WO2018155739A1 - 수직이착륙항공기 및 그 천이방법 - Google Patents

수직이착륙항공기 및 그 천이방법 Download PDF

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WO2018155739A1
WO2018155739A1 PCT/KR2017/002064 KR2017002064W WO2018155739A1 WO 2018155739 A1 WO2018155739 A1 WO 2018155739A1 KR 2017002064 W KR2017002064 W KR 2017002064W WO 2018155739 A1 WO2018155739 A1 WO 2018155739A1
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propeller
propellers
fuselage
tilting
center point
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PCT/KR2017/002064
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Inventor
김도현
장진한
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기술융합협동조합
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    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
    • B64C29/0008—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded
    • B64C29/0016—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers
    • B64C29/0033—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded the lift during taking-off being created by free or ducted propellers or by blowers the propellers being tiltable relative to the fuselage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/46—Arrangements of, or constructional features peculiar to, multiple propellers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft

Definitions

  • the present invention relates to a vertical take-off and landing aircraft and its transition method, and more particularly, to an aircraft and a transition method for controlling thrust by independently controlling rotation of a plurality of propellers.
  • vertical propulsion by independently controlling a plurality of propellers and tilting, vertical propulsion can maintain stable movement of the fuselage in the process of generating forward thrust after vertical takeoff and converting the thrust generated during the forward flight to vertical thrust.
  • a takeoff and landing aircraft and its transition method are provided.
  • the present invention provides a vertical take-off and landing aircraft and a method of transition thereof having a combination of two or more motors that can maintain a posture in the air by using a plurality of propellers.
  • the present invention provides a vertical take-off and landing aircraft that can maximize the stability of the fuselage by using a propeller far from the center of the fuselage when tilting the propeller for forward thrust conversion, and a transition method thereof.
  • the present invention provides a vertical take-off and landing aircraft which can maintain the stability of the fuselage in the tilting process and cope with the malfunction by changing the tilting propeller set when the propeller is detected when the propeller detects a malfunction during the tilting of the propeller for forward thrust switching. do.
  • Thrust control aircraft according to an embodiment of the present invention, a flying fuselage including a front wing and a rear wing, a plurality of tilting propellers respectively provided on the left wing and the right wing of the front wing, the rear wing A plurality of tilting propellers provided and a control unit for independently controlling the propeller operation of the front wing and the rear wing.
  • the propeller thrust summation of the front wing portion and the rear wing portion may be 2.4 to 4.8 times greater than the weight of the flying fuselage.
  • the plurality of tilting propeller provided in the front wing portion, the left wing portion is composed of the first propeller to the fourth propeller, the right wing portion to the fifth propeller to the eighth propeller,
  • the plurality of tilting propellers provided in the rear wing may be configured of ninth propellers to twelfth propellers.
  • the control unit, the first propeller to the twelfth propeller is controlled to face upwards during vertical take-off of the flying fuselage
  • the first propeller to the twelfth propeller is a pair of two Among the paired propellers, propeller sets (first propeller, third propeller, sixth propeller, eighth propeller, ninth propeller, twelfth propeller) far from the fuselage center point and propeller sets (second propeller close to the fuselage center point)
  • the fourth propeller, the fifth propeller, the seventh propeller, the tenth propeller, and the eleventh propeller) but after the vertical takeoff is completed, the propeller set close to the fuselage center point and the propeller set far from the fuselage center point are controlled to be sequentially tilted. Can be.
  • the control unit after the vertical take-off complete control in three steps so that the propeller set close to the fuselage center point and the propeller set far away from the fuselage center point sequentially tilted, in the first transition stage, at the fuselage center point Closer propeller sets reduce thrust and propeller sets distant from the fuselage center point maintain the posture of the fuselage with a thrust greater than 1.2 times the weight of the fuselage.
  • the propeller set close to the fuselage center point stops rotating before Tilting towards, controlling the propeller to rotate again when the tilting is completed, in the third transition stage, after stopping the rotation of the propeller set away from the fuselage center point, tilting forward, and tilting is completed When the propeller can be rotated again.
  • the control unit when the abnormal motion is detected in one of the propeller set close to the center of the fuselage, performs a tilting after turning off the thrust of the propeller at the left and right symmetry point, the center of the fuselage If the abnormal motion of one of the propeller sets far away is detected, after vertical takeoff, maintain vertical thrust with the propeller set close to the fuselage center point, tilt the propeller set far from the fuselage center point first, and then move the propeller set close to the fuselage center point. It can be controlled to tilt.
  • the control unit when abnormal operation is detected in two propellers of the first propeller to the twelfth propeller, abnormal operation of the propellers (first propeller to the fourth propeller) of the left wing is detected Two of them are not selected, and two of the propellers (5 propellers to 8 propellers) of the right wing are not detected and two are selected from the propellers of the rear wing (9th to 12th propellers). Select two of the propellers that have not detected any abnormal motion, and classify the selected six propellers into propeller sets used to maintain posture after vertical takeoff, and classify the remaining propellers into propeller sets for tilting with priority. It can be controlled to perform.
  • control unit during the landing of the flying fuselage, can land vertically in the reverse order of takeoff.
  • Thrust control method by tilting 2n (n is a natural number) left wing propeller, 2n (n is a natural number) right wing propeller and 2n (n is a natural number) rear wing propeller upwards Taking off the fuselage, the 3n propeller far from the center of the fuselage maintains rotation, and the close 3n propeller stops rotating based on a preset propeller among the total 6n propellers, and then the close 3n propellers forward Tilting toward the head, when the tilting is completed, rotating the 3n propellers close to each other, stopping the rotation of 3n propellers far from the center point of the fuselage, and tilting the 3n propellers far away from the center point of the fuselage toward the front. And rotating 3n propellers remote from the center of the fuselage.
  • a vertical take-off and landing aircraft that can maintain a stable movement of the fuselage in the process of generating forward thrust after vertical takeoff and its transition method.
  • a vertical take-off and landing aircraft and its transition method are provided by maximizing stability of the fuselage by utilizing a propeller far from the center of the fuselage when tilting the propeller for forward thrust conversion. .
  • the vertical take-off and landing aircraft that can maintain the stability of the fuselage during the tilting process and cope with the malfunction And a transition method thereof.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a vertical takeoff and landing aircraft according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a state in which the propeller is tilted to face upward in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing a state in which the propeller is tilted to face forward in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a transition method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a vertical takeoff and landing aircraft according to an embodiment of the present invention.
  • the vertical takeoff and landing aircraft 100 is provided with a flying fuselage 120 including a front wing part and a rear wing part, a plurality of tilting propellers 101 to 108 provided on the front wing part, and a rear wing part. It may include a plurality of tilting propellers (109 ⁇ 112) and a controller (not shown) for independently controlling the propeller operation.
  • the flying body 120 may include a front wing portion 121, 122 and the rear wing portion 130, the front wing portion 121, 122 is the left wing portion 121 and the right wing portion 122 ).
  • the left wing 121, the right wing 122, and the rear wing 130 may include a plurality of tilting propellers 101 to 112.
  • the tilting propellers 101 to 112 may be tilted upward when taken off and forward when thrust is required, and each propeller may be independently controlled.
  • the plurality of tilting propellers provided in the front wing part include, for example, a first propeller 101, a second propeller 102, a third propeller 103, and a fourth part of the left wing part 121.
  • the propeller 104, the right wing portion 122 is composed of a fifth propeller 105, a sixth propeller 106, a seventh propeller 107, an eighth propeller 107, and the rear wing portion 130.
  • a plurality of tilting propellers may be configured as a ninth propeller 109, a tenth propeller 110, an eleventh propeller 111, and a twelfth propeller 112.
  • the plurality of tilting propellers are controlled by a controller (not shown), and the first propeller 101 to the twelfth propeller 112 may be controlled upward when the flying fuselage is vertically taken off.
  • the propeller In the vertical take-off, the propeller is directed upward and the forward direction for generating the forward thrust will be described in more detail below with reference to FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 2 is a view showing a state in which the propeller is tilted to face upward in accordance with an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a view showing a state in which the propeller is tilted to face forward in accordance with an embodiment of the present invention.
  • the seventh propeller 107 faces upward and generates thrust for vertical takeoff.
  • the eighth propeller 108 is tilted forward to move forward after vertical takeoff. Can generate forward thrust for flight.
  • two pairs of the first propeller to the twelfth propeller are included, and a pair of propellers (first propeller, third propeller, sixth propeller, and eighth propeller) distant from the fuselage center point of each pair of propellers Propeller, ninth propeller, twelfth propeller) and propeller sets (second propeller, fourth propeller, fifth propeller, seventh propeller, tenth propeller, and eleventh propeller) close to the fuselage center point.
  • propeller sets second propeller, fourth propeller, fifth propeller, seventh propeller, tenth propeller, and eleventh propeller
  • the propeller for maintaining the horizontal level is more stable as the propeller farther away from the center of the fuselage, the more stable propeller set (first propeller, third propeller, sixth propeller, eighth propeller, ninth propeller) ,
  • the twelfth propeller is used for initial leveling, and the front propeller set (second propeller, fourth propeller, fifth propeller, seventh propeller, tenth propeller, and eleventh propeller) close to the center of the fuselage is turned off.
  • the propeller After tilting toward, after the tilting is completed, the propeller is rotated to generate a forward thrust, and then again, a propeller set (first propeller, third propeller, sixth propeller, eighth propeller, ninth propeller, and ninth propeller) that is far from the fuselage center point 12 propeller) in the state of stopping the rotation of the propeller, and after rotating the propeller after the tilting is completed, maintaining the balance of the fuselage in the tilting process Can be done effectively.
  • a propeller set first propeller, third propeller, sixth propeller, eighth propeller, ninth propeller, and ninth propeller
  • propeller thrust summation of the front wing and the rear wing is preferably configured to be at least 2.4 times greater than the weight of the flying vehicle.
  • the thrust of the 12 propellers would be 2.4 times the weight of the aircraft body, which would have sufficient lift and leveling force. If used for altitude and leveling, the propeller thrust of the six propellers will be 1.2 times the weight of the flying fuselage, so it can be operated with minimal thrust to maintain level and balance the fuselage. However, it can be configured to generate more than 1.2 times the thrust in order to prepare for a malfunction of some propellers and more stable operation.
  • control unit to control the propeller set close to the center of the fuselage and the propeller set far away from the fuselage center point in order to be tilted in sequence, it can be controlled to proceed in three steps.
  • the propeller set close to the fuselage center point decreases the thrust and the propeller set far from the fuselage center point can maintain the body posture with a thrust greater than 1.2 times the body weight.
  • the propeller may be tilted forward after stopping the rotation of the propeller set far from the center of the fuselage, and the propeller may be rotated again when the tilting is completed.
  • control unit initially maintains the propeller set (first propeller, third propeller, sixth propeller, eighth propeller, ninth propeller, and twelfth propeller) distant from the fuselage center point when the vertical takeoff is completed.
  • abnormal motion is detected in at least one of the propellers belonging to the propeller set (first propeller, third propeller, sixth propeller, eighth propeller, ninth propeller, twelfth propeller) distant from the fuselage center point.
  • the malfunction detection propeller and the propeller at the left and right symmetry points are turned off together. It can be controlled to balance the control, or if the malfunction is detected in one of the propeller set close to the center of the fuselage can be controlled by changing the order of the tilting set.
  • the controller may further detect two of the propellers (first propeller to fourth propeller) of the left wing that are not detected when abnormal operation is detected in two propellers among the first propeller to the twelfth propeller. Select two of the propellers (five propellers to eight propellers) of the right wing portion is not detected, and abnormal movements of the propellers (ninth to 12th propellers) of the rear wing are not detected. By selecting two of the non-propellers, the selected six propellers can be classified into propeller sets used to maintain posture after vertical takeoff, and the remaining propellers can be controlled to perform tilting by classifying the propellers to be tilted with priority. .
  • the propeller close to the center of the fuselage can be used to maintain the position of the fuselage when the propeller is tilted for forward thrust switching, thereby maximizing the stability of the fuselage and changing the tilting propeller set when detecting the propeller that may cause malfunctions when the propeller is tilted.
  • a thrust control aircraft capable of maintaining stability of the fuselage in the tilting process and coping with malfunctions can be provided.
  • FIG. 4 is an operation flowchart illustrating a transition method according to an exemplary embodiment of the present invention, and content overlapping with the contents described with reference to FIGS. 1 to 3 will be simplified and described.
  • step 410 2n (n is a natural number) left wing propeller, 2n (n is a natural number) right wing propeller, and 2n (n is a natural number) rear wing propeller are tilted upward or downward. Take off the fuselage. That is, the total number of propellers is an even number, and the same number of propellers may be provided on the left wing, the right wing, and the rear wing.
  • step 420 3n propellers far from the center of the fuselage maintain rotation, based on a preset propeller among 6n propellers, and close 3n propellers stop rotation, and the close 3n propellers move forward. Can be tilted to face.
  • the propeller far from the center of the fuselage serves to maintain the horizontal
  • the remaining propeller is tilted in a state in which the rotation is stopped to face forward, it is possible to maintain a stable horizontal state of the fuselage in the tilting process.
  • step 430 when the tilting is completed, the close 3n propellers may be rotated, the 3n propellers far from the center point of the fuselage may be stopped, and the 3n propellers far from the center point of the fuselage may be tilted forward. .
  • the other half of the propeller may be tilted so that the tilting of the entire propeller is performed smoothly.
  • step 440 it is possible to rotate 3n propellers far from the center of the fuselage to generate forward thrust for the other half of the propellers in which the tilting is completed.
  • the thrust control method according to an embodiment of the present invention may be recorded in a computer readable medium including program instructions for performing operations implemented by various computers.
  • the computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • the medium or program instructions may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts.
  • Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks.
  • Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

Abstract

수직이착륙항공기 및 그 천이방법이 개시된다. 수직이착륙항공기는, 전방날개부 및 후방날개부를 포함하는 비행동체, 상기 전방날개부의 좌측날개부와 우측날개부에 각각 마련되는 다수의 틸팅 프로펠러, 상기 후방날개부에 마련되는 다수의 틸팅 프로펠러 및 상기 전방날개부와 상기 후방날개부의 프로펠러 동작을 독립적으로 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

수직이착륙항공기 및 그 천이방법
본 발명은 수직이착륙항공기 및 그 천이방법에 관한 것으로 특히, 다수개의 프로펠러의 회전을 독립적으로 제어하여 추력을 제어하는 항공기 및 그 천이방법에 관한 것이다.
수직 이착륙이 가능한 항공기 기타 동체에서 이착륙을 위한 프로펠러의 추력을 제어하는 기술에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 종래에도 프로펠러의 틸팅을 통해 수직 이착륙의 추력을 제어하는 수직 이착륙 무인 항공기(한국공개특허 10-2014-0034370) 등이 개시되어 있으나, 종래기술은 단순히 3개의 프로펠러를 이용하여 추력을 제어하여 이착륙을 수행하므로, 틸팅 과정에서 동체의 움직임을 안정적으로 유지하기에는 어려움이 있었다.
따라서, 틸팅 과정에서 동체의 움직임을 안정적으로 유지하면서도 추력을 효과적으로 제어할 수 있는 수직이착륙항공기 및 그 천이방법에 관한 연구가 요구된다.
본 발명은 다수의 프로펠러를 독립적으로 제어하여 틸팅함으로써, 수직 이륙 후 전진 추력을 발생시키는 과정과 전진비행 중 발생하고 있는 추력을 수직방향의 추력으로 전환하는 과정에서 동체의 안정적인 움직임을 유지할 수 있는 수직이착륙항공기 및 그 천이방법을 제공한다.
본 발명은 다수의 프로펠러를 사용하여 공중에서 자세를 유지할 수 있는 두 가지 이상의 모터조합을 가지도록 하는 수직이착륙항공기 및 그 천이방법을 제공한다.
본 발명은 전진 추력 전환을 위한 프로펠러의 틸팅 시 동체 중심에 먼 프로펠러를 동체의 자세 유지에 활용함으로써, 동체의 안정성을 극대화할 수 있는 수직이착륙항공기 및 그 천이방법을 제공한다.
본 발명은 전진 추력 전환을 위한 프로펠러의 틸팅 시 오동작이 우려되는 프로펠러 감지시 틸팅 프로펠러 셋을 변경함으로써, 틸팅 과정에서의 동체의 안정성을 유지하고 오동작에 대처할 수 있는 수직이착륙항공기 및 그 천이방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 추력 제어 항공기는, 전방날개부 및 후방날개부를 포함하는 비행동체, 상기 전방날개부의 좌측날개부와 우측날개부에 각각 마련되는 다수의 틸팅 프로펠러, 상기 후방날개부에 마련되는 다수의 틸팅 프로펠러 및 상기 전방날개부와 상기 후방날개부의 프로펠러 동작을 독립적으로 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 전방날개부와 상기 후방날개부의 프로펠러 추력 합산은 상기 비행동체의 무게보다 2.4배 내지 4.8배 큰 것일 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 전방날개부에 마련된 다수의 틸팅 프로펠러는, 상기 좌측날개부에 제1 프로펠러 내지 제4 프로펠러, 상기 우측날개부에 제5 프로펠러 내지 제8 프로펠러로 구성되고, 상기 후방날개부에 마련된 다수의 틸팅 프로펠러는, 제9 프로펠러 내지 제12 프로펠러로 구성될 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 제어부는, 상기 비행동체의 수직 이륙 시에 상기 제1 프로펠러 내지 제12 프로펠러는 상방을 향하도록 제어하며, 상기 제1 프로펠러 내지 제12 프로펠러는 2개가 한쌍을 이루되, 각 쌍을 이루는 프로펠러 중 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋(제1 프로펠러, 제3 프로펠러, 제6 프로펠러, 제8 프로펠러, 제9 프로펠러, 제12 프로펠러)과 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋(제2 프로펠러, 제4 프로펠러, 제5 프로펠러, 제7 프로펠러, 제10 프로펠러, 제11 프로펠러)로 구성하되, 수직 이륙 완료 후에 상기 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋과 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋이 순차적으로 틸팅되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 제어부는, 수직 이륙 완료 후에 상기 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋과 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋이 순차적으로 틸팅되도록 3단계로 제어하며, 제1 천이단계에서는, 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋은 추력을 감소시키고 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋은 동체 무게의 1.2배보다 큰 추력으로 동체의 자세를 유지하며, 제2 천이단계에서는, 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋의 회전을 중지한 후 전방을 향해 틸팅(tilting)하고, 틸팅이 완료되면 다시 프로펠러가 회전되도록 제어하고, 제3 천이단계에서는, 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋의 회전을 중지한 후 전방을 향해 틸팅(tilting)하고, 틸팅이 완료되면 다시 프로펠러가 회전되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 제어부는, 상기 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋 중 하나의 프로펠러에서 이상동작이 감지된 경우, 좌우 대칭점에 있는 프로펠러의 추력을 오프시킨 후 틸팅을 수행하고, 상기 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋 중 하나의 이상동작이 감지된 경우, 수직 이륙 후, 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋으로 수직추력을 유지하고, 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋을 먼저 틸팅한 후, 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋을 틸팅하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 제어부는, 상기 제1 프로펠러내지 제12 프로펠러 중 두 개의 프로펠러에서 이상 동작이 감지된 경우, 좌측날개부의 프로펠러(제1프로펠러 내지 제4 프로펠러) 중 이상 동작이 감지되지 않은 것 중 2개를 선택하고, 우측날개부의 프로펠러(제5프로펠러 내지 제8 프로펠러) 중 이상 동작이 감지되지 않은 것 중 2개를 선택하며, 후방날개부의 프로펠러(제9프로펠러 내지 제12 프로펠러) 중 이상 동작이 감지되지 않은 것 중 2개를 선택하여, 선택된 6개의 프로펠러를 수직이륙 후 자세유지에 사용하는 프로펠러 셋으로 분류하고 나머지 프로펠러를 우선순위로 틸팅을 진행하는 프로펠러 셋으로 분류하여 틸팅을 수행하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 제어부는, 상기 비행동체의 착륙시, 이륙의 역순으로 수직 착륙할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 추력 제어 방법은, 2n(n은 자연수)개의 좌측 날개 프로펠러, 2n(n은 자연수)개의 우측 날개 프로펠러 및 2n(n은 자연수)개의 후방 날개 프로펠러를 상방으로 틸팅하여 동체를 이륙시키는 단계, 전체 6n개의 프로펠러 중 기설정된 프로펠러를 기준으로 상기 동체의 중심점에서 먼 3n개의 프로펠러는 회전을 유지하고, 가까운 3n개의 프로펠러는 회전을 중지한 후, 상기 가까운 3n개의 프로펠러가 전방을 향하도록 틸팅하는 단계, 틸팅이 완료되면, 상기 가까운 3n개의 프로펠러를 회전시키고, 상기 동체의 중심점에서 먼 3n개의 프로펠러를 회전 중지한 후 동체의 중심점에 먼 3n개의 프로펠러가 전방을 향하도록 틸팅하는 단계 및 상기 동체의 중심점에서 먼 3n개의 프로펠러를 회전시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 다수의 프로펠러를 독립적으로 제어하여 틸팅함으로써, 수직 이륙 후 전진 추력을 발생시키는 과정에서 동체의 안정적인 움직임을 유지할 수 있는 수직이착륙항공기 및 그 천이방법이 제공된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전진 추력 전환을 위한 프로펠러의 틸팅 시 동체 중심에 먼 프로펠러를 동체의 위치 유지에 활용함으로써, 동체의 안정성을 극대화할 수 있는 수직이착륙항공기 및 그 천이방법이 제공된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전진 추력 전환을 위한 프로펠러의 틸팅 시 오동작이 우려되는 프로펠러 감지시 틸팅 프로펠러 셋을 변경함으로써, 틸팅 과정에서의 동체의 안정성을 유지하고 오동작에 대처할 수 있는 수직이착륙항공기 및 그 천이방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수직이착륙항공기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 프로펠러가 상부를 향하도록 틸팅된 모습을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 프로펠러가 전방을 향하도록 틸팅된 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 천이 방법을 나타낸 동작 흐름도이다.
101~112 : 제1 프로펠러 내지 제12 프로펠러
120 : 전방날개부
121 : 좌측날개부
122 : 우측날개부
130 : 후방날개부
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의　실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수직이착륙항공기의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참고하면, 수직이착륙항공기(100)는 전방날개부 및 후방날개부를 포함하는 비행동체(120), 전방날개부에 마련되는 다수의 틸팅 프로펠러(101~108), 후방날개부에 마련되는 다수의 틸팅 프로펠러(109~112) 및 프로펠러 동작을 독립적으로 제어하는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
여기서, 비행동체(120)는 전방날개부(121, 122)와 후방날개부(130)를 포함할 수 있으며, 전방날개부(121, 122)는 좌측날개부(121) 및 우측날개부(122)를 포함한다.
좌측날개부(121), 우측날개부(122), 및 후방날개부(130)는 다수의 틸팅 프로펠러(101~112)를 포함할 수 있다. 상기 틸팅 프로펠러(101~112)는 이륙시에는 상방을 향하고, 전진 추력이 필요한 경우에는 전방을 향하도록 틸팅될 수 있으며, 각 프로펠러는 독립적으로 제어될 수 있다.
보다 상세하게는 상기 전방날개부에 마련된 다수의 틸팅 프로펠러는, 일예로, 상기 좌측날개부(121)에 제1 프로펠러(101), 제2 프로펠러(102), 제3 프로펠러(103), 제4 프로펠러(104), 상기 우측날개부(122)에 제5 프로펠러(105), 제6 프로펠러(106), 제7 프로펠러(107), 제8 프로펠러(107)로 구성되고, 상기 후방날개부(130)에 마련된 다수의 틸팅 프로펠러는, 제9 프로펠러(109), 제10 프로펠러(110), 제11 프로펠러(111), 제12 프로펠러로 구성(112)될 수 있다.
상기 다수의 틸팅 프로펠러는 제어부(미도시)에 의해 제어되는데, 상기 비행동체의 수직 이륙 시에 상기 제1 프로펠러(101) 내지 제12 프로펠러(112)는 상방을 향하도록 제어할 수 있다.
수직 이륙 시의 프로펠러가 상방을 향하는 모습 및 전진 추력 발생을 위해 전방을 향하는 모습은 도 2 및 도 3을 참고하여 이하에서 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 프로펠러가 상부를 향하도록 틸팅된 모습을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 프로펠러가 전방을 향하도록 틸팅된 모습을 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 제7 프로펠러(107)가 상방을 향하고 수직 이륙을 위한 추력을 발생시키며, 도 3을 참고하면, 제8 프로펠러(108) 등이 전방을 향하도록 틸팅되어 수직 이륙 이후에 전진비행을 위한 전진 추력을 발생시킬 수 있다.
다시 도 1을 참고하면, 상기 제1 프로펠러 내지 제12 프로펠러는 2개가 한쌍을 이루되, 각 쌍을 이루는 프로펠러 중 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋(제1 프로펠러, 제3 프로펠러, 제6 프로펠러, 제8 프로펠러, 제9 프로펠러, 제12 프로펠러)과 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋(제2 프로펠러, 제4 프로펠러, 제5 프로펠러, 제7 프로펠러, 제10 프로펠러, 제11 프로펠러)로 구성할 수 있다. 이러한 분류를 통해, 수직 이륙 완료 후에는 상기 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋과 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋이 순차적으로 틸팅되도록 제어할 수 있다.
즉, 프로펠러가 회전하는 상태에서 틸팅이 이루어지는 경우에는 틸팅 과정에서 동체의 균형을 유지하기가 복잡하고 힘들어지나, 12개의 프로펠러 중 절반은 수평상태를 유지하고, 나머지 절반은 프로펠러의 회전을 중지한 상태에서 전방을 향하도록 틸팅하며, 틸팅이 완료되면 프로펠러를 회전하여 전방 추력을 발생시킴으로써, 보다 안정적인 틸팅이 이루어 질 수 있다.
이때, 수평을 유지하기 위한 프로펠러는 동체의 중심에 먼 프로펠러일 수록 안정적인 수평 유지가 가능해지므로, 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋(제1 프로펠러, 제3프로펠러, 제6 프로펠러, 제8 프로펠러, 제9 프로펠러, 제12 프로펠러)는 초기 수평 유지에 활용되고, 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋(제2 프로펠러, 제4 프로펠러, 제5 프로펠러, 제7 프로펠러, 제10 프로펠러, 제11 프로펠러)이 오프된 상태에서 전방을 향해 틸팅된 후, 틸팅이 완료되면 프로펠러를 회전하여 전진 추력을 발생시키고, 이후 다시 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋(제1 프로펠러, 제3프로펠러, 제6 프로펠러, 제8 프로펠러, 제9 프로펠러, 제12 프로펠러)의 회전을 중지한 상태에서 전방을 향해 틸팅하고, 틸팅 완료 후 프로펠러를 회전하면, 틸팅 과정에서의 동체 균형을 유지하는 것이 효과적으로 이루어질 수 있다.
상기에서와 같이 12개의 프로펠러 중 절반만이 수평을 유지하는데 활용되는 경우가 발생하므로, 상기 전방날개부와 상기 후방날개부의 프로펠러 추력 합산은 상기 비행동체의 무게보다 2.4배 이상 크도록 구성되는 것이 바람직하다.
일예로, 전체 12개의 프로펠러로 구성되는 경우, 12개의 프로펠러가 수평유지를 위해 사용된다면, 12개의 프로펠러의 추력은 비행동체 무게의 2.4배가 되어 충분한 상승력과 수평유지력을 가지게 될 것이며, 6개의 프로펠러로 고도유지와 수평유지를 위해 사용된다면, 6개의 프로펠러의 추력은 비행동체 무게의 1.2배가 될 것이므로, 수평을 유지하고 동체의 균형을 이루기 위한 최소한의 추력으로 동작될 수 있다. 다만, 일부 프로펠러의 오동작 등을 대비하고 보다 안정적인 동작을 위해서는 1.2배 이상 추력을 발생시키도록 구성할 수 있다.
한편, 제어부는, 수직 이륙 완료 후에 상기 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋과 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋이 순차적으로 틸팅되도록 제어하되, 3단계로 나누어 진행되도록 제어할 수 있다.
우선, 제1 천이단계에서는, 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋은 추력을 감소시키고 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋은 동체 무게의 1.2배보다 큰 추력으로 동체의 자세를 유지할 수 있다.
다음으로 제2 천이단계에서는, 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋의 회전을 중지한 후 전방을 향해 틸팅(tilting)하고, 틸팅이 완료되면 다시 프로펠러가 회전되도록 제어할 수 있다.
마지막으로 제3 천이단계에서는, 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋의 회전을 중지한 후 전방을 향해 틸팅(tilting)하고, 틸팅이 완료되면 다시 프로펠러가 회전되도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(미도시)는, 수직 이륙 완료 시에 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋(제1 프로펠러, 제3 프로펠러, 제6 프로펠러, 제8 프로펠러, 제9 프로펠러, 제12 프로펠러)을 초기 수평유지를 위해 활용하나, 상기 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋(제1 프로펠러, 제3 프로펠러, 제6 프로펠러, 제8 프로펠러, 제9 프로펠러, 제12 프로펠러)에 속한 프로펠러 중 적어도 하나의 프로펠러에 이상동작이 감지된 경우에는 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋으로 수직추력을 유지하고, 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋을 먼저 틸팅한 후, 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋을 틸팅하도록 제어할 수 있고, 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋 중 하나의 이상동작이 감지된 경우, 좌우 대칭점에 있는 프로펠러의 추력을 오프시킨 후 틸팅을 수행하도록 제어할 수 있다.
즉, 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋 중 하나의 프로펠러에서 오동작이 감지된 경우, 오동작 감지 프로펠러와 좌우 대칭점에 있는 프로펠러(ex. 제2 프로펠러의 대칭점에 있는 프로펠러는 제7 프로펠러임)를 함께 오프하여 동체의 균형을 맞추도록 제어할 수도 있고, 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋 중 하나의 프로펠러에서 오동작이 감지된 경우에는 틸팅하는 셋의 순서를 바꾸어 틸팅하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부는, 상기 제1 프로펠러내지 제12 프로펠러 중 두 개의 프로펠러에서 이상 동작이 감지된 경우, 좌측날개부의 프로펠러(제1프로펠러 내지 제4 프로펠러) 중 이상 동작이 감지되지 않은 것 중 2개를 선택하고, 우측날개부의 프로펠러(제5프로펠러 내지 제8 프로펠러) 중 이상 동작이 감지되지 않은 것 중 2개를 선택하며, 후방날개부의 프로펠러(제9프로펠러 내지 제12 프로펠러) 중 이상 동작이 감지되지 않은 것 중 2개를 선택하여, 선택된 6개의 프로펠러를 수직이륙 후 자세유지에 사용하는 프로펠러 셋으로 분류하고 나머지 프로펠러를 우선순위로 틸팅을 진행하는 프로펠러 셋으로 분류하여 틸팅을 수행하도록 제어할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 다수의 프로펠러를 독립적으로 제어하여 틸팅함으로써, 수직 이륙 후 전진 추력을 발생시키는 과정에서 동체의 안정적인 움직임을 유지할 수 있다.
또한, 전진 추력 전환을 위한 프로펠러의 틸팅 시 동체 중심에 가까운 프로펠러를 동체의 위치 유지에 활용함으로써, 동체의 안정성을 극대화할 수 있으며, 프로펠러의 틸팅 시 오동작이 우려되는 프로펠러 감지시 틸팅 프로펠러 셋을 변경함으로써, 틸팅 과정에서의 동체의 안정성을 유지하고 오동작에 대처할 수 있는 추력 제어 항공기가 제공될 수 있다.
이하에서는 수직이륙 시 추력을 제어하기 위한 방법을 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 천이 방법을 나타낸 동작 흐름도이며, 상기 도 1 내지 도 3을 통해 기술된 내용과 중복되는 내용은 설명을 간소화하여 설명하기로 한다.
도 4를 참고하면, 단계(410)에서는 2n(n은 자연수)개의 좌측 날개 프로펠러, 2n(n은 자연수)개의 우측 날개 프로펠러 및 2n(n은 자연수)개의 후방 날개 프로펠러를 상방 또는 하방으로 틸팅하여 동체를 이륙시킬 수 있다. 즉, 전체 프로펠러의 수는 짝수개로 이루어지며, 좌측 날개, 우측 날개, 후방 날개에 동일한 수의 프로펠러를 마련할 수 있다.
단계(420)에서는 전체 6n개의 프로펠러 중 기설정된 프로펠러를 기준으로 상기 동체의 중심점에서 먼 3n개의 프로펠러는 회전을 유지하고, 가까운 3n개의 프로펠러는 회전을 중지한 후, 상기 가까운 3n개의 프로펠러가 전방을 향하도록 틸팅할 수 있다.
즉, 동체의 중심에 먼 프로펠러는 수평을 유지하도록 역할을 수행하고, 나머지 프로펠러는 회전을 중지한 상태에서 틸팅하여 전방을 향하도록 함으로써, 틸팅 과정에서 동체의 수평상태를 안정적으로 유지할 수 있다.
단계(430)에서는 틸팅이 완료되면, 상기 가까운 3n개의 프로펠러를 회전시키고, 상기 동체의 중심점에서 먼 3n개의 프로펠러를 회전 중지한 후 동체의 중심점에 먼 3n개의 프로펠러가 전방을 향하도록 틸팅할 수 있다.
즉, 절반의 프로펠러에 대한 틸팅이 완료되면, 나머지 절반의 프로펠러도 틸팅하여 전체 프로펠러의 틸팅이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
단계(440)에서는 동체의 중심점에서 먼 3n개의 프로펠러를 회전하도록 하여, 틸팅이 완료된 나머지 절반의 프로펠러에 대해서도 전진 추력을 발생시키도록 동작시킬 수 있다.
상기와 같이, 프로펠러의 그룹을 나누어 일부 그룹은 수평을 유지하는데 사용하고 나머지 그룹은 프로펠러를 오프한 상태로 틸팅되도록 하며, 상기와 같은 방식으로 순차적으로 모든 프로펠러를 틸팅할 수 있어 틸팅 과정에서 동체의 안정성을 확보할 수 있는 추력 제어 방법이 제공될 수 있다.
또한 본 발명의 일실시예에 따른, 추력 제어 방법은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 본 발명의 일실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 일실시예는 상기 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.　 따라서, 본 발명의 일실시예는 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 전방날개부 및 후방날개부를 포함하는 비행동체;
    상기 전방날개부의 좌측날개부와 우측날개부에 각각 마련되는 다수의 틸팅 프로펠러;
    상기 후방날개부에 마련되는 다수의 틸팅 프로펠러; 및
    상기 전방날개부와 상기 후방날개부의 프로펠러 동작을 독립적으로 제어하는 제어부
    를 포함하는 수직이착륙항공기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전방날개부와 상기 후방날개부의 프로펠러 추력 합산은 상기 비행동체의 무게보다 2.4배 내지 4.8배 큰 것을 특징으로 하는 수직이착륙항공기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전방날개부에 마련된 다수의 틸팅 프로펠러는,
    상기 좌측날개부에 제1 프로펠러 내지 제4 프로펠러, 상기 우측날개부에 제5 프로펠러 내지 제8 프로펠러로 구성되고,
    상기 후방날개부에 마련된 다수의 틸팅 프로펠러는,
    제9 프로펠러 내지 제12 프로펠러로 구성되는 것을 특징으로 하는 수직이착륙항공기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 비행동체의 수직 이륙 시에 상기 제1 프로펠러 내지 제12 프로펠러는 상방을 향하도록 제어하며, 상기 제1 프로펠러 내지 제12 프로펠러는 2개가 한쌍을 이루되, 각 쌍을 이루는 프로펠러 중 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋(제1 프로펠러, 제3 프로펠러, 제6 프로펠러, 제8 프로펠러, 제9 프로펠러, 제12 프로펠러)과 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋(제2 프로펠러, 제4 프로펠러, 제5 프로펠러, 제7 프로펠러, 제10 프로펠러, 제11 프로펠러)로 구성하되,
    수직 이륙 완료 후에 상기 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋과 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋이 순차적으로 틸팅되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수직이착륙항공기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    수직 이륙 완료 후에 상기 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋과 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋이 순차적으로 틸팅되도록 3단계로 제어하며,
    제1 천이단계에서는, 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋은 추력을 감소시키고 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋은 동체 무게의 1.2배보다 큰 추력으로 동체의 자세를 유지하며,
    제2 천이단계에서는, 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋의 회전을 중지한 후 전방을 향해 틸팅(tilting)하고, 틸팅이 완료되면 다시 프로펠러가 회전되도록 제어하고,
    제3 천이단계에서는, 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋의 회전을 중지한 후 전방을 향해 틸팅(tilting)하고, 틸팅이 완료되면 다시 프로펠러가 회전되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수직이착륙항공기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋 중 하나의 프로펠러에서 이상동작이 감지된 경우, 좌우 대칭점에 있는 프로펠러의 추력을 오프시킨 후 틸팅을 수행하고,
    상기 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋 중 하나의 이상동작이 감지된 경우, 수직 이륙 후, 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋으로 수직추력을 유지하고, 동체 중심점에서 먼 프로펠러 셋을 먼저 틸팅한 후, 동체 중심점에서 가까운 프로펠러 셋을 틸팅하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수직이착륙항공기.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 프로펠러내지 제12 프로펠러 중 두 개의 프로펠러에서 이상 동작이 감지된 경우, 좌측날개부의 프로펠러(제1프로펠러 내지 제4 프로펠러) 중 이상 동작이 감지되지 않은 것 중 2개를 선택하고, 우측날개부의 프로펠러(제5프로펠러 내지 제8 프로펠러) 중 이상 동작이 감지되지 않은 것 중 2개를 선택하며, 후방날개부의 프로펠러(제9프로펠러 내지 제12 프로펠러) 중 이상 동작이 감지되지 않은 것 중 2개를 선택하여, 선택된 6개의 프로펠러를 수직이륙 후 자세유지에 사용하는 프로펠러 셋으로 분류하고 나머지 프로펠러를 우선순위로 틸팅을 진행하는 프로펠러 셋으로 분류하여 틸팅을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수직이착륙항공기.
  8. 2n(n은 자연수)개의 좌측 날개 프로펠러, 2n(n은 자연수)개의 우측 날개 프로펠러 및 2n(n은 자연수)개의 후방 날개 프로펠러를 상방으로 틸팅하여 동체를 이륙시키는 단계;
    전체 6n개의 프로펠러 중 기설정된 프로펠러를 기준으로 상기 동체의 중심점에서 먼 3n개의 프로펠러는 회전을 유지하고, 가까운 3n개의 프로펠러는 회전을 중지한 후, 상기 가까운 3n개의 프로펠러가 전방을 향하도록 틸팅하는 단계;
    틸팅이 완료되면, 상기 가까운 3n개의 프로펠러를 회전시키고, 상기 동체의 중심점에서 먼 3n개의 프로펠러를 회전 중지한 후 동체의 중심점에 먼 3n개의 프로펠러가 전방을 향하도록 틸팅하는 단계; 및
    상기 동체의 중심점에서 먼 3n개의 프로펠러를 회전시키는 단계
    를 포함하는 천이 방법.
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