캐비테이션의 시작은 메인 포일(130)과 후방 포일(136)의 기하학적 설계에 기초하여 제어될 수 있다. 또한, 메인 포일(130)과 후방 포일(136)의 구조적 설계는 포일의 표면이 휘어지는 것을 허용할 수 있다. 그리고, 더 빠른 속도로 비틀면 포일에 가해지는 부하가 줄어들고 캐비테이션의 개시가 지연될 수 있다.

또한, 분산형 블로우-윙 추진 시스템은 메인 포일(130)과 후방 포일(136)의 캐비테이션 개시를 더욱 지연시키는 데 도움이 될 수 있다. 캐비테이션은, (i) 수중익에 의해 생성된 양력의 양과, ii) 수중익이 물을 통과할 때 수중익의 프로파일(수중익의 받음각과 수직 두께 모두에 의해 영향을 받는) 수중익의 프로파일 모두에 에 의해 야기된다. 수중익에 의해 생성된 양력의 양을 줄이면, 캐비테이션의 개시가 지연된다. 블로우-윙 추진 시스템은 주 날개(104)에 추가 양력을 생성하기 때문에, 선체(102)를 물 밖으로 들어 올리기 위해 주 날개(130)와 후방 포일(136)에 가해지는 양력의 양이 감소된다. 또한, 메인 포일(130)과 후방 포일(136)은 선체(102)를 물 밖으로 들어올리기 위해 많은 양력을 생성할 필요가 없기 때문에 그들의 받음각도 감소될 수 있으며, 이는 캐비테이션의 개시를 더욱 감소시킨다. 블로우-윙 추진 시스템을 여기에 설명된 수중익 설계와 결합함으로써, WIG(100)는 캐비테이션이 발생하기 전에 35노트 이상의 속도로 수중익 기반 모드에서 동작할 수 있다.

도 1a 내지 도 1d에 도시된 바와 같이, 메인 포일(130)은 중앙 부분이 대략 편평하고, 메인 포일(130)의 단부가 선체(102)를 향하여 상측으로 확장되는 편평한 V자형 디자인을 가질 수 있다. 이러한 편평한 V자형 설계는 선체(102)와 수면 사이의 거리("탑승 높이"라고도 함)의 수동적 조절을 허용하는 동시에 수동적 롤 모멘트 제어도 허용할 수 있다. 탑승 높이의 수동적 조절은 V자형 수중익의 끝부분이 수면을 뚫고 수중의 리프팅 표면을 줄임으로써 달성된다. 탑승 높이가 너무 낮으면 수면 아래 수중익 표면적이 증가하여 WIG(100)의 무게보다 더 큰 알짜 힘이 발생하여 WIG(100)가 더 높이 올라가게 된다. 탑승 높이가 너무 높으면 수면 아래 수중익의 리프팅 면적이 충분하지 않아 WIG(100)이 물 속으로 하강하게 된다. 수동적 롤 안정성은 V자형 수중익의 일측이 타측보다 물 밖으로 더 튀어나와 있기 때문이다. 이는 WIG(100)이 (예를 들어) 좌측으로 롤링될 때 안정화 롤 모멘트를 생성한다. 왜냐하면, V자형 수중익의 좌측이 수면 아래에 더 많은 표면을 갖게 되어 우측보다 더 많은 양력을 생성할 수 있기 때문이다.

전술한 바와 같이, 메인 수중익 조립체(108)는 하나 이상의 메인 포일 제어 표면(134)을 포함할 수 있고, 후방 수중익 조립체(110)는 하나 이상의 후방 포일 제어 표면(140)을 포함할 수 있다. 메인 포일 제어 표면(134)은, 하나 또는 그 이상의 후방 포일 제어 표면(134)을 포함할 수 있다. 메인 포일(130)의 후미 또는 리딩 에지에 있는 더 많은 힌지 표면과 하나 이상의 액츄에이터. 이는 메인 포일 위 또는 아래로 확장되도록 힌지 표면을 회전시키기 위해 WIG(100)의 제어 시스템에 의해 동작될 수 있다. 메인 포일(130) 상의 메인 포일 제어 표면(134)은 WIG(100)의 날개(104)에 있는 플랩(118) 및 에일러론(120)과 유사한 방식으로 동작될 수 있다. 일례로서, 포일 아래로 확장되도록 제어 표면(134)을 낮추면, 플랩(118)을 낮추는 공기 역학적 효과와 유사하게, 메인 포일(130)에 추가적인 양력을 생성하는 방식으로 메인 포일(130)의 유체 역학적 형상을 변경할 수 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 제어 표면(134)들을 비대칭적으로 들어올리면((예를 들어, 메인 포일(130)의 일측에서만 제어 표면(134)을 들어올리면), 에일러론(120)들 중 하나를 상승시키는 공기 역학적 효과와 유사하게, 메인 포일(130)에 롤 힘을 발생시키는 방식으로 메인 포일(130)의 유체 역학적 형상을 변경할 수 있다.

마찬가지로, 후방 포일 제어 표면(140)은, 후방 포일(136)의 트레일링 또는 리딩 에지 상의 하나 이상의 힌지형 표면은 물론 하나 이상의 액츄에이터들을 포함할 수 있으며, 이는 이들이 후방 포일(136)의 위 또는 아래로 확장되도록 힌지형 표면을 회전시키기 위해 WIG(100)의 제어 시스템에 의해 동작될 수 있다. 후방 포일(136)의 후방 포일 제어 표면(140)은 WIG(100)의 꼬리부(106)에 있는 엘리베이터(126)와 유사한 방식으로 동작될 수 있다. 일례로서, 후방 포일(136) 아래로 확장되도록 제어 표면(140)을 낮추는 것은 엘리베이터(126)를 낮추는 공기역학적 효과와 유사하게 WIG(100)가 하방으로 피칭하도록 하는 방식으로 후방 포일(136)의 유체역학적 형상을 변경할 수 있다. 예를 들어, 후방 포일(136) 위로 확장되도록 제어 표면(140)을 높이는 것은 엘리베이터(126)를 높이는 공기 역학적 효과와 유사하게, WIG(100)가 상방으로 피칭하도록 하는 방식으로 후방 포일(136)의 유체역학적 형상을 변경할 수 있다.

어떤 예에서, 메인 포일 제어 표면(134) 또는 후방 포일 제어 표면(140) 중 하나 또는 둘 다는 WIG(100)의 꼬리부(106)에 있는 방향타(128)와 유사한 방향타형 제어 표면을 포함할 수 있다. 포일 제어 표면(134)은 메인 포일 스트러트(132)의 트레일링 에지에 있는 하나 이상의 힌지 표면과 하나 이상의 액츄에이터를 포함할 수 있으며, 이는 힌지 표면을 회전시키기 위해 WIG(100)의 제어 시스템에 의해 동작될 수 있다. 이는 메인 포일 스트러트(132)의 좌측 또는 우측으로 확장된다. 유사하게, 후방 포일 제어 표면(140)은 후방 포일 스트러트(138)의 트레일링 에지에 있는 하나 이상의 힌지 표면뿐만 아니라 하나 이상의 액츄에이터를 포함할 수 있다. WIG(100)의 제어 시스템에 의해 동작되어 힌지 표면을 회전시켜 후방 포일 스트러트(138)의 좌측 또는 우측으로 확장된다. 이러한 방식으로 메인 포일 제어 표면(134) 또는 후방 포일 제어 표면(140)을 동작시킬 수 있다. 메인 포일 스트러트(132) 또는 후방 포일 스트러트(138)의 유체 역학적 형상을 각각 변경할 수 있으며, 이는 전술한 바와 같이 WIG(100)의 방향타(128)를 동작하는 효과와 유사하게, 수상 또는 수중 모드에서 동작할 때 WIG(100)의 요를 제어할 수 있도록 한다.

어떤 예에서, 메인 포일(130) 및/또는 후방 포일(136)의 힌지 제어 표면을 동작시키는 대신(또는 그에 추가하여), WIG(100)의 제어 시스템은 전체 메인 포일(130) 및/또는 전체 후방 포일(136) 자체를 동작시킬 수 있다. 일례로서, WIG(100)는 요 축을 중심으로 메인 포일(130) 및/또는 후방 포일(136)을 회전시키기 위한 하나 이상의 액츄에이터를 포함할 수 있다. 다른 예로서, WIG(100)는 메인 포일(130) 및/또는 후방 포일(136)의 받음각을 제어하기 위한((즉, 피치 축을 중심으로 메인 포일(130) 및/또는 후방 포일(136)을 회전시키는)) 하나 이상의 액츄에이터를 포함할 수 있다. 다른 예로서, WIG(100)는 메인 포일(130) 및/또는 후방 포일(136)을 롤 축을 중심으로 회전시키기 위한 하나 이상의 액츄에이터를 포함할 수 있다. 다른 예로서, WIG(100)는 메인 포일(130) 및/또는 후방 포일(136)의 캠버 또는 형상을 변경하기 위한 하나 이상의 액츄에이터를 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, WIG(100)는, 상기 WIG(100)를 전방 또는 후방으로 추진하는 것을 돕기 위해 메인 포일(130) 및/또는 후방 포일(136)을 플랩시키기 위한 하나 이상의 액츄에이터를 포함할 수 있다. 다른 예들도 가능한다.

또한, 어떤 예에서, WIG(100)는 동작 모드(예를 들어, 선체 기반, 수중익 지지 또는 날개 기반 모드들)에 기초하여 메인 포일(130) 및/또는 후방 포일(136)이 전개되는 정도를 동적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 선체 기반 모드에서는, 후방 포일(110)이 부분적으로 전개되거나 후퇴되어 회전력을 증가시킬 수 있다. 부분 전개 또는 후퇴의 양은, 얕은 물 환경에서 동작할 때 원하는 전체 선박 흘수의 함수일 수 있다. 수중익 기반 모드 동안, 선박의 선체와 수면 사이의 거리를 줄이기 위해 메인 수중익(108)이 부분적으로 후퇴될 수 있다. 이는 날개를 수면에 더 가깝게 동작시켜 주 날개(104)에 의해 생성되는 양력의 양을 증가시켜 공기역학적 지면 효과의 효과를 증대시킬 수 있다.

전술한 바와 같이, 메인 수중익 조립체(108) 또는 후방 수중익 조립체(110) 중 하나 또는 둘 다는 배치 시스템과 인터페이스할 수 있으며, 이는 선체 기반 또는 날개 기반 동작을 위해 메인 수중익 조립체(108) 및/또는 후방 수중익 조립체(110)를 선체(102) 내로 또는 그를 향해 후퇴시키고 또한 수중익 기반 동작을 위해 메인 수중익 조립체(108) 및/또는 후방 수중익 조립체(110)를 선체(102) 아래로 확장시키는 것을 허용한다.

도 3은, 메인 수중익 조립체(108)를 후퇴 및 확장시키는 것을 허용하는 예시적인 메인 수중익 전개 시스템(300)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 메인 수중익 전개 시스템(300)은, (메인 포일 스트러트(132)을 통해) 메인 수중익 조립체(108)를 하나 이상의 수직 트랙(304)에 결합하는 하나 이상의 브래킷(302)을 포함하는 선형 액츄에이터의 형태를 취할 수 있다. 브래킷(302)은 트랙(304)을 따라 수직으로 이동하도록 구성될 수 있어, 브래킷(302)이 트랙(304)을 따라 수직으로 이동할 때, 메인 수중익 조립체(108)도 마찬가지로 수직으로 움직이도록 한다. 브래킷(302)은 회전 시, 브래킷(302)의 수직 이동을 유발하는 리드스크류(306)에 결합될 수 있다. 리드스크류(306)는 기어박스(308)에 의해 리드스크류(306)에 결합된 전기 모터와 같은 토크의 다양한 소스 중 임의의 것에 의해 회전될 수 있다.

메인 수중익 전개 시스템(300)은, 메인 수중익 조립체(108)의 수직 위치를 검출하도록 구성된 하나 이상의 센서(310)를 더 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 센서(310)는 메인 수중익 조립체(108)가 수직 위치에 있을 때를 검출하는 제1 센서(310a)를 포함한다. 완전히 후퇴된 위치에 도달했을 때를 검출하는 제2 센서(310b) 및 메인 수중익 조립체(108)가 완전히 확장된 위치에 도달했을 때를 검출하는 제2 센서(310b)를 포함한다. 그러나, 메인 수중익 전개 시스템(300)은, 메인 수중익 조립체(108)의 추가 개별 위치 또는 연속 위치를 검출하기 위한 추가 센서를 포함할 수 있다. 센서(310)는, WIG의 제어 시스템의 일부로서 포함될 수 있거나 이와 통신하도록 구성될 수 있다. 메인 수중익 조립체(108)의 위치를 나타내는 데이터를 제어 시스템에 제공하기 위해(100). 제어 시스템은 센서(310)로부터의 데이터를 사용하여 메인 수중익 조립체(108)를 후퇴시키거나 확장시키기 위해 전기 모터를 동작시킬지 여부를 결정할 수 있다.

선형 액츄에이터가 자동 잠금 선형 액츄에이터가 아닌 예와 같은 어떤 예에서, 메인 포일 전개 시스템(300)은 메인 포일 스트러트(132)들을 고정된 위치(예를 들어, 완전히 후퇴된 위치 또는 완전히 확장된 위치)에 잠금 또는 제동 메커니즘들을 포함할 수 있다. 잠금 메커니즘은 예를 들어 전기 모터, 리드스크류(306) 또는 기어박스(308)에 결합된 이중 작용 기계식 브레이크일 수 있다.

위의 설명은 예시적인 메인 포일 전개 시스템(300)의 다양한 세부사항을 제공하지만, 도 3에 도시된 메인 포일 전개 시스템(300)은 설명을 위한 것이며 제한하고자 하는 의도가 아님을 이해해야 한다. 예를 들어, 메인 포일 전개 시스템(300)은 메인 수중익 조립체(108)를 후최 및 확장할 수 있는 현재 알려져 있거나 나중에 개발될 다양한 선형 액츄에이터들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 후방 포일(136)을 후퇴시키고 확장시키는 것을 허용하는 예시적인 후방 포일 전개 시스템(400)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 후방 포일 전개 시스템(400)은 액츄에이터(405)를 후방 포일에 결합하는 풀리 시스템(403)을 포함할 수 있다. 동작될 때, 액츄에이터(405)는 후방 포일 스트러트(138)가 샤프트(407)를 따라 수직으로 미끄러지게 함으로써 풀리 시스템(403)이 후방 포일 스트러트(138)를 상승 또는 하강시키게 한다. 도 4a 및 도 4b에 도시되지는 않았지만, 방향타(128) 또한, 액츄에이터(405)가 후방 포일 스트러트(138)를 상승시킬 때 후방 포일 스트러트(138)가 방향타(128) 내로 적어도 부분적으로 후퇴하도록 샤프트(407)에 장착될 수 있다. 추가적으로, 후방 포일 전개 시스템(400)은 샤프트 주위로 후방 포일 스트러트(138)을 회전시키기 위한 하나 이상의 서보 모터를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 후방 포일 스트러트(138)는 물 속에 잠길 때 하이드로 방향타 역할을 하거나 물 밖에 있을 때 에어로 방향타 역할을 하도록 샤프트 주위로 회전될 수 있다. 또한, 방향타(128)가 후방 포일 스트러트(138)와 동일한 샤프트(407)에 장착되고 후방 포일 스트러트(138)가 방향타(128) 내로 후퇴될 수 있기 때문에, 동일한 서보 모터가 방향타(128)의 회전을 제어하는 데에도 사용될 수 있다.

후방 포일 전개 시스템(400)의 액츄에이터(405)는 다양한 형태를 취할 수 있으며, 예를 들어 후방 수중익 조립체(110)를 후퇴 및 확장할 수 있는 현재 알려져 있거나 나중에 개발될 다양한 선형 액츄에이터 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 어떤 예에서, 액츄에이터(405)는, 액츄에이터(405)의 주어진 움직임이 후방 수중익 조립체(110)의 대응하는 더 큰 유도 움직임을 유발하도록 비단일적 작동 비를 가질 수 있다. 이는 후방 수중익 조립체(110)의 더 빠른 후퇴를 허용하는 데 도움이 될 수 있으며, 이는 이하에 보다 자세히 설명되어 있듯이 이륙 중에 도움이 될 수 있다.

메인 수중익 조립체(108) 및/또는 후방 수중익 조립체(110)는 완전히 후퇴되었을 때 수중익 조립체가 선체(102)와 같은 높이, 등각 또는 접선이 되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 어떤 예에서, 선체(102)는 메인 수중익 조립체(108) 및/또는 후방 수중익 조립체(110)를 수용하도록 구성된 하나 이상의 홈들을 포함할 수 있고, 메인 수중익 조립체(108) 및/또는 후방 수중익 조립체(110)는, 메인 수중익 조립체(108) 및/또는 후방 수중익 조립체(110)가 선체(102)의 하나 이상의 홈 내로 완전히 후퇴되면, 선체(102)의 외부 윤곽이 선체(102)와 메인 수중익 조립체(108) 및/또는 후방 수중익 조립체(110)의 교차점에서 실질적으로 매끄러운 천이를 형성하도록 형상화될 수 있다. .

다른 예에서, 메인 수중익 조립체(108) 및/또는 후방 수중익 조립체(110)는 완전히 후퇴되었을 때 선체(102)의 형상에 일치하지 않을 수 있지만, 대신 선체(102) 약간 아래로 돌출될 수 있다. 조립체(108) 및/또는 후방 수중익 조립체(110)는 WIG(100)의 공기 역학에 무시할 수 없는 영향을 미칠 수 있고, WIG(100)는, WIG(100)의 추가적인 제어를 제공하기 위해 이들 효과를 활용하도록 구성될 수 있다. 메인 수중익 조립체(108) 및/또는 후방 수중익 조립체(110)가 후퇴되었으나 여전히 노출된 경우, 노출된 수중익은 항공 제어 표면과 유사하게 WIG(100)에 힘과 모멘트를 전달하기 위해 비행 중에 조작될 수 있다. 전통적인 수중익에는 물을 대체할 수 있는 크기의 제어 표면(예컨대, 후면에 부착된 플랩)이 있으며 물보다 훨씬 가벼운 공기에서는 효과적이지 않다. 그러나, 본원에 개시된 WIG(100)의 메인 수중익 조립체(108) 및/또는 후방 수중익 조립체(110) 중 하나 또는 둘 모두는 수중에 잠긴 피벗에 장착될 수 있지만 수중익이 공기에서 피벗 주위로 이동할 수 있도록 잠금 해제될 수 있다. 이 시점에서, 제어 표면은 트림 탭처럼 동작하며 잠금 해제된 전체 회전 수중익의 움직임에 영향을 미칠 수 있으며, 그렇지 않으면 비현실적으로 크고 무거운 서보 모터가 될 수 있는 수중익을 피벗한다. 이 설계의 추가적인 이점은 수중익이 잠금 해제되어 느린 서보 및/또는 물을 통한 전진 이동과 결합된 제어 표면 이동의 조합을 통해 이동될 수 있다는 점이며, 그 다음 수중익이 선택된 입사 각도에 있도록 다시 로크될 수 있다.

메인 수중익 조립체(108)가 후퇴 가능하도록 구성되기 때문에, 선체(102)는 메인 수중익 조립체(108)의 스트러트(132)가 후퇴되고 확장될 수 있는 개구를 포함할 수 있다. 그러나, 선체(102)가 수면과 접촉할 때, 물이 이들 개구부를 통해 선체(102) 안으로 스며들 수 있다. 이를 고려하여, 선체(102)는, 선체(102)에 들어가는 임의의 물을 격리하고 선체(102)가 물 밖으로 들어올려질 때 물이 선체(102)로부터 배수되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 선체(102)는 스트러트(132) 위에 정렬된 선체(102)의 각 측면에 포켓(142)을 포함할 수 있다. 포켓(142)은, 물이 포켓(142)에 축적될 때 선체(102) 내부의 나머지 부분으로부터 격리될 수 있다. 물은 기동석, 승객 좌석 공간, 또는 배터리 시스템(200)이나 WIG(100) 제어 시스템의 구성 요소를 수용하는 모든 공간과 같은 원하지 않은 영역에 도달하지 않는다. 또한, 포켓(142)은 배기 구멍 또는 위치에 있는 다른 개구부를 포함할 수 있다. 또는 포켓(142)의 바닥 근처에 위치한다. 이러한 통기 개구는 물이 포켓(142)으로 들어가는 것을 허용할 수 있지만, 마찬가지로 선체(102)가 물 밖으로 들어올려질 때 축적된 물이 포켓(142) 밖으로 배출되도록 할 수도 있다.

도면에 도시되지는 않았지만, 메인 수중익 조립체(108) 및/또는 후방 수중익 조립체(110)는 수중에 잠길 때 추가 추진을 위해 하나 이상의 프로펠러를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로펠러가 메인 포일(130) 및/또는 후방 포일(136)에 장착될 수 있다. 이러한 프로펠러는 수중익 기반 또는 선체 기반 동작 중에 WIG(100)에 추가적인 추진력을 제공할 수 있다. 어떤 예에서, 하나 이상의 프로펠러는 프로펠러가 선체 기반 동작 중에 물에 잠기고 선체 기반 동작 중에 WIG(100)에 추가 추진력을 제공하는 데 사용될 수 있도록 선체(102)에 추가로 또는 대안적으로 장착될 수 있다.

메인 수중익 조립체(108) 및/또는 후방 수중익 조립체(110)는 오동작 시 다양한 안전 장치 메커니즘을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 메인 수중익 전개 시스템(300) 또는 후방 수중익 전개 시스템(400)이 오동작하고 메인 수중익 조립체(108) 및/또는 후방 수중익 조립체(110)를 후퇴시킬 수 없는 경우, WIG(100)는 후퇴될 수 없는 조립체를 버리도록 구성될 수 있다. 메인 수중익 조립체(108) 및/또는 후방 수중익 조립체(110)는 해제 가능한 래치에 의해 선체(102)에 결합될 수 있다. WIG(100)의 제어 시스템은 예를 들어 위치 센서(310)로부터 수신된 데이터에 기초하여 후퇴 오동작을 식별할 수 있고, 제어 시스템은 그에 응답하여 래치를 열어 선체(102)와 오동작하는 수중익 조립체 사이의 연결을 해제할 수 있다. 어떤 예에서, 오동작하는 수중익 조립체의 중량은 래치가 열릴 때 오동작하는 수중익 조립체를 선체(102) 밖으로 떨어뜨리기에 충분한 힘을 제공할 수 있거나, WIG(100)는 오동작하는 수중익 조립체를 떨어뜨리기 위한 액츄에이터 또는 일부 다른 메커니즘을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 오동작하는 수중익 조립체를 버리는 대신, 메인 수중익 조립체(108) 및/또는 후방 수중익 조립체(110)는 수면과의 충돌 시 제어된 방식으로 파손되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 메인 포일 스트러트(132)과 선체(102) 사이의 조인트 및/또는 후방 포일 스트러트(138)와 선체(102) 사이의 조인트는 조인트에서의 표준 동작 토크보다 훨씬 더 큰 토크를 받을 때 분리되도록 구성될 수 있다. 제어된 파손을 제공하기 위한 다른 설계도 가능한다.

E. 제어 시스템

도 5는 WIG(100)의 예시적인 제어 시스템(500)에 포함될 수 있는 다양한 구성요소를 도시하는 단순화된 블록도를 도시한다. 제어 시스템(500)의 구성요소는 하나 이상의 프로세서(502), 데이터 스토리지(504), 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 506, 추진 시스템(508), 액츄에이터(510), GNSS(Global Navigation Satellite System)(512), INS(Inertial Navigation System)(514), 레이더 시스템(516), 라이다 시스템(518), 이미징 시스템(520), 각종 센서(522), 비행체 기기 시스템(524) 및 콘트롤 이펙터(526)(이들 중 일부 또는 전부는 시스템 버스, 공용, 사설 또는 하이브리드 클라우드와 같은 통신 네트워크의 형태를 취할 수 있는 하나 이상의 통신 링크(528)에 의해 통신 가능하게 연결될 수 있음), 또는 다른 연결 메커니즘을 포함할 수 있다.

하나 이상의 프로세서(502)는 범용 프로세서(예를 들어, 단일 또는 다중 코어 마이크로프로세서), 특수 목적 프로세서((예를 들어, ASIC(application-specific integrated circuit) 또는 디지털 신호 프로세서), 프로그래밍 가능 로직 디바이스(예컨대, 필드 프로그래머블 게이트 어레이), 컨트롤러(예컨대, 마이크로컨트롤러) 및/또는 현재 알려져 있거나 향후 개발될 기타 프로세서 구성요소들을 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 프로세서(502)들이 제어 시스템(500)의 별도의 독립형 구성요소로 도시되어 있지만, 하나 이상의 프로세서(502)들은 제어 시스템(500)의 하나 이상의 다른 구성 요소들에 걸쳐 분산되는 처리 구성 요소를 포함할 수 있다는 것도 이해해야 한다. .

데이터 스토리지(504)는, (i) 제어 시스템(500)이 본원에 개시된 기능들의 일부 또는 모두를 수행하도록 구성되도록 하나 이상의 프로세서(502)에 의해 실행 가능한 프로그램, 및 본원에 개시된 기능들과 관련하여 제어 시스템(500)에 의해, 예컨대 하나 이상의 데이터베이스, 파일 시스템 등에, 수신, 유도, 또는 달리 저장될 수 있는 데이터를 저장하도록 집합적으로 구성되는 하나 이상의 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함할 수 있다. 이에 대해, 상기 데이터 스토리지(504)의 하나 이상의 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체는 다양한 형태를 취할 수 있으며, 그 예로는 랜덤 액세스 메모리, 레지스터, 캐시 등과 같은 휘발성 저장 매체 및 읽기 전용 메모리, 하드 디스크 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브, 플래시 메모리, 광학 저장 장치 등과 같은 비휘발성 저장 매체가 포함될 수 있다. 또한, 데이터 스토리지(504)는 별도의 독립형 구성 요소로 도시되어 있으나, 상기 데이터 스토리지(504)는 제어 시스템(500)의 다른 구성요소 중 하나 이상에 걸쳐 분산된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함할 수 있다는 것도 이해해야 한다.

통신 인터페이스(506)는, 제어 시스템(500)이 하나 이상의 네트워크를 통해 통신할 수 있게 하는 하나 이상의 무선 인터페이스 및/또는 하나 이상의 유선 인터페이스를 포함할 수 있다. 예시적인 무선 인터페이스는, Bluetooth, WiFi(예컨대, IEEE 802.11 프로토콜), LTE(Long-Term Evolution), WiMAX(예컨대, IEEE 802.16 표준), 무선 주파수 ID(RFID) 프로토콜, 근거리 통신(NFC) 및/또는 기타 무선 통신 프로토콜과 같은 하나 이상의 무선 통신 프로토콜 하에서 통신을 제공할 수 있다.. 예시적인 유선 인터페이스는, 이더넷 인터페이스, USB(Universal Serial Bus) 인터페이스, CAN 버스, RS-485 ,또는 유선으로 통신하기 위한 유사한 인터페이스, 연선 쌍, 동축 케이블, 광 링크, 광섬유 링크 또는 유선 네트워크에 대한 기타 물리적 연결을 포함할 수 있다.

추진 시스템(508)은 주 날개(104)를 가로질러, 그리고 어떤 예에서는 수평 안정판(124)을 가로질러 분산된 전기 모터 프로펠러 조립체(116)를 제어하기 위한 하나 이상의 전자 속도 컨트롤러(ESC)를 포함할 수 있다. 어떤 예에서, 추진 장치 시스템(508)은 제어 시스템(500)이 전기 모터 프로펠러 조립체(116)의 회전 속도를 개별적으로 제어할 수 있도록 각각의 프로펠러 조립체(116)에 대해 별도의 ESC를 포함할 수 있다.

액츄에이터(510)는, (i) 플랩(118), 에일러론(120), 엘리베이터(126), 메인 포일 제어 표면(134) 및 후방 포일 제어 표면(140)을 상승 및 하강시키기 위한 액츄에이터, (ii) 방향타(128), 메인 포일 스트러트(132)에 위치된 메인 포일 제어 표면(134), 후방 포일 스트러트(138)에 위치된 후방 포일 제어 표면(140)을 회전시키기 위한 액츄에이터, (iii) 메인 수중익 조립체(108) 및 후방 수중익 조립체(110)를 후퇴시키고 확장시키기 위한 액츄에이터, 및/또는, (iv) 메인 수중익 조립체(108) 및 후방 수중익 조립체(110)의 개시된 다양한 다른 동작들을 수행하기 위한 액츄에이터를 포함하는, 본원에 개시된 임의의 액츄에이터를 포함할 수 있다. 본원에 개시된 액츄에이터들의 각각은, 개시된 동작을 수행할 수 있는 현재 알려져 있거나 나중에 개발될 수 있는 임의의 액츄에이터를 포함할 수 있다. 다양한 형태의 액츄에이터의 예로는, 선형 액츄에이터, 회전식 액츄에이터, 유압식 액츄에이터, 공압식 액츄에이터, 전기 액츄에이터, 전기 유압식 액츄에이터 및 기계식 액츄에이터가 포함될 수 있다. 또한, 액츄에이터의 보다 구체적인 예로는, 전동모터, 스테퍼모터, 유압실린더 등이 있을 수 있다. 본원에서는 다른 예들도 고려된다.

GNSS 시스템(512)은, WIG(100)의 위치, 속도, 고도 및 방향에 대한 측정을 제공하도록 구성될 수 있다. GNSS 시스템(512)은 신호 처리 장비와 쌍을 이루는 하나 이상의 무선 안테나를 포함한다. GNSS 시스템(512)으로부터의 데이터는, 제어 시스템(500)이 글로벌 기준 프레임에서 WIG(100)의 위치와 속도를 추정하도록 허용할 수 있으며, 이는 WIG(100)가 어디에 위치되어 있는지 및 해당 위치를 알려진 교통정보와 비교하여 이해함으로써 경로 계획, 동작 범위 보호 및 선박 교통 충돌 완화를 위해 사용될 수 있다.

INS(514)는 잘 알려진 INS 시스템의 전형적인 데이터를 제공하도록 구성된 다양한 센서들을 포함할 수 있다. 예를 들어, INS(514)는 추측 항법 기술을 사용하여 WIG(100)의 위치, 방향 및 속도를 계산하기 위해 각도 및/또는 선형 가속도계와 같은 동작 센서와 자이로스코프와 같은 회전 센서를 포함할 수 있다. 제어 시스템은 하나 이상의 INS 시스템을 사용하여 모든 동작 모드 동안 선박을 안정화하거나 제어하기 위한 액츄에이터 출력을 계산할 수 있다.

레이더 시스템(516)은 잘 알려진 레이더 시스템의 전형적인 데이터를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 레이더 시스템(516)은 송신기 및 수신기를 포함할 수 있다. 송신기는 송신 안테나를 통해 전파를 송신할 수 있다. 전파는 물체에 반사되어 수신기로 돌아온다. 수신기는 송신 안테나와 동일한 안테나일 수 있는 수신 안테나를 통해 반사된 전파를 수신하고, 레이더 시스템(516)은 수신된 전파를 처리하여 WIG(100)에 대한 물체의 위치 및 속도에 대한 정보를 결정한다. 시스템(516)은 예를 들어 수면, 해상 또는 공수 선박 교통, 야생 동물 또는 날씨를 검출하기 위해 이용될 수 있다.

라이더 시스템(518)은 잘 알려진 라이더 시스템의 전형적인 데이터를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 라이더 시스템(518)은 광원 및 광 수신기를 포함할 수 있다. 광원은 물체에 반사되어 광 수신기로 되돌아오는 레이저를 방출한다. 라이더 시스템(518)은 반사된 빛이 수신기로 되돌아오는 시간을 측정하여 WIG(100)와 물체 사이의 거리를 결정한다. 이 라이더 시스템(518)은 다양한 공간 측정에서 WIG(100)로부터 수면까지의 거리를 측정하기 위해 비행 제어 시스템에 의해 이용될 수 있다.

이미징 시스템(520)은 WIG(100)의 환경으로부터 이미지 데이터를 캡처하도록 구성된 하나 이상의 스틸 및/또는 비디오 카메라를 포함할 수 있다. 어떤 예에서, 카메라는, 전하결합소자(CCD) 카메라, CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 카메라, SWIR(short-wave infrared) 카메라, MWIR(mid-wave infrared) 카메라 또는 LWIR(long-wave infrared) 카메라를 포함할 수 있다. 이미징 시스템(520)은, 다른 가능성들 중에서, 장애물 회피, 위치 파악 기술, 보다 정확한 탐색을 위한 수면 추적(예컨대, 이미지에 광학 흐름 기술을 적용), 비디오 피드백 및/또는 이미지 인식 및 처리와 같은 다양한 가능한 애플리케이션 중 임의의 것을 제공할 수 있다.

위에서 언급한 바와 같이, 제어 시스템(500)은 WIG(100)를 제어하는데 사용하기 위한 다양한 다른 센서(522)를 더 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 센서(522)의 예는 선체(102)의 화재를 검출하거나 또는 배터리 시스템(200)의 열 폭주를 검출하기 위한 열 센서 또는 다른 화재 검출 센서를 포함할 수 있다. 위에서 추가로 설명된 바와 같이, 센서(522)는 메인 수중익 조립체(108) 및/또는 후방 수중익 조립체(110)의 위치를 검출하기 위한 위치 센서(예를 들어, 조립체가 후퇴된 위치에 있는지 또는 확장된 위치에 있는지 여부를 검출)를 포함할 수 있다. 위치 센서의 예로는, 포토다이오드 센서, 용량성 변위 센서, 와전류 센서, 홀 효과 센서, 유도 센서 또는 현재 알려졌거나 나중에 개발되는 기타 위치 센서가 포함될 수 있다.

어떤 예에서, 센서(522)는 다양한 고도계 센서 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 일례로, 센서(522)는 초음파를 방출하고 수신하도록 구성된 초음파 고도계를 포함할 수 있다. 방출된 초음파는 WIG(100) 아래 수면에 반사되어 고도계로 되돌아온다. 초음파 고도계는 반사된 초음파가 고도계로 되돌아오는 시간을 측정하여 WIG(100)와 수면 사이의 거리를 결정한다. 다른 예로서, 센서(522)는 압력 고도계로 사용하기 위한 기압계를 포함할 수 있다. 기압계는 WIG(100) 주변의 대기압을 측정하고, 측정된 기압에 기초하여 WIG(100)의 고도를 결정한다. 다른 예로, 센서(522)는 전파를 방출하고 수신하는 레이더 고도계를 포함할 수 있다. 레이더 고도계는 전파가 WIG(100) 하부의 수면에서 반사되는 시간을 측정하여 WIG(100)와 수면 사이의 거리를 결정한다. 이러한 다양한 센서들은 센서 데드밴드 또는 물 튀김에 대한 민감도와 같은 센서 제약들의 영향을 줄이기 위해 WIG(100)의 서로 다른 위치에 배치될 수 있다.

또한, 제어 시스템(500)은 해상 교통을 통해 WIG(100)의 항해를 돕거나 임의의 다른 유형의 장애물을 회피하기 위해 센서(522)들 또는 제어 시스템(500)의 다른 구성요소들의 다양한 것들을 사용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(500)은, INS(514) 및/또는 GNSS(512)로부터의 데이터에 기초하여 WIG(100)의 위치, 방향 및 속도를 결정할 수 있고, 상기 제어 시스템(500)은, 레이더 시스템(516), 라이더 시스템(518) 및/또는 이미징 시스템(520)으로부터의 데이터에 기초하여, 해양 선박, 부두 또는 다양한 다른 장애물들과 같은 장애물과 같은 장애물들의 위치를 결정할 수 있다. 어떤 예에서, 제어 시스템(500)은, 자동 식별 시스템(AIS)을 사용하여 장애물의 위치를 결정할 수 있다. 어느 경우에도, 제어 시스템(500)은 결정된 WIG(100)의 위치, 방향 및 속도와 결정된 장애물의 위치에 기초하여, 본원에 개시된 방식 중 하나로 WIG(100)의 다양한 제어면을 동작시켜 장애물과의 충돌을 회피하도록 WIG(100)를 기동할 수 있다.

비행 계기 시스템(524)은 WIG(100)의 비행 상황에 관한 데이터를 WIG(100)의 조종사에게 제공하기 위한 다양한 계기들을 포함할 수 있다. 예시적인 계기는, 고도, 속도, 헤딩, 배향(예를 들어, 요, 피치 및 롤), 배터리 레벨, 또는 제어 시스템(500)의 다양한 다른 구성 요소에 의해 제공되는 기타 정보에 관한 데이터를 제공하는 계기들을 포함할 수 있다.

컨트롤 이펙터(526)는 조작자가 제어 시스템(500)과 상호작용하고 제어 시스템(500)에 신호를 입력할 수 있도록 하는 다양한 입력 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 컨트롤 이펙터(526)는 하나 이상의 조이스틱, 추력 제어 레버, 버튼, 스위치, 다이얼, 레버, 터치 스크린 디스플레이 등이 있다. 동작 시, 조종사은 컨트롤 이펙터(526)를 사용하여 WIG(100)의 하나 이상의 제어 표면을 동작할 수 있다. 예를 들어, 일례로서, 조종사가 조이스틱을 특정 방향으로 움직일 때, 제어 시스템(500)은 하나 이상의 제어 표면을 동작시킬 수 있다. WIG(100)의 제어 표면은 WIG(100)가 조이스틱의 움직임에 대응하는 방향으로 움직이도록 한다. 다른 예로서, 조종사가 스로틀을 동작(또는 동작을 증가)시킬 때, 제어 시스템(500)은 WIG(100)의 추진 제어 표면(예를 들어, 프로펠러 조립체(116))이 WIG(100)에 가해지는 추진력을 증가시키게 할 수 있다. 조종사가 스로틀의 동작을 감소시킬 때, 제어 시스템(500)은 WIG(100)의 추진 제어 표면이 WIG(100)에 가해지는 추진력을 감소시키게 할 수 있다. 컨트롤 이펙터(526)의 다른 예는 WIG(100)의 다양한 제어 표면을 동작시키기 위해 구현될 수 있다.

WIG(100)의 제어 표면은 다양한 동작 모드에서 제어 시스템(500)에 의해 이용될 수 있다. 각각의 제어 표면의 편향의 양은 선박 위치, 속도, 자세, 가속도, 회전율 및/또는 수면 위 고도를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 입력 변수에 기초하여 제어 시스템(500)에 의해 계산될 수 있다. 아래 표 1은 WIG(100)의 각 제어 표면에 대해 제어 표면이 WIG(100)의 이동을 제어하는 데 사용될 수 있는 예시적인 동작 모드를 식별한다. 아래 표에서, 추진 제어 표면은, 프로펠러 조립체(116)는 물론, 선체(102), 메인 수중익 조립체(108) 또는 후방 수중익 조립체(110)에 장착된 임의의 프로펠러를 포함할 수 있다. 공기 역학적 엘리베이터 제어 표면은 엘리베이터(126)를 포함할 수 있고, 공기 역학적 에일러론은 에일러론(120)을 포함할 수 있으며, 공기 역학적 방향타는 방향타(128)(물에 잠기지 않은 경우)를 포함할 수 있고, 공기역학적 플랩은 플랩(118)을 포함할 수 있고, 유체역학적 엘리베이터는 후방 포일 제어 표면(140)을 포함할 수 있고, 유체역학적 플랩은 메인 포일 제어 표면(134)을 포함할 수 있으며, 유체역학적 방향타는 방향타(128)(물에 잠겨 있을 때)를 포함할 수 있다.

표 1: WIG(100)의 제어 표면에 의해 지지되는 동작 모드들의 예(선체 기반, 수중익 기반, 날개 기반)

상기 표 1에 식별된 다양한 예시적인 동작 모드들에서 제어 표면을 동작할 때, 제어 시스템(500)은 다양한 동작 모드들 동안 다양한 선박 축들을 따라 다양한 레벨의 안정화를 실행할 수 있다. 아래의 표 2는 제어 시스템(500)이 WIG(100)의 각 축에 대한 다양한 동작들 모드 동안 적용할 수 있는 예시적인 안정화 제어를 식별한다. 폐루프 제어는 피드백 및/또는 피드 포워드 제어를 포함할 수 있다.

표 2: 각 동작 모드에 대해 WIG(100)의 서로 다른 축들에 적용되는 안정화 제어 기술의 예

또한, 제어 시스템(500)은 WIG(100)의 서로 다른 축을 중심으로 하는 이동을 제어하기 위해 서로 다른 제어 표면들을 작동시키도록 구성될 수 있다. 아래의 표 3은 WIG(100)의 다양한 제어 표면들에 의해 영향을 받는 예시적인 축 운동을 식별한다.

표 3: WIG(100)의 다양한 제어 표면에 의해 영향을 받는 축 운동의 예.

III. 예시적인 동작 모드

도 6은, 6의 번호가 매겨진 단계로 분리된 WIG(100)의 다양한 예시적인 동작 모드를 도시하며, 각 단계는 이하에서 자세히 설명된다.

A. 선체 기반 동작

1 단계에서, WIG(100)는 WIG(100)의 롤 안정화를 제공하는 아웃리거(114)의 부력에 의해 선체(102)에 도킹되어 부유된다(즉, 선체 기반 모드). 도킹된 동안, WIG(100)의 배터리 시스템(200)이 충전될 수 있다. 개방형 또는 폐쇄형 루프 시스템일 수 있는 물 기반 냉각 시스템을 사용하면, 급속 충전에 도움이 될 수 있다. 주변 수역은 루프 또는 히트 싱크로 사용될 수 있다. 어떤 예에서, WIG(100)는 배터리 시스템(200)으로부터 주변 수역으로 열을 교환하기 위해 선체(102)에 통합된 히트 싱크를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 히트 싱크는 WIG(100)의 질량을 줄이기 위해 외부에 위치될 수 있다.

또한, WIG(100)가 도킹된 상태에서 프로펠러 조립체(116)는 주변 구조물이나 사람과의 충돌을 방지하기 위해 도크에서 멀어지는 방향으로 접혀질 수 있다. 이러한 접힘은 금속 스프링 힘, 수압, 전기 기계적 동작 또는 프로펠러 회전으로 인한 원심력과 같은 다양한 방식으로 동작될 수 있다. 다른 예들도 가능한다. 또한, 메인 수중익 조립체(108) 및 후방 수중익 조립체(110)는 근처 수중 구조물과의 충돌을 피하기 위해 후퇴될 수 있다(또는 부분적으로 후퇴될 수 있다).

승객이나 화물이 WIG(100)에 탑재되고 WIG(100)가 출발할 준비가 되면, WIG(100)는, 선체 지지를 유지하면서 도크로부터 멀리 기동시키기 위해, 프로펠러 조립체(116) 및/또는 수중 추진 시스템((예를 들어, 선체(102)에 장착된 하나 이상의 프로펠러들, 메인 포일(130) 및/또는 후방 포일(136))을 포함하는 그의 추진 시스템을 사용할 수 있다. 어떤 예에서, 부두 근처 또는 얕은 수로에 있는 수중 장애물에 부딪힐 위험을 줄이기 위해, 메인 수중익 조립체(108) 및 후방 수중익 조립체(110)는 이 기동 중에 후퇴된 상태(또는 부분적으로 후퇴된 상태)를 유지할 수 있다. 그러나, 수중 장애물에 부딪힐 위험이 제한된 경우, WIG(100)는 메인 수중익 조립체(108) 및/또는 후방 수중익 조립체(110)를 부분적으로 또는 완전히 확장할 수 있다. WIG(100)는 전술한 바와 같이 기동성을 향상시키기 위해 메인 포일 제어 표면(134) 및/또는 후방 포일 제어 표면(140)을 작동시킬 수 있다.

선체 기반 동작 중 저속에서, 제어 시스템(500)은 모든 프로펠러 조립체(116)가 동일한 아이들 속도로 회전하게 함으로써 WIG(100)의 위치 및/또는 회전을 제어할 수 있지만, 이때 제1 서브세트는 순방향으로 회전하고 제2 서브세트는 역방향으로 회전한다. 예를 들어, 제어 시스템(500)는 프로펠러 조립체(116a, 116c, 116f, 116h)를 역방향으로 아이들시키고 프로펠러 조립체(116b, 116d, 116e, 116g)를 순방향으로 아이들시킬 수 있다. 이러한 구성에서, 제어 시스템(500)은 프로펠러 조립체(116) 중 어느 하나의 회전 방향을 변경할 필요 없이 WIG(100)가 다양한 기동을 하게 할 수 있다. 예를 들어, WIG(100)에 요(yaw)를 유도하기 위해, 제어 시스템(500)은, 날개(104)의 타측에 순방향 프로펠러 조립체의 속도를 증가시키면서 임의의 프로펠러 조립체를 순방향으로부터 역방향으로 또는 역방향으로부터 순방향으로 전환하지 않도록, 날개의 일측상에 역방향 프로펠러 조립체들의 속도를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 공칭 RPM에서 프로펠러를 아이들링시키면, WIG(100)에서 요 모멘트를 생성함에 있어 보다 빠른 반응이 가능해질 수 있으며, 왜냐하면 요 모멘트를 생성하는 데 필요한 프로펠러는 0 RPM에서 원하는 RPM 값으로 증가할 필요가 없기 때문에, 이들은 아이들 RPM으로부터 원하는 RPM 값으로 회전할 수 있다.

B. 수중익 기반 동작

2 단계로 전환하기 위해, WIG(100)는 메인 수중익 조립체(108)와 후방 수중익 조립체(110)를 완전히 확장할 수 있고(아직 확장되지 않은 경우) 전술한 추진 시스템을 사용하여 가속할 수 있다. WIG(100)는 메인 수중익 조립체(108)와 후방 수중익 조립체(110)만이 WIG(100)의 중량을 지지하고 선체(102)가 수면 위 및 표면파의 클리어(예를 들어, 예시적인 실시예는 ~3-5피트의 최대 파도 높이를 지원할 수 있다) 위로 들어 올려진다.

이러한 수중익 기반 모드로 전환하는 동안, 제어 시스템(500)은 메인 포일 제어 표면(134) 및/또는 후방 포일 제어 표면(140) 및/또는 추진 시스템을 작동시켜 WIG(100)의 자세를 안정화하여 수면 위의 원하는 높이, 선박 방향 및 선박 전진 속도를 유지하도록 한다. 예를 들어, 제어 시스템(500)은 INS(514)에 의해 제공된 데이터에 기초하여 WIG(100)의 요(yaw), 피치 또는 롤의 다양한 변화를 검출할 수 있고, 제어 시스템(500)은 메인 포일 제어 표면(134) 및/또는 후방 포일 제어 표면(140)의 계산된 동작을 수행하여 검출된 변화에 대응하도록 한다.

WIG(100)가 수중익 기반 동작으로 완전히 전환되고 선체(102)가 수면에서 벗어나면, WIG(100)에 가해지는 항력은 선체(102)가 더 이상 물 기반 항력에 기여하지 않기 때문에 크게 떨어진다. 따라서, 제어 시스템(500)은 WIG(100)의 추력을 낮추기 위해 프로펠러 조립체(116)의 속도를 줄일 수 있다. 제어 시스템(500)은, 메인 수중익 조립체(108)와 후방 수중익 조립체(110)가 WIG(100)의 중량을 계속 완전히 지지할 수 있도록, WIG(100)의 피치와 속도를 능동적으로 제어함으로써 이러한 작동 모드를 지속할 수 있다.

C. 날개 기반 동작

3 단계에서 날개 기반 동작으로 전환하기 위해, 제어 시스템(500)은 프로펠러 조립체(116)의 속도를 증가시켜 WIG(100)를 가속할 수 있다. 제어 시스템(500)은 원하는 이륙 속도까지 WIG(100)를 가속할 수 있다. WIG(100)는 이 시점에서 수중익 기반 모드로 동작하기 때문에, 원하는 이륙 속도는 수중익 캐비테이션 속도보다 낮아야 하며 이에 따라 상당히 제한된다. 어떤 예에서, 원하는 이륙 속도는 약 40노트이다. 그러나, 전술한 바와 같이, 프로펠러 조립체(116)를 블로우-윙 구성으로 배치함으로써, WIG(100)는 이와 같은 저속에서 이륙을 허용하는 추가적인 양력을 생성할 수 있다.

제어 시스템(500)이 WIG(100)가 원하는 이륙 속도에 도달했다고 결정하면, 제어 시스템(500)은 플랩(118)((및 플래퍼론으로 구성되는 경우 에일러론(120))을 전개하여 날개(104)가 추가 양력을 생성하도록 할 수 있다. 제어 시스템(500)은 WIG(100)를 위쪽으로 피칭하고 날개(104)와 수중익 조립체(108, 110)의 받음각을 증가시키기 위해 후방 포일 제어 표면(140) 및/또는 엘리베이터(126)를 추가로 동작시킨다. 이 구성에서, 날개(104) 및 수중익 조립체(108, 110)는, 수중익 조립체(108, 110)가 수면을 뚫고 WIG(100)의 전체 중량이 날개(104)의 양력에 의해 지지될 때까지 WIG(100)를 상방으로 가속하기에 충분한 양력을 생성한다.

어떤 예에서, 수중익 기반 동작으로부터 날개 기반 동작으로의 이러한 전환을 수행할 때, 제어 시스템(500)은 매우 짧은 기간에 걸쳐 플랩(118)((및 플래퍼론으로 구성된 경우 에일러론(120))을 신속하게 전개할 수 있다(예를 들어, 1초 미만, 0.5초 미만, 0.1초 미만). 이러한 방식으로 플랩(118)((및 에일러론(120))을 신속하게 전개하면 WIG(100)를 물 밖으로 "팝(pop)"하고 날개 탑재 기반 동작을 수행하는 데 도움이 될 수 있는 날개(104)에 추가 양력이 생성된다.

추가적으로, 수중익 기반 동작으로부터 날개 기반 동작으로 전환하는 동안, 제어 시스템(500)은 WIG(100)의 각종 제어 표면들을 동작시켜 피치 축을 따라 모멘트의 균형을 맞출 수 있다. 예를 들어, 프로펠러 조립체(116), 플랩(118) 및 수중익 조립체(108, 110)로부터의 항력은 모두 전환 중에 피치 축 주위의 무게 중심 주위에서 기수 하강 모멘트를 생성한다. 이러한 힘에 대응하기 위해, 제어 시스템(500)은 엘리베이터(126)와 후방 포일 제어 표면(140)을 배치하여 기수 상승 모멘트를 생성하고 WIG(100)를 안정화할 수 있다.

수중익 기반 동작에서 날개 기반 동작으로의 전환이 3 단계에서 완료되면, 제어 시스템(500)은 메인 수중익 전개 시스템(300)과 후방 수중익 전개 시스템(400)이 각각 메인 수중익 조립체(108)와 후방 수중익 전개 시스템(400)을 후퇴시키게 할 수 있다. 실제로, 제어 시스템(500)은 수중익 조립체(108, 110)가 물에 다시 들어갈 가능성을 줄이기 위해 수중익 조립체(108, 110)에 물이 없어지자마자 이러한 후퇴를 시작할 수 있다. 제어 시스템(500)은 수중익 조립체(108, 110)에 물이 없음을 다양한 방식으로 결정할 수 있다. 일례로서, 제어 시스템(500)은 WIG(100)의 측정된 고도에 기초하여(예를 들어, WIG(100)의 고도를 측정하기 위해 위에서 설명된 레이더 시스템(516), LiDAR 시스템(518), 또는 다른 센서(522)에 의해 제공되는 데이터에 기초하여) 이와 같은 결정을 내릴 수 있다. 다른 예로서, 센서(522)는 수중익 조립체(108, 110) 상에 배치된 하나 이상의 전도율 센서, 온도 센서, 압력 센서, 스트레인 게이지 센서 또는 로드 셀 센서를 더 포함할 수 있고, 제어 시스템(500)은 수중익 조립체(108, 110)가 이들 센서의 데이터를 기반으로 물이 없는 것을 결정할 수 있다.

WIG(100)에 물이 없으면, 제어 시스템(500)은 프로펠러 시스템(116)의 속도를 제어함으로써 WIG(100)를 원하는 순항 속도로 계속 가속할 수 있다. 제어 시스템(500)은, WIG(100)가 그들 없이도 고도를 유지하기에 충분한 양력을 생성하도록 충분한 비행속도를 달성했을 때 플랩 시스템을 접을 수 있다. 추가적으로, 제어 시스템(500)은 WIG(100)의 다양한 제어 표면을 작동 및/또는 프로펠러 시스템(116)에 차동 추력을 적용하여 회전, 상승 또는 하강과 같은 임의의 원하는 조작을 수행하고 효율적인 양력 분배를 제공할 수 있다. 날개 기반 모드에서, WIG(100)는 동작 조건 및 고려 사항에 따라 지면 효과로 수면 위로 낮게 비행하거나 지면 효과 위로 비행할 수 있다.

D. 선체 기반 동작으로 복귀

4 단계로 전환하기 위해, 제어 시스템(500)은 WIG(100)가 선체(102)에 안전하게 착륙할 수 있도록 수중익 조립체(108, 110)가 완전히 후퇴되었는지를 결정한다. 제어 시스템(500)은 추가적으로, 관찰되고, 추정되거나 또는 예상된 수면 상태에 기초하여((예를 들어, 레이더 시스템(516), 라이더 시스템(518), 이미징 시스템(520) 또는 기타 센서(522)로부터의 데이터에 기초하여) 착륙 방향 및/또는 위치를 결정하고 제시할 수 있다..

제어 시스템(500)은 예를 들어 WIG(100)가 원하는 착륙 속도에 도달할 때까지 프로펠러 시스템(116)의 속도를 감소시킴으로써 WIG(100)의 감속을 시작한다. 감속 동안, 제어 시스템(500)은 플랩(118)을 전개하여 낮은 대기 속도에서 양력을 증가 및/또는 실속 속도를 감소시킬 수 있다. WIG(100)가 원하는 착륙 속도(예를 들어, 대략 50노트)에 도달하면, 제어 시스템(500)은 하강 속도를(예를 들어, 대략 200ft/min 미만으로) 줄인다. WIG(100)가 수면에 접근함에 따라((예를 들어, 일단 제어 시스템(500)이 WIG(100)이 수면의 5피트 내에 있다고 결정하면)), 제어 시스템(500)은 착륙을 완충하기 위해 하강 속도를 더 느리게 한다(예를 들어, 약 50피트/분 미만으로). WIG(100)의 선체(102)가 수면에 충돌함에 따라, 제어시스템(500)은 추력을 감소시키며, 유체역학적 항력의 존재, 전방 추력의 감소, 선박이 물에 가라앉게 하는 양력을 크게 감소시키는 날개에서의 블로우-윙의 감소 또는 제거로 인해 WIG(100)는 급격하게 감속하게 된다. WIG(100)가 정지할 때까지 속도가 더욱 감소함에 따라 선체(102)는 물 속에 안착된다.

WIG(100)가 수중에 안착되면, 전술한 바와 동일한 방식으로 선체 기반 동작으로부터 수중익 동작으로 전환하기 위해 WIG(100)는 수중익 조립체(108, 110)를 확장하여 5 단계로 천이할 수 있다. 다음, 제어 시스템(500)은 단계 5에서 수중익 운반 모드를 유지하고 표면파로부터 선체(102)를 격리된 상태로 유지하면서 WIG(100)를 좌현으로 기동할 수 있다. 그러면, WIG(100)는 제어 시스템(500)이 프로펠러 조립체(116)에 의해 생성된 추력을 감소시켜 선체(102)가 물에 안착될 때까지 WIG(100)의 속도를 낮출 때 단계 6에서 다시 선체 탑재 동작으로 전환할 수 있다. 다음, 제어 시스템(500)은 수중익 조립체(108, 110)를 후퇴시키고 승객 또는 물품을 하선시키고 배터리 시스템(200)을 재충전하기 위해 WIG(100)를 도크 내로 기동하기 위해 전술한 바와 같이 선체 기반 동작에 참여할 수 있다.

IV. 결론

이상의 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 개시된 WIG의 다양한 특징 및 기능과 동작 방법을 설명한다. 다양한 양태 및 실시예가 본원에 개시되어 있지만, 다른 양태 및 실시예가 당업자에게 명백할 것이다. 본원에 개시된 다양한 양태 및 실시예는 설명을 위한 것을 뿐 제한하려는 것이 아니며, 실제 범위는 다음 청구범위에 의해 표시된다.

Claims

수면 비행 선박으로,
하나 이상의 주 날개 제어 표면을 구비하는 주 날개;
하나 이상의 꼬리부 제어 표면을 구비하는 꼬리부;
주 날개 또는 꼬리부 중 적어도 하나를 따라 배치된 전기 모터의 어레이를 구비하는 블로우-윙 추진 시스템;
접개 들이식 수중익을 구비하는 접개 들이식 수중익 시스템으로서, 상기 접개 들이식 수중익 시스템은, (i) 접개 들이식 수중익이 수면 아래의 잠수를 위해 해면 효과(wing-in ground effect) 선박의 선체 아래로 확장되는 확장되는 확장 구성 및 (ii) 접개 들이식 수중익이 수면 비행 선박의 선체 내로 적어도 부분적으로 후퇴되는 접이식 구성에서 동작하도록 구성되는, 접개 들이식 수중익 시스템; 및
제어 시스템을 포함하고, 상기 제어 시스템은,
(i) 수면 비행 선박의 위치, 방향 및 속도를 결정하고, (ii) 결정된 위치, 방향 및 속도에 기초하여 수면 비행 선박을 기동하도록 구성되고, 상기 수면 비행 선박을 기동하는 것은, (i) 접개 들이식 수중익 시스템이 확장된 구성에서 동작할 때 접개 들이식 수중익 시스템의 하나 이상의 액츄에이터가 접개 들이식 수중익의 배향을 변경시키고, (ii) 접개 들이식 수중익 시스템이 후퇴된 구성에서 동작할 때 주 날개 및 꼬리부의 하나 이상의 액츄에이터들이 주 날개 제어 표면 및 꼬리부 제어 표면들의 배향을 변경시키고, (iii) 블로우-윙 추진 시스템의 전기 모터들 중 하나 이상이 속도를 변경시키는 것을 포함하는, 수면 비행 선박.
제1항에 있어서, 수면 비행 선박은,
선박의 선체가 수면과 접촉하는 선체 기반 모드;
접개 들이식 수중익이 수면 아래에 적어도 부분적으로 잠기고 선박의 선체가 수면 위에 완전히 있는 수중익 기반 모드; 및
수면 비행 선박이 완전히 수면 위에 있는 날개 기반 모드;의 각각의 동작 모드에서 지속적인 동작이 가능한, 수면 비행 선박:.
제2항에 있어서, 상기 제어 시스템은,
수면 비행 선박이 선체 기반 모드로 동작하는 동안, (i) 접개 들이식 수중익 시스템이 수축 구성의 동작으로부터 확장 구성에서의 동작으로 전환하도록 하고 (ii) 수면 비행 선박이 선체 기반 모드의 동작으로부터 수중익 기반 모드의 동작으로 전환될 때까지 블로우-윙 추진 시스템이 수면 비행 선박을 가속하도록 하는, 수면 비행 선박:.
제2항에 있어서, 상기 제어 시스템은 추가로,
수면 비행 선박이 수중익 기반 모드의 동작으로부터 날개 기반 모드의 동작으로 전환되었음을 결정하고;
수면 비행 선박이 수중익 기반 모드의 동작으로부터 날개 기반 모드의 동작으로 전환되었다는 결정에 기초하여, 접개 들이식 수중익 시스템이 확장 구성의 동작으로부터 수축 구성의 동작으로 전환되도록 구성되는, 수면 비행 선박.
제2항에 있어서, 상기 제어 시스템은 추가로,
수면 비행 선박이 날개 기반 모드의 동작으로부터 선체 기반 모드의 동작으로 전환되었음을 결정하고;
수면 비행 선박이 날개 기반 모드의 동작으로부터 선체 기반 모드의 동작으로 전환되었다는 결정에 기초하여, 접개 들이식 수중익 시스템이 수축 구성의 동작으로부터 확장 구성의 동작으로 전환되도록 구성되는, 수면 비행 선박.
제2항에 있어서, 상기 접개 들이식 수중익 시스템은 제1 접개 들이식 수중익 시스템이고, 상기 접개 들이식 수중익은 제1 접개 들이식 수중익이고, 상기 확장 구성은 제1 확장 구성이고, 상기 수축 구성은 제1 수축 구성이며,
상기 수면 비행 선박은,
제2 접개 들이식 수중익을 구비하는 제2 접개 들이식 수중익 시스템을 더 포함하고, 상기 제2 접개 들이식 수중익은: (i) 제2 접개 들이식 수중익이 지면 착지 효과 선박의 선체 아래로 확장되는 제2 확장 구성 및 (ii) 제2 접개 들이식 수중익이 수면 비행 선박의 선체 내로 또는 선체를 향해 적어도 부분적으로 후퇴되는 제2 수축 구성에서 동작하도록 구성되는, 수면 비행 선박.
제6항에 있어서, 상기 제어 시스템은,
수면 비행 선박이 선체 기반 모드에서 동작하는 동안, (i) 제1 접개 들이식 수중익 시스템이 제1 수축 구성의 동작으로부터 제1 확장 구성의 동작으로 전환되도록 하고, (ii) 제2 접개 들이식 수중익 시스템이 제2 수축 구성의 동작으로부터 제2 확장 구성의 동작으로 전환하도록 하고, (iii) 블로우-윙 추진 시스템이 수면 비행 선박이 선체 기반 모드의 동작으로부터 수중익 기반 모드의 동작으로 전환할 때 까지 수면 비행 선박을 가속하도록 하는, 수면 비행 선박.
제6항에 있어서, 상기 제어 시스템은 추가로,
수면 비행 선박이 수중익 기반 모드에서의 동작으로부터 날개 기반 모드에서의 동작으로 전환되었음을 결정하고;
수면 비행 선박이 수중익 기반 모드의 동작으로부터 날개 기반 모드의 동작으로 전환된 결정에 기초하여, (i) 제1 접개 들이식 수중익 시스템이 제1 확장 구성의 동작으로부터 제1 수축 구성의 동작으로 전환되도록 하고. (ii) 제2 접개 들이식 수중익 시스템이 제2 확장 구성의 동작으로부터 제2 수축 구성의 동작으로 전환되도록 하는, 수면 비행 선박.
제6항에 있어서, 상기 제어 시스템은 추가로,
수면 비행 선박이 날개 기반 모드의 동작으로부터 선체 기반 모드의 동작으로 전환되었음을 결정하고;
수면 비행 선박이 날개 기반 모드의 동작으로부터 선체 기반 모드의 동작으로 전환된 결정에 기초하여, (i) 제1 접개 들이식 수중익 시스템이 제1 수축 구성의 동작으로부터 제1 확장 구성의 동작으로 전환되도록 하고. (ii) 제2 접개 들이식 수중익 시스템이 제2 수축 구성의 동작으로부터 제2 확장 구성의 동작으로 전환되도록 하는, 수면 비행 선박.
제6항에 있어서,
제1 접개 들이식 수중익 시스템이, (i) 수면 비행 선박의 선수와 (ii) 수면 비행 선박의 선수와 선미 사이의 중간점 사이에 위치되고;
제2 접개 들이식 수중익 시스템은 수면 비행 선박의 꼬리부 아래에 위치되는, 수면 비행 선박.
제10항에 있어서, 상기 꼬리부는 방향타를 더 포함하고, 제2 접개 들이식 수중익 시스템이 제2 후퇴 구성에서 동작할 때, 제2 접개 들이식 수중익은 적어도 부분적으로 방향타로 후퇴되는, 수면 비행 선박.
제1항에 있어서, 주 날개의 종횡비(aspect ratio)는 5보다 크거나 같은, 수면 비행 선박.
제1항에 있어서, 접개 들이식 수중익 시스템이 확장 구성에서 동작할 때 상기 접개 들이식 수중익 시스템의 하나 이상의 액츄에이터들이 접개 들이식 수중익의 배향을 변경하도록 하는 것은, 접개 들이식 수중익 시스템이 확장 구성에서 동작할 때 상기 접개 들이식 수중익 시스템의 하나 이상의 액츄에이터들이 접개 들이식 수중익의 어택 앵글을 변경시키도록 하는 단계를 포함하는, 수면 비행 선박.
제1항에 있어서, 상기 접개 들이식 수중익은 하나 이상의 수중익 제어 표면을 포함하고, 상기 제어 시스템은, 접개 들이식 수중익 시스템이 확장 구성에서 동작할 때 접개 들이식 수중익 시스템의 하나 이상의 액츄에이터들이 하나 이상의 수중익 제어 표면의 배향을 변경하도록 추가로 구성되는, 수면 비행 선박.
제14항에 있어서, 하나 이상의 수중익 제어 표면은 유체역학적 엘리베이터, 유체역학적 플랩 또는 유체역학적 방향타 중 적어도 하나를 포함하는, 수면 비행 선박.
제1항에 있어서, 접개 들이식 수중익은 포일 및 이 포일을 수면 비행 선박의 선체에 연결하는 적어도 하나의 스트러트을 포함하고,
접개 들이식 수중익 시스템이 수축 구성에서 동작할 때, 적어도 하나의 스트러트은 수면 비행 선박의 선체 내로 적어도 부분적으로 후퇴되는, 수면 비행 선박.
제16항에 있어서, 상기 포일은,
수평 중앙 부분; 및
상기 수평 중앙 부분의 각 단부로부터 대각선 상방으로 확장되는 2개의 단부 부분들을 더 포함하는, 수면 비행 선박.
제1항에 있어서, 상기 제어 시스템은 추가로,
수면 비행 선박의 적어도 하나의 센서로부터 수신된 데이터에 기초하여 장애물의 위치를 결정하도록 구성되고, 수면 비행 선박을 기동하는 것은, (i) 수면 비행 선박의 결정된 위치, 방향, 속도 및 (ii) 결정된 장애물의 위치;의 모두에 기초하여 수면 비행 선박을 기동하는 것을 포함하는, 수면 비행 선박.
수면 비행 선박을 제어하기 위한 제어 시스템으로, 상기 선박은 (i) 하나 이상의 주 날개 제어 표면을 구비하는 주 날개, (ii) 하나 이상의 꼬리부 제어 표면을 구비하는 꼬리부, (iii) 주 날개 또는 꼬리부 중 적어도 하나를 따라 배치된 전기 모터의 어레이를 구비하는 블로우-윙 추진 시스템, 및 (iv) 접개 들이식 수중익을 구비하는 접개 들이식 수중익 시스템을 포함하고, 상기 제어 시스템은,
적어도 하나의 프로세서;
비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체; 및
적어도 하나의 프로세서에 의해 실행 가능한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 프로그램 명령을 포함하고, 이때 상기 제어 시스템이,
접개 들이식 수중익이 수면 아래에 잠기기 위해 수면 비행 선박의 선체 아래로 확장되는 확장 구성으로 상기 접개 들이식 수중익 시스템이 동작하도록 하고;
상기 접개 들이식 수중익 시스템이 확장 구성에 있는 동안, (i) 수면 비행 선박의 제1 위치, 방향 및 속도를 결정하고, (ii) 수면 비행 선박의 결정된 날개의 제1 위치, 방향 및 속도에 기초하여, 접개 들이식 수중익 시스템의 하나 이상의 액츄에이터가 접개 들이식 수중익의 방향을 변경하도록 함으로써 수면 비행 선박을 기동하도록 하고;
접개 들이식 수중익이 수면 비행 선박의 선체 내로 적어도 부분적으로 후퇴되는 수축 구성으로 접개 들이식 수중익 시스템이 동작하도록 하고;
접개 들이식 수중익 시스템이 후퇴된 구성에 있는 동안, (i) 수면 비행 선박의 제2 위치, 방향 및 속도를 결정하고, (ii) 수면 비행 선박의 결정된 제2 위치, 방향 및 속도에 기초하여, 주 날개와 꼬리부의 하나 이상의 액츄에이터가 주 날개 제어 표면과 꼬리부 제어 표면의 방향을 변경하도록 하여 수면 비행 선박을 기동하도록 구성되는, 수면 비행 선박.
수면 비행 선박을 제어하기 위한 방법으로, 상기 수면 비행 선박은, (i) 하나 이상의 주 날개 제어 표면을 구비하는 주 날개, (ii) 하나 이상의 꼬리부 제어 표면을 포함하는 꼬리부, (iii) 주 날개 또는 꼬리부 중 적어도 하나를 따라 배치된 전기 모터의 어레이를 구비하는 블로우-윙 추진 시스템, 및 (iv) 접개 들이식 수중익을 구비하는 접개 들이식 수중익 시스템을 포함하고, 상기 방법은,
접개 들이식 수중익이 수면 아래에 잠기기 위해 수면 비행 선박의 선체 아래로 확장되는 확장 구성으로 상기 접개 들이식 수중익 시스템이 동작하도록 하는 단계;
상기 접개 들이식 수중익 시스템이 확장 구성에 있는 동안, (i) 수면 비행 선박의 제1 위치, 방향 및 속도를 결정하고, (ii) 수면 비행 선박의 결정된 날개의 제1 위치, 방향 및 속도에 기초하여, 접개 들이식 수중익 시스템의 하나 이상의 액츄에이터가 접개 들이식 수중익의 방향을 변경하도록 함으로써 수면 비행 선박을 기동하도록 하는 단계;
접개 들이식 수중익이 수면 비행 선박의 선체 내로 적어도 부분적으로 후퇴되는 수축 구성으로 접개 들이식 수중익 시스템이 동작하도록 하는 단계; 및
접개 들이식 수중익 시스템이 후퇴된 구성에 있는 동안, (i) 수면 비행 선박의 제2 위치, 방향 및 속도를 결정하고, (ii) 수면 비행 선박의 결정된 제2 위치, 방향 및 속도에 기초하여, 주 날개와 꼬리부의 하나 이상의 액츄에이터가 주 날개 제어 표면과 꼬리부 제어 표면의 방향을 변경하도록 하여 수면 비행 선박을 기동하는 단계를 포함하는, 방법.