KR100558463B1

KR100558463B1 - A vertical takeoff and landing aircraft

Info

Publication number: KR100558463B1
Application number: KR1020030070406A
Authority: KR
Inventors: 김승조; 윤철용; 박일경
Original assignee: 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2003-10-09
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2006-03-10
Also published as: KR20050034485A

Abstract

개시된 수직 이착륙 비행체는, 동체의 양측면을 관통하는 수평선과 평행한 회전축을 중심으로 하여 그 회전축과 실질적으로 평행하게 배치된 복수의 블레이드가 회전하면서 양력과 추력을 발생시키는 사이클로이드 블레이드 시스템을 구비한다. 이와 같은 사이클로이드 블레이드 시스템에서는 블레이드의 피치각과 위상만 변화시키면 원하는 방향으로의 양력과 추력을 얻을 수 있으므로, 비행체를 조정하기 위한 구조가 매우 간소해지며, 동체가 블레이드 회전 시 발생되는 공기흐름을 방해하지 않기 때문에 힘의 이용효율이 좋아진다. The disclosed vertical takeoff and landing vehicle includes a cycloid blade system that generates lift and thrust while rotating a plurality of blades disposed substantially parallel to the axis of rotation about a horizontal axis parallel to a horizontal line passing through both sides of the fuselage. In such a cycloid blade system, only the pitch angle and phase of the blade can be changed to obtain lift and thrust in the desired direction, which greatly simplifies the structure for adjusting the aircraft and does not obstruct the air flow generated when the blade rotates. Since the power utilization efficiency is improved.

Description

수직 이착륙 비행체{A vertical takeoff and landing aircraft}A take off and landing aircraft

도 1은 종래의 수직 이착륙 비행체를 도시한 도면,1 is a view showing a conventional vertical takeoff and landing vehicle,

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 수직 이착륙 비행체의 외관을 여러 각도에서 도시한 도면,2a to 2c is a view showing the appearance of the vertical takeoff and landing aircraft according to the present invention from various angles,

도 3은 도 2a에 도시된 수직 이착륙 비행체에 채용된 사이클로이드 블레이드 시스템을 도시한 도면,3 shows a cycloid blade system employed in the vertical takeoff and landing vehicle shown in FIG. 2A, FIG.

도 4a는 도 3에 도시된 사이클로이드 블레이드 시스템에서 피치제어부를 도시한 도면,Figure 4a is a view showing a pitch control unit in the cycloid blade system shown in Figure 3,

도 4b는 도 4a에 도시된 피치제어부의 변형 가능한 예를 도시한 도면,4B is a view showing a modified example of the pitch control unit shown in FIG. 4A;

도 5a 내지 도 5c는 도 3에 도시된 사이클로이드 블레이드 시스템을 이용한 비행체의 이륙과 비행 과정을 설명하기 위한 도면, 5a to 5c are views for explaining the take-off and flight process of the vehicle using the cycloid blade system shown in FIG.

도 6은 도 3에 도시된 사이클로이드 블레이드 시스템의 변형 가능한 구조의 예를 보인 도면. 6 shows an example of a deformable structure of the cycloid blade system shown in FIG.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

100...사이클로이드 블레이드 시스템 110...로우터부100 ... cycloidal blade system 110 ... rotor

111...블레이드 120...회전중심부111 ... blade 120 ... rotation center

130...지지부재 140...피치제어부130 support member 140 pitch control unit

150...구동원 200...동체150 ... Driver 200 ... Fuselage

본 발명은 수직 이착륙이 가능한 비행체에 관한 것으로, 더 상세하게는 사이클로이드 블레이드 시스템을 구비한 수직 이착륙 비행체에 관한 것이다. The present invention relates to a vehicle capable of vertical takeoff and landing, and more particularly, to a vertical takeoff and landing vehicle having a cycloid blade system.

일반적으로 비행체는, 소정 거리를 활주하면서 양력을 얻어서 이륙하는 방식과, 회전날개인 로우터의 회전으로부터 양력을 얻어 제자리에서 수직으로 이착륙하는 방식으로 분류된다. 이중에서 수직 이착륙이 가능한 비행체의 전형적인 예로는 도 1에 도시된 바와 같은 헬리콥터(10)를 들 수 있다. 헬리콥터(10)는 로우터(12)가 설치된 수직축(11)을 회전시키면서 양력을 발생시키고, 이 로우터(12)가 회전하면서 그리는 평면을 틸트(tilt)시킴으로써 비행방향으로 분력을 얻어 전진하는 메카니즘을 갖고 있다. 그런데, 이와 같은 전형적인 수직 이착륙 비행체는 이륙과 전진을 위한 동력을 발생시키는 구조가 지나치게 복잡하게 구성되어 있을 뿐 아니라, 회전하는 로우터(12)의 바로 아래에 동체(13)가 있기 때문에 공기의 흐름이 방해되어 힘의 이용 효율이 좋지 않은 문제점을 안고 있다. 또한, 로우터(12) 끝단부에서의 선속도가 매우 높아서 소음과 진동이 심한 단점도 있다. In general, a vehicle is classified into a method of taking off by taking lift while sliding a predetermined distance, and a method of taking off and landing in a vertical position by lifting the lift from the rotation of the rotor, which is a rotary blade. A typical example of a vehicle capable of vertical takeoff and landing is a helicopter 10 as shown in FIG. 1. The helicopter 10 has a mechanism for generating lift while rotating the vertical shaft 11 on which the rotor 12 is installed, and gaining the force in the direction of flight by tilting the plane drawn by the rotor 12 as it rotates. have. However, such a typical vertical takeoff and landing vehicle has not only an excessively complicated structure for generating power for takeoff and advancement, but also a flow of air because the fuselage 13 is directly under the rotating rotor 12. Interfere with the problem that the power utilization efficiency is not good. In addition, since the linear velocity at the end of the rotor 12 is very high, noise and vibration are severe.

따라서, 이러한 단점들을 해소할 수 있는 새로운 구조의 수직 이착륙 비행체가 요구되고 있다.Therefore, there is a need for a vertical takeoff and landing vehicle with a new structure that can address these shortcomings.

본 발명은 상기의 필요성을 감안하여 창출된 것으로서, 간소화된 구조를 가지면서도 저소음, 고효율의 성능을 낼 수 있는 수직 이착륙 비행체를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made in view of the above necessity, and has an object of providing a vertical takeoff and landing vehicle capable of producing a low noise and high efficiency while having a simplified structure.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 동체를 수직으로 이착륙시키는 비행메카니즘을 구비한 수직 이착륙 비행체에 있어서, 상기 비행메카니즘이 상기 동체의 양측면을 관통하는 수평선과 평행한 회전축을 중심으로 하여 그 회전축과 실질적으로 평행하게 배치된 복수의 블레이드가 회전하면서 양력과 추력을 발생시키는 사이클로이드 블레이드 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a vertical takeoff and landing vehicle having a flight mechanism for vertically taking off and landing the fuselage, wherein the flight mechanism is rotated about a rotation axis parallel to a horizontal line passing through both sides of the fuselage. And a plurality of blades disposed substantially in parallel with the cycloidal blade system for generating lift and thrust while rotating.

여기서, 상기 사이클로이드 블레이드 시스템은, 구동원과; 상기 회전축 상에 위치되어 상기 구동원에 의해 회전하는 회전중심부와; 상기 회전중심부에 중심을 둔 원주 상에 배치된 상기 복수의 블레이드를 포함하는 로우터부와; 일단은 상기 블레이드를 회전가능하게 지지하고 타단은 상기 회전중심부에 결합된 지지부재와; 상기 복수의 블레이드의 상기 지지부재에 대한 회전축으로부터 소정 간격 이격된 블레이드의 작용점에 일단이 연결된 복수의 연결부재와, 상기 각 연결부재의 타단이 연결되고 상기 회전중심부의 중심을 기준 위치로 하며 상기 로우터부와 같이 회전하는 회전디스크 및, 상기 회전디스크의 중심을 기준 위치로부터 병진 및 회전시킴으로써 그 회전디스크와 상기 연결부재로 연결된 상기 블레이드의 피치각 크기 및 위상이 변화되게 하는 조절수단을 구비한 피치제어부;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. Here, the cycloid blade system, the drive source; A rotation center part positioned on the rotation axis to rotate by the driving source; A rotor part including the plurality of blades disposed on a circumference centered on the rotation center part; A support member having one end rotatably supporting the blade and the other end coupled to the rotation center; A plurality of connection members whose one end is connected to an action point of the blade spaced a predetermined distance from the rotational axis of the support member of the plurality of blades, and the other end of each of the connection members are connected, and the center of the rotation center is a reference position; Pitch control unit having a rotating disk that rotates like a turret portion, and an adjusting means for changing the pitch angle size and phase of the rotating disk and the blade connected to the connecting member by translating and rotating the center of the rotating disk from a reference position. It is preferable that it is comprised, including.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 수직 이착륙 비행체를 여러 각도에서 도시한 것이다. Figures 2a to 2c show the vertical takeoff and landing vehicle according to the present invention from different angles.

도시된 바와 같이 본 발명의 수직 이착륙 비행체는, 동체(200)의 양측면을 관통하는 수평선(X)과 평행한 방향으로 마련된 회전축(101)을 중심으로 복수의 블레이드(111)가 회전하면서 양력과 추력을 발생시키는 비행메카니즘을 구비하고 있다. 즉, 기존의 수직 이착륙기는 도 1에서 설명한 바와 같이 동체의 상하면을 관통하는 수직선(Z) 상에 마련된 회전축을 중심으로 로우터가 회전하면서 양력과 추력을 발생시키는 비행메카니즘을 갖고 있는데 비해, 본 발명에서는 상기와 같이 수평 회전축(101)을 회전중심으로 하여 그 회전축(101)과 실질적으로 평행하게 배치된 복수의 블레이드(111)가 회전하면서 양력과 추력을 발생시키는 비행메카니즘을 구비하고 있다. 이하, 이러한 본 발명의 비행메카니즘을 사이클로이드 블레이드 시스템(cycloidal blade system,CBS;100)이라 칭하기로 한다. 본 실시예에서 이 사이클로이드 블레이드 시스템(100)은 동체(200)의 좌우측면에 각각 대칭되게 한 쌍이 설치된다. 참조부호 210과 220은 비행체의 피치 방향 제어와 롤 및 요잉 안정성 향상을 위해 마련된 수직, 수평 꼬리날개를 나타낸다. As shown, the vertical takeoff and landing vehicle of the present invention has a lift and thrust while the plurality of blades 111 rotate about a rotation axis 101 provided in a direction parallel to the horizontal line X penetrating both sides of the fuselage 200. It is equipped with a flight mechanism for generating a. That is, the conventional vertical take-off and landing machine has a flight mechanism that generates lift and thrust while the rotor rotates about a rotation axis provided on the vertical line Z penetrating the upper and lower surfaces of the fuselage as described in FIG. As described above, a plurality of blades 111 disposed substantially parallel to the rotation axis 101 with the horizontal rotation axis 101 as the rotation center is provided with a flight mechanism that generates lift and thrust while rotating. Hereinafter, the flight mechanism of the present invention will be referred to as a cycloidal blade system (CBS; 100). In this embodiment, the cycloid blade system 100 is a pair is installed symmetrically on each of the left and right sides of the body 200. Reference numerals 210 and 220 denote vertical and horizontal tail wings provided to control the pitch direction of the vehicle and to improve roll and yaw stability.

도 3은 상기한 한 쌍의 사이클로이드 블레이드 시스템(100) 중 하나를 보다 상세하게 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 사이클로이드 블레이드 시스템(100)은, 상기한 수평 회전축(101) 상에 위치되어 구동원(150)에 의해 회전하는 회전중 심부(120)와, 상기 회전중심부(120)에 중심을 둔 원주상에 서로 균등하게 배치되는 복수의 블레이드(111)로 이루어지는 로우터부(110)와, 상기 회전중심부(120)와 블레이드(111)를 연결하며 블레이드(111)를 외팔보 형태로 지지하는 지지부재(130)와, 상기 블레이드(111)의 피치각을 변화시키기 위해 상기 블레이드(111)의 작용점에 작용력을 부여하는 피치제어부(140)를 기본적으로 구비하게 된다. 참조부호 120a는 회전중심부(120)의 덮개를 나타낸다. 3 illustrates one of the pair of cycloid blade systems 100 described above in greater detail. As shown, the cycloid blade system 100 is located on the horizontal axis of rotation 101, the center of rotation 120 to rotate by the drive source 150, the circle centered on the center of rotation 120 A rotor part 110 comprising a plurality of blades 111 evenly disposed on a column, and a support member 130 connecting the rotation center 120 and the blades 111 to support the blades 111 in a cantilevered shape. ) And a pitch control unit 140 that imparts an acting force to an action point of the blade 111 to change the pitch angle of the blade 111. Reference numeral 120a denotes a cover of the center of rotation 120.

상기 구동원(150)과 회전중심부(120) 사이에는 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이 기어박스(160) 등이 동력전달 수단으로서 사용될 수 있으며 이외에도 벨트를 이용한 동력 전달 구조도 채용될 수 있다. For example, the gearbox 160 may be used as the power transmission means between the driving source 150 and the rotational center 120, and a power transmission structure using a belt may also be employed.

상기 회전중심부(120)는 상하방향으로는 비행체의 무게 중심 위쪽에, 그리고 앞뒤 방향으로는 무게 중심의 약간 앞쪽에 배치되는 것이 반토크를 감당하는 측면 등을 고려할 때 바람직하다. 상기 지지부재(130)는 이 회전중심부(120)에 견고하게 고정된다. The rotation center 120 is preferably disposed above the center of gravity of the vehicle in the up and down direction, and slightly ahead of the center of gravity in the front and rear directions when considering the side for dealing with the anti-torque. The support member 130 is firmly fixed to the rotation center portion 120.

상기 블레이드(111)는 양력과 추력의 조정을 위해 피치각을 가변시킬 수 있게 의도된 것으로, 본 실시예에서는 그 단면 형상을 비행기의 날개에 주로 사용되는 대칭형의 익형으로 예시하였다. 그러나, 피치각을 가변시킬 수만 있다면 비대칭 익형도 채용할 수 있음은 물론이다. 이러한 블레이드(111)는, 그 길이방향으로 상기 수평선(X)과 평행하게 배치되어, 회전 시 유입되는 바람의 방향과 실질적으로 직각을 이루도록 배치된다. 그리고, 상기 블레이드(111)의 폭방향 위치가 상기 로우터부(110)를 이루는 원주상의 접선방향과 일치한 상태를 블레이드(111)의 피치각 변화가 없는 기준위치로 삼는다. 이 상태에서 대칭형 익형을 가진 블레이드(111)가 로우터부(110)의 원주를 따라 돌아간다면 양력은 발생하지 않게 된다. 따라서, 이와 같이 블레이드(111)의 피치각 변화가 없는 기준위치에서의 시스템 구동은 주로 워밍업 시에 사용된다. The blade 111 is intended to be able to vary the pitch angle for the adjustment of the lift and thrust, in this embodiment the cross-sectional shape is illustrated as a symmetrical airfoil mainly used in the wing of the plane. However, it is a matter of course that an asymmetric airfoil can be employed as long as the pitch angle can be varied. The blade 111 is disposed in parallel to the horizontal line (X) in the longitudinal direction, it is arranged to be substantially perpendicular to the direction of the wind flowing in during rotation. In addition, the widthwise position of the blade 111 coincides with the circumferential tangential direction of the rotor unit 110 as a reference position without changing the pitch angle of the blade 111. In this state, if the blade 111 having the symmetrical airfoil returns along the circumference of the rotor unit 110, the lift force is not generated. Therefore, the system drive at the reference position without the pitch angle change of the blade 111 is mainly used at the time of warming up.

한편, 이러한 블레이드(111)는 회전하면서 발생하는 원심력에 의한 하중에 영향을 받게 되므로 요구되는 강성을 가지면서도 무게가 가벼운 것이 구조적인 안전성이나 운용의 효율성 면에서 바람직하다. 따라서 상기 블레이드(111)는 무게대 강성비가 뛰어난 섬유 강화 복합재료로 제작하는 것이 바람직하며, 이에는 유리섬유나 탄소섬유 등이 있다. 상기 복합재료를 이용하여 블레이드(111)를 형성하는 것은 통상적인 기술에 의해 가능하다. 이러한 복합재료를 사용하는 경우 피치제어부(140)에 가해지는 하중을 감소시켜 구조적인 파손을 방지하고 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 블레이드(111)의 개수는 비행체의 무게 등에 따라 달라질 수 있다. On the other hand, since the blade 111 is affected by the load due to the centrifugal force generated while rotating, it is preferable to have the required rigidity and light weight in terms of structural safety and efficiency of operation. Therefore, the blade 111 is preferably made of a fiber-reinforced composite material having an excellent weight-to-stiffness ratio, such as glass fiber or carbon fiber. It is possible to form the blade 111 using the composite material by conventional techniques. In the case of using such a composite material it is possible to reduce the load applied to the pitch control unit 140 to prevent structural damage and extend the life. In addition, the number of blades 111 may vary depending on the weight of the vehicle.

상기 지지부재(130)는 일단이 상기 회전중심부(120)에 고정되어 있고, 타단에 마련된 회전축(131)은 피치각이 변할 수 있도록 블레이드(111)를 회전가능하게 지지한다. 이때, 이러한 회전축(131)의 위치는 블레이드(111) 단면의 익형상의 무게중심에 놓이도록 하는 것이 블레이드(111)의 불필요한 진동에 의한 손상을 방지하는데 유리하다. One end of the support member 130 is fixed to the rotation center 120, and the rotation shaft 131 provided at the other end rotatably supports the blade 111 so that a pitch angle can be changed. In this case, it is advantageous to prevent the damage caused by the unnecessary vibration of the blade 111 such that the position of the rotating shaft 131 is located at the center of gravity of the blade shape of the blade 111.

다음으로, 도 4a는 회전중심부(120) 내부에 설치된 피치제어부(140)를 확대하여 도시한 것이다. Next, FIG. 4A shows an enlarged view of the pitch control unit 140 installed inside the rotation center unit 120.

도면을 참조하면, 피치제어부(140)는 상기 블레이드(111)의 회전축(131)으로부터 폭 방향으로 소정 간격 이격된 작용점(132a)에 일단이 연결된 연결부재(142)와, 상기 연결부재(142)의 타단이 연결되고 상기 회전중심부(120)의 중심을 기준위치로 하여 회전하는 회전디스크(141)와, 상기 회전디스크(141)의 중심을 기준위치로부터 직선 및 회전이동시킴으로써 양력과 추력을 발생시키는 블레이드(111)의 피치각 크기를 정현적으로 변화시키고 그 힘의 방향을 조정하기 위해 상기 블레이드(111)의 위상을 변화시키는 조절수단(143)을 구비한다. Referring to the drawings, the pitch control unit 140 has a connecting member 142, one end of which is connected to the working point 132a spaced apart by a predetermined interval in the width direction from the rotation axis 131 of the blade 111, and the connecting member 142 The other end of the rotary disk 141 is rotated with the center of the rotation center portion 120 as a reference position, and the center of the rotation disk 141 by linear and rotational movement from the reference position to generate lift and thrust Adjusting means 143 for changing the phase of the blade 111 in order to change the pitch angle size of the blade 111 and the direction of the force sine.

상기 연결부재(142)는 블레이드(111)에 의해 작용하는 인장력과 압축력에 견디는 재질의 형상을 가진 통상의 로드이며, 상기 로드(142)는 블레이드(111)의 피치각을 변화시키면서 연결부가 회전할 수 있게 베어링을 이용하여 연결하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 회전디스크(141)와도 베어링을 이용하여 연결하게 되는데, 그 중 하나의 로드(142')는 회전디스크(141)에 직접 고정시켜준다. 상기 로드(142)가 블레이드(111)와 연결되는 작용점(132a)은 상기 블레이드(111)의 피치각 변화의 범위와, 후술할 상기 조절수단(143)의 작동범위를 고려하여 정한다. 또한, 상기 로드(142)의 연결을 위한 작용점(132a)은 상기 블레이드(111) 상에 직접 마련할 수도 있지만, 제조상의 문제와 블레이드(111) 표면을 타고 흐르는 공기흐름의 난류화를 방지하기 위해 별도의 중간부재(132)를 이용하여 마련하는 것이 바람직하다. 즉, 블레이드(111)를 중간부재(132)에 체결하고, 그 중간부재(132)를 지지부재(130)에 고정된 회전축(131)에 회전가능하게 결합시키면서, 중간부재부재(132) 일측에 작용점(132a)에 마련하는 것이다. 상기 회전축(131)은 내부에 베어링(미도시)이 설치된 것으로, 상기 중간부재(132)에 형성된 샤프트(미도시)가 그 베어링의 내륜에 끼워져 고정된다. The connecting member 142 is a conventional rod having a shape of a material that withstands the tensile force and the compressive force acting by the blade 111, the rod 142 is to change the pitch angle of the blade 111 to rotate the connection portion It is desirable to connect using bearings. In addition, it is also connected to the rotating disk 141 by using a bearing, one of the rod 142 'is fixed directly to the rotating disk 141. The working point 132a to which the rod 142 is connected to the blade 111 is determined in consideration of the range of the pitch angle change of the blade 111 and the operating range of the adjustment means 143 to be described later. In addition, the operating point 132a for connecting the rod 142 may be provided directly on the blade 111, but in order to prevent turbulence of air flow flowing through the blade 111 surface and manufacturing problems. It is preferable to provide using a separate intermediate member 132. That is, the blade 111 is fastened to the intermediate member 132, and the intermediate member 132 is rotatably coupled to the rotating shaft 131 fixed to the support member 130, and on one side of the intermediate member 132. It is provided in the working point 132a. The rotating shaft 131 is a bearing (not shown) is installed therein, a shaft (not shown) formed in the intermediate member 132 is fitted to the inner ring of the bearing is fixed.

다음으로, 상기 로드(142)는 하나(142')를 제외하고는 상기 회전디스크(141)와 베어링으로 연결되며, 상기 로드들 중 기준이 되는 로드(142')는 회전디스크(141)에 기구학적인 작동을 위해 고정된다. 이러한 고정되는 로드(142')는 블레이드(111)의 회전시 다른 로드들(142)에 비해 큰 하중이 걸리므로 더욱 강건하게 제작되어야 한다. Next, the rod 142 is connected to the rotating disk 141 and a bearing except for one 142 ', and the rod 142' which is a reference among the rods is kinematically attached to the rotating disk 141. It is fixed for normal operation. The fixed rod 142 ′ requires greater load than other rods 142 when the blade 111 is rotated, and thus should be made more robust.

또한 상기 회전디스크(141)는 볼베어링(143c)을 통하여 상기 조절수단(143)에 장착된다. 즉, 상기 회전디스크(141)는 볼베어링(143c)의 외륜에 연결되어 편심축(143a')에 대해 회전 가능한 상태로 설치되어 있다. In addition, the rotating disk 141 is mounted to the adjusting means 143 through a ball bearing 143c. That is, the rotating disk 141 is connected to the outer ring of the ball bearing 143c and is installed in a state rotatable about the eccentric shaft 143a '.

상기 조절수단(143)은, 상기 회전디스크(141)가 탑재되는 가이드부(143a)와, 가이드부(143a)를 직선상으로 안내하기 위한 가이드 레일(143b)과, 상기 가이드부(143a)를 병진 이동시키는 가이드부구동원(143e)과, 상기 가이드부(143a)를 탑재하여 상기 회전중심부(120) 안에 회전가능하게 설치된 방향조절블록(143d) 및, 그것을 회전구동시키기 위한 방향조절블록구동원(143f)을 구비한다. The adjusting means 143 includes a guide portion 143a on which the rotating disk 141 is mounted, a guide rail 143b for guiding the guide portion 143a in a straight line, and the guide portion 143a. A guide part driving source 143e for translational movement, a direction control block 143d mounted in the rotation center part 120 by mounting the guide part 143a, and a direction control block driving source 143f for rotationally driving it. ).

상기 가이드부(143a)는 그 중앙에 마련된 편심축(143a')이 상기 볼베어링(143c)의 내륜에 결합됨으로써 상기 회전판(141)과 연결된다. 따라서, 이 가이드부(143a)가 상기 가이드 레일(143b)을 따라 이동하면 상기 회전디스크(141)가 직선운동을 하게 되어 블레이드(111)의 피치각 크기가 조절된다. The guide portion 143a is connected to the rotating plate 141 by being coupled to the inner ring of the ball bearing 143c by the eccentric shaft 143a 'provided at the center thereof. Therefore, when the guide part 143a moves along the guide rail 143b, the rotating disk 141 makes a linear motion so that the pitch angle of the blade 111 is adjusted.

또한, 상기 방향조절블록구동원(143f)을 이용하여 방향조절블록(143d)을 원 하는 각도만큼 회전시키면, 이에 탑재된 상기 가이드부(143a)의 편심축(143a')도 그만큼 회전되면서 블레이드(111)의 위상이 변화되어 힘의 작용방향이 바뀌게 된다. 이때, 블레이드(111) 또는 회전중심부(120)의 회전에는 아무런 영향도 미치지 않는다. 물론, 이와 같이 방향조절블록(143d)의 회전에 따라 편심축(143a')의 위치가 돌아가려면, 편심축(143a')이 방향조절블록(143d)의 회전중심과 동축상에 있으면 안되고 소정 간격 이격되어 있어야 한다. In addition, when the direction control block 143d is rotated by a desired angle using the direction control block driving source 143f, the eccentric shaft 143a 'of the guide part 143a mounted thereto is rotated by the blade 111. The phase of) changes and the direction of action of the force changes. At this time, there is no effect on the rotation of the blade 111 or the center of rotation (120). Of course, in order to return the position of the eccentric shaft 143a 'according to the rotation of the direction control block 143d, the eccentric shaft 143a' should not be coaxial with the rotation center of the direction control block 143d and at a predetermined interval. It must be spaced apart.

한편, 도 4b는 상기한 가이드부구동원(143e)과 방향조절블록구동원(143f)의 변형 가능한 예를 보인 것이다. 여기서는 가이드 레일(143b) 중 가운데 것을 직접 리드스크류로 구성하여서 가이드부구동원(143e)의 구동에 따라 가이드부(143a)가 직선 이동되게 하고, 방향조절블록(143d)의 회전축에 직접 방향조절블록구동원(143f)을 연결하여 방향조절블록(143d)을 회전시킬 수 있도록 하고 있다. 다만, 이때에는 주 구동원(150)과 방향조절블록구동원(143f)과의 배치 상 중첩을 피하기 위해 도면과 같이 주 회전축(101)과 주 구동원(150)을 벨트(160')로 연결하여 구동하는 것이 바람직하다. On the other hand, Figure 4b shows a deformable example of the above guide portion drive source (143e) and the direction control block drive source (143f). Here, the center of the guide rail 143b is directly configured by the lead screw so that the guide part 143a is linearly moved according to the driving of the guide part driving source 143e, and the direction adjusting block driving source is directly on the rotation axis of the direction control block 143d. 143f is connected to rotate the direction control block 143d. However, at this time, in order to avoid the overlap in the arrangement of the main drive source 150 and the direction control block drive source (143f) as shown in the drawing to drive the main rotating shaft 101 and the main drive source 150 by a belt 160 ' It is preferable.

상기와 같이 구성된 피치제어부(140)를 이용한 수직 이착륙 비행체의 작동을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the vertical takeoff and landing vehicle using the pitch control unit 140 configured as described above are as follows.

먼저, 이륙에 앞서서, 비행체가 지상에 착륙해 있는 상태로 사이클로이드 블레이드 시스템을 작동시켜 보는 워밍 업 단계가 필요하다. 이때에는, 블레이드(111)의 편심각이 영인 상태 즉, 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 블레이드(111)의 폭방향 위치가 상기 로우터부(110)를 이루는 원주상의 접선방향과 일치 한 상태가 된다. 이 상태에서는 블레이드(111)가 로우터부(110)의 원주를 따라 회전하더라도 양력은 발생하지 않고, 시스템의 워밍 업만 진행된다. First, prior to take-off, a warm-up step is needed to operate the cycloid blade system with the aircraft on the ground. At this time, the eccentric angle of the blade 111 is zero, that is, as shown in Figure 5a, the widthwise position of the blade 111 coincides with the circumferential tangential direction constituting the rotor unit 110 Becomes In this state, even if the blade 111 rotates along the circumference of the rotor unit 110, no lift is generated, and only the system warms up.

이후, 워밍 업이 어느 정도 완료되어 비행체를 이륙시키고자 할 때에는, 상기한 피치제어부(140)의 가이드부(143a)를 직선 이동시켜서 양력이 발생되도록 블레이드(111)의 피치각을 조정한다. 이때 양력의 작용 방향은 피치각의 설정에 따라, 비행체를 수직으로 상승시키는 방향이 될 수도 있고, 수직 상승방향과 전진방향이 합성된 방향이 될 수도 있다. 여기서는, 이륙 시 양력의 작용방향이 수직 상승방향인 것으로 가정한다. 따라서, 회전중심부(120)가 계속해서 회전하게 되면 상기 블레이드(111)에 양력이 작용하여 수직 상승방향으로 비행체가 떠오르게 된다. 이때의 블레이드(111)의 피치각 상태를 예를 들면 도 5b와 같은 상태라고 볼 수 있다. 그리고, 이러한 과정에서 양력의 대소는 상기 블레이드(111)의 피치각을 더 변화시킴으로써 조정할 수 있다. 즉, 상기 가이드부(143a)를 가이드레일(143b)을 따라 직선 이동시켜서 회전디스크(141)를 변위시키면, 로드(142)를 통해 연결된 블레이드(111)가 회전하게 되면서 피치각이 더 크거나 작게 변하게 된다. 따라서, 블레이드(111)의 회전으로부터 얻어지는 양력의 크기가 조절되는 것이다. 이 피치각은 도 5c에서 b로 표시된 피치제어부(140)의 편심크기 즉, 가이드부(143a)가 직선 이동한 거리에 비례하여 조절된다. b가 영인 경우, 즉 편심 크기가 영인 경우에는 각 블레이드(111)의 피치각 각도는 영이 되고, 편심 크기 b가 커질수록 각 블레이드(111)의 최대 피치각은 커지게 된다.Then, when the warming up is completed to some extent to take off the aircraft, the pitch angle of the blade 111 is adjusted so that lifting force is generated by linearly moving the guide portion 143a of the pitch control unit 140. At this time, the action direction of lift may be a direction in which the vehicle is vertically raised depending on the setting of the pitch angle, or may be a direction in which the vertical rising direction and the forward direction are combined. Here, it is assumed that the direction of action of lifting force at take-off is a vertical upward direction. Therefore, when the rotation center portion 120 continues to rotate, the lifting force acts on the blade 111 so that the vehicle floats in the vertical upward direction. At this time, the pitch angle state of the blade 111 may be regarded as a state as shown in FIG. 5B, for example. And, the magnitude of lift in this process can be adjusted by further changing the pitch angle of the blade 111. That is, if the rotary disk 141 is displaced by linearly moving the guide part 143a along the guide rail 143b, the blade 111 connected through the rod 142 rotates so that the pitch angle is larger or smaller. Will change. Therefore, the amount of lift obtained from the rotation of the blade 111 is adjusted. This pitch angle is adjusted in proportion to the eccentric size of the pitch control unit 140 indicated by b in FIG. 5C, that is, the distance in which the guide unit 143a is linearly moved. When b is zero, that is, when the eccentricity is zero, the pitch angle angle of each blade 111 becomes zero, and as the eccentricity size b becomes larger, the maximum pitch angle of each blade 111 becomes larger.

이와 같이 지상에서 이륙한 비행체를 전진시키기 위해서는 블레이드(111)로 부터 얻어진 힘의 작용 방향을 수직 상승방향에서 상승 및 전진방향으로 바꿔줘야 한다. 이를 위해서는, 도 5c와 같이 상기 방향조절블록(143d)을 회전시킴으로써 블레이드(111)의 위상 자체를 변화시킨다. 즉, 상기한 방향조절블록구동원(143f)을 가동하여 방향 조절부(111)를 회전시키면, 이에 고정된 상기 가이드부(143a)가 회전하게 되어 도 5c에서 a로 표시된 만큼의 편심각이 발생하게 되고 이는 상기 회전디스크(141) 및 로드(142)를 통해 블레이드(111)에 전달되어 블레이드(111) 전체의 위상변화를 가져온다. 이렇게 되면, 블레이드(111)가 회전하면서 얻어지는 전체적인 힘의 작용방향이 그 위상변화를 따라 이동하게 되며, 예를 들어 수직 상승방향으로 힘이 작용하던 상태에서 위상을 전진방향 쪽으로 변화시키면 비행체가 상승과 동시에 전진방향의 힘을 받아서 앞으로 나아가게 된다. In this way, in order to advance the aircraft taken off from the ground it is necessary to change the direction of action of the force obtained from the blade 111 from the vertical rising direction to the upward and forward directions. To this end, as shown in Figure 5c by rotating the direction control block (143d) to change the phase itself of the blade (111). That is, when the direction control block driving source (143f) is operated to rotate the direction control unit 111, the guide unit (143a) fixed thereto rotates to generate an eccentric angle as indicated by a in FIG. 5C. This is transferred to the blade 111 through the rotating disk 141 and the rod 142 to bring about a phase change of the entire blade 111. In this case, the overall direction of action of the force obtained as the blade 111 rotates moves along the phase change. For example, when the phase is changed toward the forward direction in the state where the force is applied in the vertical upward direction, the aircraft rises and At the same time, they move forward with the force of forward direction.

그러므로, 상기와 같은 과정을 통해 블레이드의 피치각과 위상의 변화를 능동적으로 제어함으로써 비행체의 수직 이착륙 및 비행을 간단하게 조정할 수 있게 된다.Therefore, by actively controlling the change in the pitch angle and phase of the blade through the above process, it is possible to simply adjust the vertical take-off and landing and flight of the aircraft.

한편, 본 실시예에서는 상기 블레이드(111)의 일단만을 지지부재(130)에 지지시킨 외팔보 형태를 예시하고 있는데, 보다 안정적인 지지를 보장하기 위해 도 6과 같이 보조지지부재(130a)를 더 설치할 수도 있다. 이 보조지지부재(130a)는 회전중심부(120)에서 연장된 지지축(120b)에 일단이 고정되어 있고, 타단은 블레이드(111) 몸체 길이의 약 1/4지점에 마련된 결합부(111a)에 결합되어 블레이드(111)를 회전가능한 상태로 지지하고 있다. 이렇게 되면, 각 블레이드(111)를 두 지점에서 지지해주기 때문에, 보다 안정적인 지지구조를 구현할 수 있게 된다. On the other hand, in the present embodiment illustrates a cantilever shape in which only one end of the blade 111 is supported on the support member 130, the auxiliary support member 130a may be further installed as shown in FIG. 6 to ensure more stable support. have. One end of the auxiliary support member 130a is fixed to the support shaft 120b extending from the rotation center 120, and the other end of the auxiliary support member 130a is coupled to the coupling portion 111a provided at about a quarter of the length of the blade 111 body. Coupled to support the blade 111 in a rotatable state. In this case, since each blade 111 is supported at two points, a more stable support structure can be realized.

상술한 바와 같은 사이클로이드 블레이드 시스템을 구비한 본 발명의 수직 이착륙 비행체는 다음과 같은 효과를 제공한다. The vertical takeoff and landing vehicle of the present invention having the cycloid blade system as described above provides the following effects.

첫째, 로우터가 회전하는 평면 전체를 틸트시켜 상승과 전진에 필요한 힘을 얻던 종래의 구조에 비해, 사이클로이드 블레이드 시스템에서는 블레이드의 피치각과 위상만 간단히 변화시키면서 원하는 방향의 힘을 얻을 수 있으므로, 비행체를 조정하기 위한 구조가 매우 간소해진다. First, compared to the conventional structure in which the rotor tilts the entire plane in which the rotor is rotated to obtain the necessary force for ascending and advancing, the cycloidal blade system can obtain the force in the desired direction by simply changing the pitch angle and phase of the blade. The structure for doing so becomes very simple.

둘째, 사이클로이드 블레이드 시스템에서는 블레이드가 동체의 양측면을 관통하는 수평선과 평행한 회전축을 중심으로 회전하므로, 동체가 블레이드에 작용하는 공기의 흐름을 방해하지 않게 되어 힘의 손실이 적다. Second, in the cycloid blade system, since the blade rotates about a rotation axis parallel to the horizontal line passing through both sides of the fuselage, the fuselage does not interfere with the flow of air acting on the blade, so there is little force loss.

셋째, 블레이드가 전장에 걸쳐서 일정한 선속도로 회전하기 때문에, 종래와 같이 자유단부 쪽의 선속도가 지나치게 높아지는 현상이 사라져, 소음이 적어진다. Third, since the blade rotates at a constant linear velocity over the entire length, the phenomenon of an excessively high linear velocity on the free end side as in the prior art disappears, and noise is reduced.

넷째, 본 발명의 사이클로이드 블레이드 시스템에서는 무게대 강성비가 뛰어난 복합재료로 이루어진 블레이드를 사용함으로써 구조적인 안전성을 제공한다. Fourth, the cycloidal blade system of the present invention provides structural safety by using a blade made of a composite material having an excellent weight-to-stiffness ratio.

본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.It is to be understood that the invention is not limited to that described above and illustrated in the drawings and that many more modifications and variations are possible within the scope of the following claims.

Claims

동체를 수직으로 이착륙시키는 비행메카니즘을 구비한 수직 이착륙 비행체에 있어서,A vertical takeoff and landing vehicle having a flight mechanism for vertically taking off and landing the fuselage,

상기 비행메카니즘은,The flight mechanism,

상기 동체의 양측면을 관통하는 수평선과 평행한 회전축을 중심으로 하여 그 회전축과 실질적으로 평행하게 배치된 복수의 블레이드가 회전하면서 양력과 추력을 발생시키는,A plurality of blades disposed substantially parallel to the axis of rotation about a horizontal axis parallel to the horizontal line passing through both sides of the fuselage to generate lift and thrust,

구동원과;A drive source;

상기 회전축 상에 위치되어 상기 구동원에 의해 회전하는 회전중심부와;A rotation center part positioned on the rotation axis to rotate by the driving source;

상기 회전중심부에 중심을 둔 원주 상에 배치된 상기 복수의 블레이드를 포함하는 로우터부와;A rotor part including the plurality of blades disposed on a circumference centered on the rotation center part;

일단은 상기 블레이드를 회전가능하게 지지하고 타단은 상기 회전중심부에 결합된 지지부재와;A support member having one end rotatably supporting the blade and the other end coupled to the rotation center;

상기 복수의 블레이드의 상기 지지부재에 대한 회전축으로부터 소정 간격 이격된 블레이드의 작용점에 일단이 연결된 복수의 연결부재와, 상기 각 연결부재의 타단이 연결되고 상기 회전중심부의 중심을 기준 위치로 하며 상기 로우터부와 같이 회전하는 회전디스크 및, 상기 회전디스크의 중심을 기준 위치로부터 병진 및 회전시킴으로써 그 회전디스크와 상기 연결부재로 연결된 상기 블레이드의 피치각 크기 및 위상이 변화되게 하는 조절수단을 구비한 피치제어부를 포함하는 사이클로이드 블레이드 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행체. A plurality of connection members whose one end is connected to an action point of the blade spaced a predetermined distance from the rotational axis of the support member of the plurality of blades, and the other end of each of the connection members are connected, and the center of the rotation center is a reference position; Pitch control unit having a rotating disk that rotates like a turret portion, and an adjusting means for changing the pitch angle size and phase of the rotating disk and the blade connected to the connecting member by translating and rotating the center of the rotating disk from a reference position. Vertical takeoff and landing vehicle comprising a cycloid blade system comprising a.

제1항에 있어서, The method of claim 1,

상기 사이클로이드 블레이드 시스템은 한 쌍이 구비되어 상기 동체의 양측면에 각각 하나씩 대칭되게 설치된 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행체. The cycloid blade system is provided with a pair of vertical takeoff and landing aircraft, characterized in that the symmetrical installation on each side of the fuselage one by one.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 블레이드의 단면은 대칭형 익형인 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행체.Vertical takeoff and landing vehicle, characterized in that the cross section of the blade is a symmetrical airfoil.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 블레이드는 섬유 강화 복합재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행체. And said blade is made of a fiber reinforced composite material.

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제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 복수의 블레이드의 몸체 중간 부위를 지지하는 보조지지부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행체. A vertical takeoff and landing vehicle further comprising an auxiliary support member supporting an intermediate portion of the body of the plurality of blades.

제6항에 있어서,The method of claim 6,

상기 보조지지부재는, The auxiliary support member,

상기 블레이드가 상기 지지부재와 결합된 쪽으로부터 그 블레이드 몸체 길이의 1/4지점을 지지하는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행체. And the blade supports one quarter of the length of the blade body from the side engaged with the support member.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 블레이드의 회전축은 그 블레이드 단면의 무게중심에 위치되는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행체.The axis of rotation of the blade is a vertical takeoff and landing vehicle, characterized in that located in the center of gravity of the blade cross section.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 복수의 연결부재 중 하나는 상기 회전디스크에 고정된 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행체.One of the plurality of connecting members is a vertical takeoff and landing aircraft, characterized in that fixed to the rotating disk.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 피치제어부의 조절수단은, 상기 회전디스크가 탑재되는 가이드부와, 상기 가이드부를 가이드레일을 따라 병진이동시키는 가이드부구동원과, 상기 가이드부가 탑재되는 방향조절블록 및 상기 방향조절블록을 회전이동시키는 방향조절블록구동원을 구비하는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행체.Adjusting means of the pitch control unit, the guide unit on which the rotating disk is mounted, a guide unit driving source for translating the guide unit along the guide rail, the direction control block and the direction control block on which the guide unit is mounted to rotate Vertical takeoff and landing vehicle comprising a direction control block driving source.

제10항에 있어서,The method of claim 10,

상기 회전디스크와 상기 가이드부는 볼베어링을 통해 연결되는 것을 특징으 로 하는 수직 이착륙 비행체.Vertical rotary takeoff and landing vehicle, characterized in that the rotating disk and the guide portion is connected through a ball bearing.

제11항에 있어서,The method of claim 11,

상기 가이드부는 상기 볼베어링의 내륜에 결합되는 편심축을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행체.The guide unit is a vertical takeoff and landing vehicle, characterized in that it comprises an eccentric shaft coupled to the inner ring of the ball bearing.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 회전중심부는 상하방향으로 비행체의 무게 중심 위쪽에, 앞뒤 방향으로는 무게 중심의 앞쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행체. The center of rotation is a vertical takeoff and landing aircraft, characterized in that disposed in the vertical direction above the center of gravity of the aircraft, in the front and rear direction in front of the center of gravity.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 로우터부의 블레이드는 상기 회전디스크가 기준위치에 있을 때, 그 폭방향이 상기 로우터부를 이루는 원주상의 접선방향과 일치하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행체.And the blade of the rotor portion is positioned so that the width direction thereof coincides with the circumferential tangential direction of the rotor portion when the rotating disk is in the reference position.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 블레이드는 상기 지지부재에 외팔보 형태로 지지된 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 비행체.The blade is a vertical takeoff and landing aircraft, characterized in that supported by the support member in the form of cantilever.