WO2021029492A1 - 수직 이착륙기용 상승 장치 - Google Patents

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WO2021029492A1
WO2021029492A1 PCT/KR2019/016036 KR2019016036W WO2021029492A1 WO 2021029492 A1 WO2021029492 A1 WO 2021029492A1 KR 2019016036 W KR2019016036 W KR 2019016036W WO 2021029492 A1 WO2021029492 A1 WO 2021029492A1
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WO
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vane
diswall
variable
lifting
variable vane
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PCT/KR2019/016036
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English (en)
French (fr)
Inventor
최재호
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한화에어로스페이스 주식회사
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    • 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
    • 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
    • B64C29/0041—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 jet motors
    • B64C29/0058—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 jet motors with vertical jet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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    • B64C29/005—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 jet motors the motors being fixed relative to the fuselage

Definitions

  • the present invention relates to a lifting device for vertical takeoff and landing aircraft.
  • a vertical takeoff and landing aircraft is a vehicle that can vertically ascend or descend during takeoff and landing.
  • the fan-in-body type vertical take-off and landing aircraft is an aircraft in which a lift fan is installed in a duct installed on the fuselage of the aircraft, and the lift fan can rotate to obtain lift. It is a vehicle that can reduce
  • fan-in-body vertical take-off and landing aircraft include a plurality of duct systems and variable vanes installed in each duct system.
  • the pitching moment and rolling moment are controlled by controlling the air flow generated through each duct system through variable vanes.
  • And yaw moment and other moments are adjusted.
  • Such moment control technology is an important technology for control stability and maneuverability of vertical takeoff and landing aircraft.
  • FIG. 1 shows a conventional vertical take-off and landing aircraft 10 in which two lifting devices 12 are installed on the fuselage 11, and FIG. 2 shows a state of the duct outlet 13a located below the lifting device 12 Has been.
  • a lifting fan 14 and a variable vane device 15 are installed in the duct 13 of the lifting device 12, and the variable vane device 15 is installed at the duct outlet 13a located below the duct 13. .
  • the rim shape of the inner surface of the duct outlet 13a is circular, and the flow rate of the edge A portion is less than the flow rate flowing in the center B portion by such a circular shape,
  • the flow rate of the edge A portion is less than the flow rate flowing in the center B portion by such a circular shape
  • the leakage flow rate increases at the end portion C of the variable vane, and there is also a restriction on the moment generation.
  • the main task is to provide an ascending device for vertical takeoff and landing aircraft with improved performance.
  • a lifting fan device And, at least one variable vane device disposed under the lifting fan device; And, the lifting fan device is installed and the inner surface has a circular rim is installed It provides a lifting device for a vertical take-off and landing aircraft, including a duct, which communicates with the lift fan installation portion, the variable vane device is installed, and includes at least one variable vane installation portion having a rectangular rim on an inner surface.
  • the ascending device has an effect of improving the control performance and maneuvering performance of the vertical take-off and landing aircraft, since the moment control function of the vertical take-off and landing aircraft can be improved.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a conventional vertical take-off and landing aircraft.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a state in which a variable vane device is installed as a view of a duct exit located on the lower surface of the vertical takeoff and landing aircraft of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view showing a state of a vertical take-off and landing aircraft according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view showing the bottom of the vertical take-off and landing aircraft of FIG.
  • FIG. 5 is a schematic exploded perspective view showing an exploded elevation device of the vertical take-off and landing aircraft of FIG. 3.
  • FIG. 6 is a schematic view showing the bottom of a vertical take-off and landing aircraft according to a variation of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic perspective view showing the duct of the lifting device of the vertical take-off and landing aircraft of FIG. 3 separated.
  • FIG. 8 is a schematic plan view of the duct of FIG. 7;
  • FIG. 9 is a schematic view showing the operation of the lifting device of the vertical take-off and landing aircraft of FIG.
  • FIG. 10 is a view showing part D of FIG. 9 and is a schematic view showing a state of air flow flowing through the diswall vane of the diswall vane device.
  • FIG. 11 is a view showing part E of FIG. 9, and is a schematic view showing a state in which the first and second vanes of the variable vane device are installed and the state of air flow flowing through the variable vane device.
  • a lifting fan device And, at least one variable vane device disposed under the lifting fan device; And, the lifting fan device is installed and the inner surface has a circular rim is installed It provides a lifting device for a vertical take-off and landing aircraft, including a duct, which communicates with the lift fan installation portion, the variable vane device is installed, and includes at least one variable vane installation portion having a rectangular rim on an inner surface.
  • a diswall vane device is disposed between the lift fan device and the variable vane device, and the duct is disposed between the lift fan installation part and the variable vane installation part, and the inner surface has a circular edge.
  • a vane installation unit may be provided, and the diswall vane device may be installed on the diswall vane installation unit.
  • a portion of the diswall vane of the diswall vane device disposed on the side of the lift fan device has a shape inclined with respect to a vertical direction to receive the flow of air from the lift fan device, and the diswall vane device Among the portions of the diswall vanes of the, a portion disposed on the side of the variable vane device may have a shape facing a vertical direction.
  • variable vane device may include a first vane and a second vane having a length shorter than the length of the first vane.
  • the height of the lower end of the first vane may be the same as the height of the lower end of the second vane.
  • first vane and the second vane may be alternately disposed.
  • the second vane may be disposed at an edge of the variable vane device.
  • variable vane installation portions may be four.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view showing a state of the vertical take-off and landing aircraft according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic view showing the bottom of the vertical take-off and landing aircraft of FIG. 3
  • FIG. It is a schematic exploded perspective view showing the lifting device exploded.
  • the vertical take-off and landing aircraft 100 includes a main body 110, a wing 120, a lifting device 130, a thrust device 140, and the like.
  • the vertical take-off and landing aircraft 100 is a fan-in-body type vertical take-off and landing aircraft because the lifting device 130 is disposed on the main body 110.
  • the wings 120 are attached to both left and right sides of the body 110.
  • the thrust device 140 provides thrust for forward movement of the vertical take-off and landing aircraft 100, and for this purpose, a propeller, a jet engine, and the like are provided.
  • the lifting device 130 includes a duct 131, a lift fan device 132, a variable vane device 133, and a diswall vane device 134.
  • the duct 131 functions as a passage through which air flows, and an inlet portion 131a is positioned above the duct 131, and four outlet portions 131b are positioned below the duct 131.
  • lifting fan installation portion (131a_1) is disposed inside the inlet portion (131a), the lifting fan installation portion (131a_1) has a circular edge on the inner surface, and the lifting fan installation portion ( A lift fan device 132 is installed in 131a_1.
  • a diswall vane installation portion 131a_2 is disposed below the lifting fan installation portion 131a_1. That is, the diswall vane installation portion (131a_2) is disposed between the lift fan installation portion (131a_1) and the variable vane installation portion (131b_1), the inner surface has a circular rim, the diswall vane installation portion (131a_2) A wall vane device 134 is installed.
  • variable vane installation portion 131b_1 communicates with the lift fan installation portion 131a_1 and has a rectangular rim on the inner surface, and a variable vane device 133 is installed in the variable vane installation portion 131b_1.
  • variable vane installation portion 131b_1 Since the variable vane installation portion 131b_1 has a rectangular rim on its inner surface, the flow rate flowing in the center of the variable vane installation portion 131b_1 and the flow rate flowing at the edge are substantially the same. That is, in the case of the conventional duct outlet 13a shown in FIG. 2, since the shape of the rim of the inner surface is circular, the flow rate passing through the center portion and the edge portion is different, so that there is a restriction on the moment generation. Since the variable vane installation portion (131b_1) has a square frame inside, the flow rate passing through the edge portion of the variable vane installation portion (131b_1) is compared with the flow rate passing through the center portion of the variable vane installation portion (131b_1). So it doesn't change much. Therefore, the structure of the variable vane installation part 131b_1 of the present embodiment helps to generate a moment.
  • the duct 131 of this embodiment has four outlet portions 131b, and each outlet portion 131b has a variable vane installation portion 131b_1 ) And a variable vane device 133 are installed, so that moments can be independently generated for each of the left and right and front and rear sides, the pitching moment, rolling moment, and yaw moment of the vertical take-off and landing aircraft 100 are all Can be adjusted.
  • the duct 131 of this embodiment has four outlets (131b), and is configured to control all of the pitching moment, rolling moment, and yaw moment of the vertical take-off and landing aircraft 100 with one lifting device 130, but this
  • the invention is not limited thereto. That is, there is no particular limitation on the number of outlet portions of the duct 131 according to the present invention.
  • the number of outlet portions of the duct 131 according to the present invention may be one, two, three, five, etc. In that case, the number of lifting devices 130 required for the vertical take-off and landing aircraft 100 or The number of posture adjustment devices added should also be properly adjusted.
  • Figure 6 is a schematic view showing the bottom of a vertical take-off and landing aircraft according to a modified example of the embodiment of the present invention, when the number of outlets (131b') of the duct is two, in that case, a separate posture Adjustment fan devices (not shown) can be installed on vertical takeoff and landing.
  • the lifting fan device 132 includes a lifting fan 132a and a fan driving unit 132b.
  • the lifting fan device 132 is disposed in the lifting fan installation part 131a_1 located above the duct 131.
  • the fan driving unit 132b includes a driving device such as a motor and an engine and generates power to generate lift. The power is transmitted to the fan 132a.
  • variable vane device 133 is disposed below the lifting fan device 132 to adjust the direction of the air flow created by the lifting fan device 132.
  • variable vane device 133 is disposed on the variable vane installation portion 131b_1, and as described above, the variable vane installation portion 131b_1 has a rectangular rim on the inner surface, so the edge portion of the variable vane installation portion 131b_1 The flow rate passing through is not significantly different compared to the flow rate passing through the central portion of the variable vane mounting portion 131b_1.
  • the variable vane device 133 includes a variable vane driver 133a and a variable vane portion 133b, and the variable vane portion 133b includes a first vane 133b_1 and a second vane 133b_2.
  • variable vane driving part 133a performs a function of rotating the variable vane part 133b.
  • the variable vane driving unit 133a may include a motor, a power transmission device, or the like.
  • variable vane portion 133b is formed of two types of a first vane 133b_1 and a second vane 133b_2 having different lengths, but the present invention is not limited thereto. That is, the variable vane portion 133b according to the present invention may be made of only vanes having the same length, and may be made of three or more vanes having different lengths.
  • the first vane 133b_1 and the second vane 133b_2 have different lengths, but the length of the second vane 133b_2 is shorter than the length of the first vane 133b_1.
  • the first vane 133b_1 and the second vane 133b_2 are alternately arranged, and the end 133b_11 located below the ends of the first vane 133b_1 is located below the end of the second vane 133b_2. It has the same height H1 as the positioned end portion 133b_21.
  • the arrangement of the first vane 133b_1 and the second vane 133b_2 is such that when the vane angle is changed, the length of the second vane 133b_2 is shorter than the length of the first vane 133b_1 to facilitate the rotation of the vane. It is for sake. That is, when the vane angle is changed for moment control, the difference between the vane and the flow angle increases, and the inflow of air is not smooth.In this embodiment, the length of the second vane 133b_2 is short. Since the height H3 is also lower than the height H2 of the first vane 133b_1, the flow inlet of the air is widened so that the inflow of air is smooth, and the flow direction can be easily switched.
  • the first vane 133b_1 and the second vane 133b_2 according to the present embodiment are alternately arranged, but the present invention is not limited thereto. That is, according to the present invention, the first vanes 133b_1 and the second vanes 133b_2 need only be evenly arranged, and the first vanes 133b_1 and the second vanes 133b_2 need not be alternately arranged in order.
  • a second vane 133b_2 is disposed at an edge of the variable vane device 133. This is because when the second vane 133b_2 is disposed at the edge of the variable vane device 133, the length of the second vane 133b_2 is short, compared to the case where the first vane 133b_1 is disposed at the edge. Since the gap between the inner surface of the 133b_2) and the variable vane installation part 131b_1 becomes wider, it is possible to smooth the flow. This helps to generate a moment due to the air flow at the edge of the variable vane device 133, thereby improving the moment control performance.
  • variable vane portion 133b is formed of two types of a first vane 133b_1 and a second vane 133b_2 having different lengths, but the present invention is not limited thereto. That is, the variable vane portion 133b according to the present invention may be made of only vanes having the same length, and may be made of three or more vanes having different lengths. Here, when the variable vane portion 133b is made of three or more vanes having different lengths, the flow flow can be improved by arranging the shortest vane at the edge.
  • the diswall vane device 134 is disposed between the lift fan device 132 and the variable vane device 133, and is installed on the diswall vane installation portion 131a_2 having a circular rim on the inner surface.
  • the diswall vane device 134 is a device that smoothes the flow of air introduced from the lift fan device 132. That is, the air flow from the lift fan device 132 has an approximately oblique direction according to the rotation of the lift fan 132a, and when such air flow directly flows into the variable vane device 133, the collision angle between the vane and the flow becomes The performance can be reduced by increasing the size, which is a device for preventing such performance reduction.
  • the diswall vane device 134 is provided with a plurality of diswall vanes 134a.
  • the upper portion 134a_1 of the diswall vane 134a that is, on the side of the lift fan device 132
  • the arranged portion has a shape inclined at a predetermined angle ⁇ with respect to the vertical direction N to receive the flow of air from the lifting fan device 132.
  • the lower portion 134a_2 of the diswall vane 134a that is, a portion disposed on the side of the variable vane device 133 has a shape facing the vertical direction N.
  • the shape of the diswall vane 134a is a structure for smoothly receiving the flow of air from the lift fan device 132 and then sending it to the variable vane device 134, and is intended to minimize flow loss.
  • the lifting device 100 according to the present embodiment includes the diswall vane device 134, but the present invention is not limited thereto. That is, the lifting device 100 according to the present invention may not include the diswall vane device 134. However, in that case, it is desirable to appropriately change the internal structure of the duct 110 or install a separate vane to reduce flow loss.
  • the fan driving unit 132b of the lifting fan device 132 is operated to rotate the lifting fan 132a.
  • Air introduced into the diswall vane device 134 is first guided by the upper portion 134a_1 of the diswall vane 134a having a shape inclined with respect to the vertical direction (N), and then, the diswall vane 134a It moves to the lower part 134a_2 of and is discharged in the vertical direction (N).
  • the air discharged from the diswall vane device 134 is divided into four outlet portions 131b and moved to the variable vane device 133 installed at each outlet portion 131b.
  • variable vane installation portion (131b_1) of the outlet portion (131b) has a rectangular rim, so that the flow rate passing through the edge portion of the variable vane installation portion (131b_1) is Compared to the flow rate passing through the center part, it does not change significantly, so it helps to generate a moment.
  • the duct 131 of the lifting device 130 of this embodiment has four outlet portions 131b, and a variable vane device 133 is installed at each outlet portion 131b, so the left and right sides and front and rear sides are independently Since the moment can be generated, it is possible to control all of the pitching moment, rolling moment, and yawing moment of the vertical take-off and landing aircraft 100 with one lifting device 130.
  • the lifting device 130 according to the present embodiment rotates the first vane 133b_1 and the second vane 133b_2 for each moment adjustment, the height of the second vane 133b_2 is the first vane ( Since it is lower than the height of 133b_1), it is easy to change the air flow direction.
  • the outlet portion 131b of the duct 131 of the lifting device 100 since the outlet portion 131b of the duct 131 of the lifting device 100 according to the present embodiment has a rectangular rim, it passes through the edge portion of the variable vane installation portion 131b_1. The flow rate does not change significantly compared to the flow rate passing through the central portion of the variable vane mounting portion 131b_1. Therefore, the structure of the variable vane installation part 131b_1 of the present embodiment helps to generate a moment.
  • the duct 131 of the lifting device 100 has four outlet portions 131b, and a variable vane device 133 is installed at each outlet portion 131b, the left and right and Since each of the front and rear can independently generate a moment, it is possible to adjust all of the pitching moment, rolling moment, and yaw moment of the vertical take-off and landing aircraft 100 with one ascending device 130.
  • the length of the second vane 133b_2 is greater than the length of the first vane 133b_1 Since it is short and its height is also lower than that of the first vane 133b_1, when the angle of the vane is changed, the flow inlet is widened so that it is easy to change the air flow direction.
  • the second vane 133b_2 is disposed at the edge of the variable vane device 133, thereby increasing the distance between the second vane 133b_2 and the inner surface of the variable vane mounting portion 131b_1.
  • the moment control performance is improved by helping to generate a moment due to the air flow at the edge.
  • the lifting device for a vertical take-off and landing aircraft of this embodiment can be used in an industry that manufactures, tests, and operates a lifting device for use in a vertical take-off and landing aircraft.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 양력 팬 장치와, 상기 양력 팬 장치의 하방에 배치되는 적어도 하나의 가변 베인 장치와, 상기 양력 팬 장치가 설치되며 안쪽 면이 원형의 테두리를 가지는 양력 팬 설치부와 상기 양력 팬 설치부와 연통되고 상기 가변 베인 장치가 설치되며 안쪽 면이 사각형의 테두리를 가지는 적어도 하나의 가변 베인 설치부를 구비하는 덕트를 포함하는 수직 이착륙기용 상승 장치를 제공한다.

Description

수직 이착륙기용 상승 장치
본 발명은 수직 이착륙기용 상승 장치에 대한 것이다.
수직 이착륙기란 이착륙 시 수직으로 상승 또는 하강할 수 있는 비행체이다.
수직 이착륙기 중 Fan-in-body 형의 수직 이착륙기는, 비행체의 동체에 설치된 덕트에 양력팬이 설치된 비행체로서, 양력팬이 회전하여 양력을 얻을 수 있는데 동체에 양력팬이 설치되기 때문에 비행 시 공기 저항을 줄일 수 있는 비행체이다.
수직 이착륙기의 안정적인 운용을 위해 수직 이착륙기의 피칭 모멘트, 롤링 모멘트, 요잉 모멘트를 제어하는 기술은 필수적이다.
일반적으로 Fan-in-body 형의 수직 이착륙기는 복수개의 덕트 시스템과 각 덕트 시스템에 설치된 가변 베인을 포함하고 있는데, 각 덕트 시스템을 통해 발생되는 공기 흐름을 가변 베인을 통해 제어함으로써 피칭 모멘트, 롤링 모멘트, 요잉 모멘트 등의 모멘트를 조절하게 된다. 그러한 모멘트 조절 기술은 수직 이착륙기의 제어 안정성 및 기동성에 중요한 기술이다.
도 1에는 동체(11)에 2개의 상승 장치(12)가 설치된 종래의 수직 이착륙기(10)가 개시되어 있고, 도 2는 상승 장치(12)의 하방에 위치한 덕트 출구(13a)의 모습이 개시되어 있다.
상승 장치(12)의 덕트(13)에는 양력팬(14)과 가변 베인 장치(15)가 설치되는데, 가변 베인 장치(15)는 덕트(13)의 하방에 위치한 덕트 출구(13a)에 설치된다.
그런데, 도 2에 도시된 바와 같이, 덕트 출구(13a)의 안쪽 면의 테두리 형상은 원형인데, 그러한 원형 형상에 의해 중심의 B 부분에 흐르는 유량보다 가장자리의 A 부분의 유량이 더 적게 되므로, 덕트 출구(13a)로부터 배출되는 공기 유동이 일으키는 모멘트의 발생에 있어 제약이 존재하게 된다. 또한, 덕트 출구(13a)의 안쪽 면의 테두리 형상이 원형이므로, 가변 베인의 단부인 C 부분에서 누설 유량이 많게 되어 역시 모멘트 발생에 제약이 존재하게 된다.
개선된 성능을 가지는 수직 이착륙기용 상승 장치를 제공하는 것을 주된 과제로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 양력 팬 장치;와, 상기 양력 팬 장치의 하방에 배치되는 적어도 하나의 가변 베인 장치;와, 상기 양력 팬 장치가 설치되며 안쪽 면이 원형의 테두리를 가지는 양력 팬 설치부와, 상기 양력 팬 설치부와 연통되고 상기 가변 베인 장치가 설치되며 안쪽 면이 사각형의 테두리를 가지는 적어도 하나의 가변 베인 설치부를 구비하는 덕트를 포함하는 수직 이착륙기용 상승 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 상승 장치는, 수직 이착륙기의 모멘트의 제어 기능을 향상시킬 수 있으므로, 수직 이착륙기의 제어 성능 및 기동 성능을 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 수직 이착륙기의 모습을 도시한 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 수직 이착륙기의 하면에 위치한 덕트 출구의 모습으로서 가변 베인 장치가 설치된 모습을 도시한 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 대한 수직 이착륙기의 모습을 도시한 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3의 수직 이착륙기의 저면을 도시한 개략적인 도면이다.
도 5는 도 3의 수직 이착륙기의 상승 장치를 분해하여 도시한 개략적인 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예의 일 변형예에 대한 수직 이착륙기의 저면을 도시한 개략적인 도면이다.
도 7은 도 3의 수직 이착륙기의 상승 장치의 덕트를 분리하여 도시한 개략적인 사시도이다.
도 8은 도 7의 덕트의 개략적인 평면도이다.
도 9는 도 3의 수직 이착륙기의 상승 장치의 작동 모습을 도시한 개략적인 도면이다.
도 10은 도 9의 D 부분을 도시한 도면으로서, 디스월 베인 장치의 디스월 베인에 흐르는 공기 유동의 모습을 도시한 개략적인 도면이다.
도 11은 도 9의 E 부분을 도시한 도면으로서, 가변 베인 장치의 제1 베인과 제2 베인이 설치된 모습과, 가변 베인 장치에 흐르는 공기 유동의 모습을 도시한 개략적인 도면이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 양력 팬 장치;와, 상기 양력 팬 장치의 하방에 배치되는 적어도 하나의 가변 베인 장치;와, 상기 양력 팬 장치가 설치되며 안쪽 면이 원형의 테두리를 가지는 양력 팬 설치부와, 상기 양력 팬 설치부와 연통되고 상기 가변 베인 장치가 설치되며 안쪽 면이 사각형의 테두리를 가지는 적어도 하나의 가변 베인 설치부를 구비하는 덕트를 포함하는 수직 이착륙기용 상승 장치를 제공한다.
여기서, 상기 양력 팬 장치와 상기 가변 베인 장치 사이에 디스월 베인 장치가 배치되고, 상기 덕트는, 상기 양력 팬 설치부와 상기 가변 베인 설치부 사이에 배치되며 안쪽 면이 원형의 테두리를 가지는 디스월 베인 설치부를 구비하고, 상기 디스월 베인 장치는 상기 디스월 베인 설치부에 설치될 수 있다.
여기서, 상기 디스월 베인 장치의 디스월 베인의 부분 중 상기 양력 팬 장치 쪽에 배치된 부분은 상기 양력 팬 장치에서 나오는 공기의 흐름을 받아들이도록 수직 방향에 대해 기울어진 형상을 가지고, 상기 디스월 베인 장치의 디스월 베인의 부분 중 상기 가변 베인 장치 쪽에 배치된 부분은 수직 방향을 향하는 형상을 가질 수 있다.
여기서, 상기 가변 베인 장치는, 제1 베인과, 상기 제1 베인의 길이보다 짧은 길이를 가지는 제2 베인을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 베인의 단부들 중 하방에 위치한 단부의 높이는, 상기 제2 베인의 단부들 중 하방에 위치한 단부의 높이와 동일할 수 있다.
여기서, 상기 제1 베인과 상기 제2 베인은 번갈아 배치될 수 있다.
여기서, 상기 가변 베인 장치의 가장자리에는 상기 제2 베인이 배치될 수 있다.
여기서, 상기 가변 베인 설치부의 개수는 4개일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 사용함으로써 중복 설명을 생략한다. 아울러 첨부된 도면에서는 설명을 위해 일부 부분 및 영역의 크기를 과장되게 나타낸 부분이 있을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 대한 수직 이착륙기의 모습을 도시한 개략적인 사시도이고, 도 4는 도 3의 수직 이착륙기의 저면을 도시한 개략적인 도면이며, 도 5는 도 3의 수직 이착륙기의 상승 장치를 분해하여 도시한 개략적인 분해 사시도이다.
도 3에 도시된 본 실시예에 따른 수직 이착륙기(100)는, 본체(110), 날개부(120), 상승 장치(130), 추력 장치(140) 등을 구비하고 있다.
본 실시예에 따른 수직 이착륙기(100)는 본체(110)에 상승 장치(130)가 배치되어 있어, Fan-in-body 형의 수직 이착륙기이다.
날개부(120)는 본체(110)의 좌우 양쪽에 부착되어 있다.
추력 장치(140)는 수직 이착륙기(100)의 전방 이동을 위한 추력을 제공하며, 이를 위해 프로펠러, 제트 엔진 등을 구비하고 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상승 장치(130)는, 덕트(131), 양력 팬 장치(132), 가변 베인 장치(133), 디스월 베인 장치(134)를 포함한다.
덕트(131)는 공기가 흐르는 통로의 기능을 수행하는데, 덕트(131)의 상부에는 입구부(131a)가 위치하며, 덕트(131)의 하부에는 4개의 출구부(131b)가 위치하고 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 입구부(131a)의 안쪽에는 양력 팬 설치부(131a_1)가 배치되는데, 양력 팬 설치부(131a_1)는 안쪽 면이 원형의 테두리를 가지고 있으며, 양력 팬 설치부(131a_1)에는 양력 팬 장치(132)가 설치된다.
양력 팬 설치부(131a_1)의 하방에는 디스월 베인 설치부(131a_2)가 배치된다. 즉 디스월 베인 설치부(131a_2)는 양력 팬 설치부(131a_1)와 가변 베인 설치부(131b_1) 사이에 배치되고, 안쪽 면이 원형의 테두리를 가지고 있으며, 디스월 베인 설치부(131a_2)에는 디스월 베인 장치(134)가 설치된다.
4개의 출구부(131b)는 각각 입구부(131a)와 연통되어 있으며, 출구부(131b)에는 각각 가변 베인 설치부(131b_1)가 배치되어 있다. 가변 베인 설치부(131b_1)는 양력 팬 설치부(131a_1)와 연통되고 안쪽 면이 사각형의 테두리를 가지고 있으며, 가변 베인 설치부(131b_1)에는 가변 베인 장치(133)가 설치된다.
가변 베인 설치부(131b_1)는 안쪽 면이 사각형의 테두리를 가지고 있으므로, 가변 베인 설치부(131b_1)의 중심에 흐르는 유량과 가장자리에 흐르는 유량이 거의 동일하게 된다. 즉 도 2에 도시된 종래의 덕트 출구(13a)의 경우에는 안쪽 면의 테두리 형상이 원형이므로 중심 부분과 가장자리 부분을 따라 통과하는 유량이 달라져 모멘트 발생에 제약이 존재하지만, 그와 달리 본 실시예의 가변 베인 설치부(131b_1)는 안쪽 면이 사각형의 테두리를 가지고 있으므로, 가변 베인 설치부(131b_1)의 가장자리 부분을 통과하는 유량이, 가변 베인 설치부(131b_1)의 중심 부분을 통과하는 유량과 비교하여 크게 달라지지 않게 된다. 따라서 본 실시예의 가변 베인 설치부(131b_1)의 구조는 모멘트 발생에 도움이 된다.
도 4, 도 5, 도 7, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 덕트(131)는 4개의 출구부(131b)를 가지고 있고, 각각의 출구부(131b)에는 가변 베인 설치부(131b_1) 및 가변 베인 장치(133)가 설치되어 있으므로, 좌우 및 전후 각각 독립적으로 모멘트를 발생시킬 수 있으므로, 하나의 상승 장치(130)로도 수직 이착륙기(100)의 피칭 모멘트, 롤링 모멘트, 요잉 모멘트를 모두 조절할 수 있게 된다.
본 실시예의 덕트(131)는 4개의 출구부(131b)를 가지고 있어 하나의 상승 장치(130)로도 수직 이착륙기(100)의 피칭 모멘트, 롤링 모멘트, 요잉 모멘트를 모두 조절할 수 있도록 구성되어 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따른 덕트(131)의 출구부의 개수에는 특별한 제한이 없다. 예를 들면 본 발명에 따른 덕트(131)의 출구부의 개수는 1개, 2개, 3개, 5개 등이 될 수 있는데, 그 경우 수직 이착륙기(100)에 필요한 상승 장치(130)의 개수 또는 부가되는 자세 조절 장치의 개수도 함께 적절히 조절하여야 한다. 예를 들어, 도 6은 본 발명의 실시예의 일 변형예에 대한 수직 이착륙기의 저면을 도시한 개략적인 도면인데, 덕트의 출구부(131b')의 개수가 2개인 경우이며, 그 경우 별도의 자세 조정 팬 장치들(미도시)이 수직 이착륙기에 설치될 수 있다.
한편, 양력 팬 장치(132)는, 양력 팬(132a)과 팬 구동부(132b)를 포함한다.
양력 팬 장치(132)는 덕트(131)의 상부에 위치한 양력 팬 설치부(131a_1)에 배치된다.
양력 팬(132a)이 회전하면 덕트(131)를 통해 공기 흐름을 만들어 내는데, 양력 팬(132a)의 회전을 위해서 팬 구동부(132b)는 모터, 엔진 등의 구동 장치를 포함하고 동력을 발생시켜 양력 팬(132a)으로 동력을 전달한다.
가변 베인 장치(133)는 양력 팬 장치(132)의 하방에 배치되어 양력 팬 장치(132)가 만들어 낸 공기 흐름의 방향을 조절한다.
가변 베인 장치(133)는 가변 베인 설치부(131b_1)에 배치되는데, 전술한 바와 같이 가변 베인 설치부(131b_1)는 안쪽 면이 사각형의 테두리를 가지고 있으므로, 가변 베인 설치부(131b_1)의 가장자리 부분을 통과하는 유량이, 가변 베인 설치부(131b_1)의 중심 부분을 통과하는 유량과 비교하여 크게 달라지지 않게 된다.
가변 베인 장치(133)는 가변 베인 구동부(133a), 가변 베인부(133b)를 포함하는데, 가변 베인부(133b)는 제1 베인(133b_1), 제2 베인(133b_2)을 포함한다.
가변 베인 구동부(133a)는 가변 베인부(133b)를 회전시키는 기능을 수행한다. 이를 위해 가변 베인 구동부(133a)는 모터, 동력 전달 장치 등을 구비할 수 있다.
본 실시예에 따르면 가변 베인부(133b)는 서로 길이가 다른 제1 베인(133b_1)과 제2 베인(133b_2)의 두 가지 종류로 이루어지는데, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따른 가변 베인부(133b)는 길이가 동일한 베인들로만 이루어질 수 있고, 길이가 서로 다른 3가지 이상의 베인들로 이루어질 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제1 베인(133b_1)과 제2 베인(133b_2)은 그 길이가 다른데, 제2 베인(133b_2)의 길이는 제1 베인(133b_1)의 길이보다 짧다. 또한 제1 베인(133b_1)과 제2 베인(133b_2)은 번갈아 배치되고, 제1 베인(133b_1)의 단부들 중 하방에 위치한 단부(133b_11)는, 제2 베인(133b_2)의 단부들 중 하방에 위치한 단부(133b_21)와 동일한 높이(H1)를 가진다.
이러한 제1 베인(133b_1)과 제2 베인(133b_2)의 배치 구성은, 베인 각도의 변경 시 제2 베인(133b_2)의 길이가 제1 베인(133b_1)의 길이보다 짧아서 베인의 회전이 용이하게 하기 위함이다. 즉, 모멘트 제어를 위해 베인 각도를 변경하려 하면 베인과 유동의 각도의 차이(Incidence angle)가 증가하여 공기의 유입 흐름이 원만하지 않은데, 본 실시예의 경우에는 제2 베인(133b_2)의 길이가 짧아 그 높이(H3)도 제1 베인(133b_1)의 높이(H2)보다 낮기 때문에, 그만큼 공기의 유동 입구가 넓어져 공기 유입 흐름이 원만하여 유동 방향의 전환이 용이하게 된다.
본 실시예에 따른 제1 베인(133b_1)과 제2 베인(133b_2)은 번갈아 배치되지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉, 본 발명에 따르면 제1 베인(133b_1)과 제2 베인(133b_2)이 고루 배치되기만 하면 되고, 반드시 제1 베인(133b_1)과 제2 베인(133b_2)이 순서대로 번갈아 배치되지 않아도 된다.
또한, 본 실시예에 따르면 가변 베인 장치(133)의 가장자리에는 제2 베인(133b_2)이 배치된다. 이는 제2 베인(133b_2)이 가변 베인 장치(133)의 가장자리에 배치되게 되면 제2 베인(133b_2)의 길이가 짧기 때문에, 가장자리에 제1 베인(133b_1)이 배치되는 경우에 비하여 제2 베인(133b_2)과 가변 베인 설치부(131b_1)의 안쪽 면의 사이의 간격이 더 넓어지게 되므로 유동 흐름을 원활하게 할 수 있게 된다. 이는 가변 베인 장치(133)의 가장자리에서의 공기 흐름에 의한 모멘트의 발생을 도와 모멘트 제어 성능을 향상시키게 된다.
본 실시예에 따르면 가변 베인부(133b)는 서로 길이가 다른 제1 베인(133b_1)과 제2 베인(133b_2)의 두 가지 종류로 이루어지는데, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따른 가변 베인부(133b)는 길이가 동일한 베인들로만 이루어질 수 있고, 길이가 서로 다른 3가지 이상의 베인들로 이루어질 수 있다. 여기서 가변 베인부(133b)가 길이가 서로 다른 3가지 이상의 베인들로 이루어질 경우 제일 길이가 짧은 베인을 제일 가장자리에 배치시킨다면 유동 흐름을 향상시킬 수 있다.
한편, 디스월 베인 장치(134)는 양력 팬 장치(132)와 가변 베인 장치(133) 사이에 배치되는데, 안쪽 면이 원형의 테두리를 가지고 있는 디스월 베인 설치부(131a_2)에 설치된다.
디스월 베인 장치(134)는 양력 팬 장치(132)로부터 유입된 공기 유동을 원활하게 하는 장치이다. 즉 양력 팬 장치(132)에서 나온 공기 유동은, 양력 팬(132a)의 회전에 따라 대략 사선 방향을 가지는데, 그러한 공기 유동이 바로 가변 베인 장치(133)로 유입되면 베인과 유동의 충돌 각도가 크게 되어 성능이 감소될 수 있는데, 그러한 성능 감소를 방지하기 위한 장치이다.
디스월 베인 장치(134)는 복수개의 디스월 베인(134a)을 구비하고 있는데, 도 10에 도시된 바와 같이, 디스월 베인(134a)의 상부 부분(134a_1), 즉 양력 팬 장치(132) 쪽에 배치된 부분은 양력 팬 장치(132)에서 나오는 공기의 흐름을 받아들이도록 수직 방향(N)에 대해 소정의 각도(θ)로 기울어진 형상을 가진다. 또한, 디스월 베인(134a)의 하부 부분(134a_2), 즉 가변 베인 장치(133) 쪽에 배치된 부분은 수직 방향(N)을 향하는 형상을 가진다. 이러한 디스월 베인(134a)의 형상은 양력 팬 장치(132)에서 나오는 공기의 흐름을 원활히 받아들인 후 가변 베인 장치(134) 쪽으로 보내기 위한 구조로서, 유동 손실을 최소화시키기 위한 것이다.
본 실시예에 따른 상승 장치(100)는 디스월 베인 장치(134)를 포함하고 있지만, 본 발명은 이에 한정하지 않는다. 즉 본 발명에 따른 상승 장치(100)는 디스월 베인 장치(134)를 포함하지 않을 수도 있다. 다만 그 경우 유동 손실을 줄이기 위해 덕트(110)의 내부 구조를 적절히 변경하거나, 별도의 베인을 설치하는 것이 바람직하다.
이하, 도 9 내지 도 11을 참조로 하여, 본 실시예에 따른 수직 이착륙기(100)의 상승 장치(130)가 작동되는 모습을 설명한다.
수직 이착륙기(100)의 상승을 위해 상승 장치(130)가 작동되게 되면, 양력 팬 장치(132)의 팬 구동부(132b)가 작동하여 양력 팬(132a)이 회전하게 된다.
양력 팬(132a)이 회전하면 덕트(131)의 입구부(131a)로 공기가 유입되고, 유입된 공기는 양력 팬(132a)으로부터 회전 운동에너지를 전달받고, 하방으로 이동하여 디스월 베인 장치(134)로 유입되게 된다.
디스월 베인 장치(134)로 유입되는 공기는, 먼저 수직 방향(N)에 대해 기울어진 형상을 가지는 디스월 베인(134a)의 상부 부분(134a_1)에 의해 안내된 후, 디스월 베인(134a)의 하부 부분(134a_2)으로 이동하여 수직 방향(N)으로 배출된다.
디스월 베인 장치(134)으로부터 배출된 공기는 4개의 출구부(131b)로 나누어 이동되어, 각각의 출구부(131b)에 설치된 가변 베인 장치(133)로 이동하게 된다.
가변 베인 장치(133)로 공기가 이동하게 되면, 이동된 공기는 제1 베인(133b_1) 및 제2 베인(133b_2)에 의해 유도되어 하방으로 배출되게 된다. 이 때 출구부(131b)의 가변 베인 설치부(131b_1)는 안쪽 면이 사각형의 테두리를 가지고 있어, 가변 베인 설치부(131b_1)의 가장자리 부분을 통과하는 유량은, 가변 베인 설치부(131b_1)의 중심 부분을 통과하는 유량과 비교하여 크게 달라지지 않게 되므로, 모멘트 발생에 도움이 되게 된다.
본 실시예의 상승 장치(130)의 덕트(131)는 4개의 출구부(131b)를 가지고 있고, 각각의 출구부(131b)에는 가변 베인 장치(133)가 설치되어 있으므로, 좌우 및 전후 각각 독립적으로 모멘트를 발생시킬 수 있으므로, 하나의 상승 장치(130)로도 수직 이착륙기(100)의 피칭 모멘트, 롤링 모멘트, 요잉 모멘트를 모두 조절할 수 있게 된다. 또한 본 실시예에 따른 상승 장치(130)는, 각각의 모멘트 조절을 위해 제1 베인(133b_1)과 제2 베인(133b_2)을 회전시키는 경우, 제2 베인(133b_2)의 높이가 제1 베인(133b_1)의 높이보다 낮아서 공기 유동 방향의 전환이 용이하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 상승 장치(100)의 덕트(131)의 출구부(131b)는 안쪽 면이 사각형의 테두리를 가지고 있으므로 가변 베인 설치부(131b_1)의 가장자리 부분을 통과하는 유량은, 가변 베인 설치부(131b_1)의 중심 부분을 통과하는 유량과 비교하여 크게 달라지지 않게 된다. 따라서 본 실시예의 가변 베인 설치부(131b_1)의 구조는 모멘트 발생에 도움이 된다.
또한, 본 실시예에 따른 상승 장치(100)의 덕트(131)는 4개의 출구부(131b)를 가지고 있고, 각각의 출구부(131b)에는 가변 베인 장치(133)가 설치되어 있으므로, 좌우 및 전후 각각 독립적으로 모멘트를 발생시킬 수 있으므로, 하나의 상승 장치(130)로도 수직 이착륙기(100)의 피칭 모멘트, 롤링 모멘트, 요잉 모멘트를 모두 조절할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에 따른 가변 베인 장치(133)의 제1 베인(133b_1)과 제2 베인(133b_2)의 배치 구성은, 제2 베인(133b_2)의 길이가 제1 베인(133b_1)의 길이보다 짧아 그 높이도 제1 베인(133b_1)보다 낮기 때문에 베인 각도의 변경 시 그만큼 유동 입구가 넓어져 공기 유동 방향의 전환이 용이하게 된다.
또한, 본 실시예에 따르면 가변 베인 장치(133)의 가장자리에는 제2 베인(133b_2)이 배치됨으로써, 제2 베인(133b_2)과 가변 베인 설치부(131b_1)의 안쪽 면의 사이의 간격을 크게 하여 유동 흐름을 원활하게 하여 가장자리에서의 공기 흐름에 의한 모멘트의 발생을 도와 모멘트 제어 성능을 향상시키게 된다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
본 실시예의 수직 이착륙기용 상승 장치는, 수직 이착륙기에 이용되는 상승 장치를 제조하거나 시험, 운용하는 산업에 사용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 양력 팬 장치;
    상기 양력 팬 장치의 하방에 배치되는 적어도 하나의 가변 베인 장치; 및
    상기 양력 팬 장치가 설치되며 안쪽 면이 원형의 테두리를 가지는 양력 팬 설치부와, 상기 양력 팬 설치부와 연통되고 상기 가변 베인 장치가 설치되며 안쪽 면이 사각형의 테두리를 가지는 적어도 하나의 가변 베인 설치부를 구비하는 덕트를 포함하는 수직 이착륙기용 상승 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양력 팬 장치와 상기 가변 베인 장치 사이에 디스월 베인 장치가 배치되고,
    상기 덕트는, 상기 양력 팬 설치부와 상기 가변 베인 설치부 사이에 배치되며 안쪽 면이 원형의 테두리를 가지는 디스월 베인 설치부를 구비하고,
    상기 디스월 베인 장치는 상기 디스월 베인 설치부에 설치되는 수직 이착륙기용 상승 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 디스월 베인 장치의 디스월 베인의 부분 중 상기 양력 팬 장치 쪽에 배치된 부분은 상기 양력 팬 장치에서 나오는 공기의 흐름을 받아들이도록 수직 방향에 대해 기울어진 형상을 가지고,
    상기 디스월 베인 장치의 디스월 베인의 부분 중 상기 가변 베인 장치 쪽에 배치된 부분은 수직 방향을 향하는 형상을 가지는 수직 이착륙기용 상승 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가변 베인 장치는, 제1 베인과, 상기 제1 베인의 길이보다 짧은 길이를 가지는 제2 베인을 포함하는 수직 이착륙기용 상승 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 베인의 단부들 중 하방에 위치한 단부의 높이는, 상기 제2 베인의 단부들 중 하방에 위치한 단부의 높이와 동일한 수직 이착륙기용 상승 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 베인과 상기 제2 베인은 번갈아 배치되는 수직 이착륙기용 상승 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 가변 베인 장치의 가장자리에는 상기 제2 베인이 배치되는 수직 이착륙기용 상승 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가변 베인 설치부의 개수는 4개인 수직 이착륙기용 상승 장치.
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