KR20150055202A - 무인비행기 - Google Patents

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KR20150055202A
KR20150055202A KR1020130137026A KR20130137026A KR20150055202A KR 20150055202 A KR20150055202 A KR 20150055202A KR 1020130137026 A KR1020130137026 A KR 1020130137026A KR 20130137026 A KR20130137026 A KR 20130137026A KR 20150055202 A KR20150055202 A KR 20150055202A
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KR1020130137026A
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박영제
한선혜
최혁렬
전재혁
이현용
이효주
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 무인비행기에 관한 것으로서, 프레임과 상기 프레임의 외측을 마감하여 코안다 면(Coanda Surface)을 형성하는 케이스를 포함하는 본체부; 상기 프레임의 내측에 탈부착 되도록, 상기 프레임의 내측 단부가 삽입되는 삽입홈이 형성되는 보조프레임; 상기 프레임의 상단에 설치되며, 공기의 흐름을 발생시키도록 회전하는 회전부; 상기 본체부에 설치되며, 상기 본체부의 비행 방향을 조절하는 조향부; 상기 보조프레임에 설치되며, 상기 회전부와 상기 조향부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 코안다 효과(Coanda Effect)를 이용하여 효율적으로 비행할 수 있는 무인비행기가 제공된다.

Description

무인비행기{UNMANNED AERIAL WEHICLE}
본 발명은 무인비행기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 코안다 효과(Coanda Effect)를 이용하여 효율적으로 비행할 수 있는 무인비행기에 관한 것이다.
최근 들어 항공 기술 및 통신 기술의 급격한 발전에 따라 탐사 및 정찰 등을 목적으로 하는 무인비행기(UAV:Unmanned Aerial Vehicle)의 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 이러한 무인 항공기는 인간이 직접 탑승하여 수행하기에 위험한 재난지역 탐사 또는 이동식 방범용 또는 대기의 정보수집용 등으로 널리 활용되고 있다.
코안다 효과(Coanda effect)란 벽면이나 천장면에 접근하여 분출된 기류가 그 면에 빨려서 부착하여 흐르는 현상을 말하며, 이러한 코안다 효과(Coanda Effect)를 비행체에 적용하면, 속력을 크게 높이지 않아도 충분한 양력을 발생시킬 수 있기 때문에, 비행체가 비행하기 위한 동력을 절감할 수 있는 효과가 있는 것으로 알려져 있다.
따라서, 이러한 이점에 착안하여, 비행체의 외면에 코안다 면을 적용하여 무인비행기를 개발하려는 시도가 종래에 이루어졌으나, 비행체 내부의 각종 장치들을 유지 보수할 수 있는 구조 및 효율적인 조향제어의 구조적 부분의 구체적인 연구는 전무한 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 코안다 효과(Coanda Effect)를 이용하여 효율적으로 비행할 수 있는 무인비행기를 제공함에 있다.
또한, 무인비행기의 내부의 장치를 효율적으로 유지, 보수할 수 있는 무인비행기를 제공함에 있다.
또한, 링크구조를 이용하는 조향부를 이용하여, 안정적인 비행이 가능한 무인비행기를 제공함에 있다
상기 목적은, 본 발명에 따라, 프레임과 상기 프레임의 외측을 마감하여 코안다 면(Coanda Surface)을 형성하는 케이스를 포함하는 본체부; 상기 프레임의 내측에 탈부착 되도록, 상기 프레임의 내측 단부가 삽입되는 삽입홈이 형성되는 보조프레임; 상기 프레임의 상단에 설치되며, 공기의 흐름을 발생시키도록 회전하는 회전부; 상기 본체부에 설치되며, 상기 본체부의 비행 방향을 조절하는 조향부; 상기 보조프레임에 설치되며, 상기 회전부와 상기 조향부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인비행기에 의해 달성된다.
또한, 상기 회전부에 의해 발생되는 공기의 흐름을 상기 코안다 면(Coanda Surface)으로 집중시키도록, 상기 코안다 면(Coanda Surface)으로부터 소정 간격 이격되어 상기 회전부를 둘러싸는 가이드부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 조향부는, 상기 본체부의 기울기를 조절하는 플랩부와 상기 본체부의 회전방향을 조절하는 안티토크부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 플랩부는, 회전력을 제공하는 제1모터와 각도가 조절되는 플랩날개와 상기 제1모터와 상기 플랩날개를 연결하며 상기 제1모터와 연동되어 상기 플립날개를 회동시키도록, 제1모터와 연결되는 제1플랩링크부재와 상기 제1플랩링크부재의 단부와 회동가능하도록 연결되는 제2플랩링크부재와 상기 제2플랩링크부재의 단부와 회동가능하도록 연결되며 상기 플랩날개의 단면과 연결되는 제3플랩링크부재를 포함하는 제1링크를 포함할 수 있다.
또한, 상기 안티토크부는, 회전력을 제공하는 제2모터와 각도가 조절되는 다수개의 안티토크날개와 상기 제2모터와 상기 다수개의 안티토크날개를 연결하며 상기 제2모터와 연동되어 상기 안티토크날개를 회동시키도록, 제2모터와 연결되는 제1안티토크링크부재와 상기 제1안티토크링크부재의 단부와 회동가능하도록 연결되는 제2안티토크링크부재와 상기 제2안티토크링크부재의 단부와 회동가능하도록 연결되며 상기 다수개의 안티토크날개와 각각 연결되는 제3안티토크링크부재를 포함하는 제2링크를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 본체부의 가속도를 감지하는 가속도센서와 상기 본체부의 각속도를 감지하는 각가속도센서와 상기 가속도센서와 상기 각가속도센서로부터 정보를 전달받아 상기 회전부와 상기 제1모터와 상기 제2모터를 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 코안다 효과(Coanda Effect)를 이용하여 효율적으로 비행할 수 있는 무인비행기가 제공된다.
또한, 보조프레임을 이용하여 내부의 각종 센서 및 컨트롤러를 효율적으로 유지, 보수할 수 있다.
또한, 제어부 및 링크구조를 이용하는 플립부와 안티토크부를 이용하여, 더욱 안정적으로 비행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기의 사시도 이고,
도 2는 도 1의 무인비행기의 분해사시도 이고,
도 3은 도 1의 무인비행기의 플립부를 도시한 것이고,
도 4는 도 1의 무인비행기의 안티토크부를 도시한 것이고,
도 5는 도 1의 무인비행기의 보조프레임을 도시한 것이고,
도 6은 도 1의 무인비행기의 기본 비행 동작을 개략적으로 도시한 것이고,
도 7은 도 1의 무인비행기의 기울기 방향 제어 동작을 개략적으로 도시한 것이고,
도 8은 도 1의 무인비행기의 회전 방향 제어 동작을 개략적으로 도시한 것이고,
도 9는 도 1의 무인비행기의 제어부에서의 자세보정의 순서도를 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기의 사시도 이고, 도 2는 도1의 무인비행기의 분해사시도 이고, 도 3은 도 1의 무인비행기의 플립부를 도시한 것이고, 도 4는 도 1의 무인비행기의 안티토크부를 도시한 것이고, 도 5는 도 1의 무인비행기의 보조프레임을 도시한 것이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기는 프레임(11)과 상기 프레임(11)의 외측을 마감하는 케이스(12)를 포함하는 본체부(1)와 상기 프레임(11)의 내측에 탈부착 되는 보조프레임(2)과 공기의 흐름을 발생시키도록 회전하는 회전부(3)와 본체부(1)의 비행 방향을 조절하는 조향부(4)와 회전부(3) 및 조향부(4)를 제어하는 제어부(5)와 회전부(3)에 의해 발생되는 공기의 흐름을 케이스(12)의 외면에 집중시키는 가이드부(6)를 포함한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 본체부(1)는 프레임(11)와 상기 프레임(11)의 외측을 마감하여 코안다 면(Coanda Surface)을 형성하는 케이스(12)를 포함한다.
프레임(11)은 본체부(1)의 내부구조로써, 상단부터 하단까지 높이별로 각 배치되는 상단프레임(111), 중단프레임(112), 하단프레임(113)과 원주방향을 따라 상단프레임(111)과 중단프레임(112) 및 하단프레임(113)을 연결하는 다수개의 코안다프레임(114)을 포함한다. 코안다프레임(114)은 후술하는 케이스(12)에 의해 마감되어 코안다 면(Coanda Surface)을 형성하도록, 외측이 곡선으로 형성되며, 후술하는 보조프레임(2)의 삽입홈(g)에 삽입되도록, 내측에 삽입홈(g)과 대응되는 홈이 형성된다.
케이스(12)는 본체부(1)의 외부구조의 구성요소로써, 상술한 다수개의 코안다프레임(114) 사이의 공간을 마감하여 코안다 면(Coanda Surface)을 형성한다.
코안다 면(Coanda Surface)이란, 코안다 효과(Coanda Effect)를 발생시키는 면을 의미하며, 코안다 효과(Coanda Effect)란, 물체의 면에 접근하여 흐르는 유체가 물체의 면에 부착되어 흐르는 효과를 말한다. 이러한 코안다 효과(Coanda Effect)는 비행체에 양력을 발생시키는 원리로 이용된다. 즉, 유체(공기)가 코안다 면(Coanda Surface)면의 접선방향으로 유동될 때, 코안다 면(Coanda Surface)의 법선방향으로는 이와 반대되는 힘이 발생 되는데, 이는 코안다 면(Coanda Surface)의 반대 면을 떠받치는 힘이 된다. 이러한 힘, 즉, 양력에 의해 비행체가 상승 되는 것이다.
또한, 케이스(12)의 상측에는 후술하는 회전부(3)가 삽입되어 상단프레임(111)에 고정되도록 개구부가 형성된다.
도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 보조프레임(2)은 후술하는 제어부(5)가 설치되는 공간을 제공하는 것으로서, 판형으로 구비되며, 상술한 코안다프레임(114)의 홈에 탈부착 되도록, 테두리면에 삽입홈(g)이 형성된다.
삽입홈(g)은 테두리면에서부터 보조프레임(2)의 중심방향으로 형성되는 제1홈(g1)과 제1홈(g1)에서부터 원주방향으로 연장되는 제2홈(g2)을 포함한다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 상술한 제1홈(g1)에 코안다프레임(114)의 홈이 삽입되며, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 보조프레임(2)이 원주방향으로 회전됨으로써, 제2홈(g2)에 코안다프레임(114)의 홈이 삽입되어 보조프레임(2)이 코안다프레임(114)에 안정적으로 부착될 수 있으며, 상술한 과정의 역순으로 보조프레임(2)이 코안다프레임(114)으로부터 용이하게 탈착될 수 있다.
이와 같이, 보조프레임(2)은 코안다프레임(114)으로부터 탈부착이 용이하기 때문에, 보조프레임(2) 상면에 설치되는 제어부(5)에 이상이 생기는 경우, 이를 교체, 유지, 보수하는 것이 매우 용이하다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 회전부(3)는 회전하여 코안다 면(Coanda Surface)으로 공기의 흐름을 발생시키는 것으로서, 상단 프레임(11)의 상면에 설치되며, 프로펠러(31)와 프로펠러(31)에 구동력을 제공하는 구동모터(32)를 포함한다.
프로펠러(31)로는 회전하여 공기의 흐름을 발생시킬 수 있다면, 그 형태에 제한되지 않으며, 구동모터(32)로는 마모와 고장이 적고, 소형 비행기에 적합한 브러시레스(BLDC Motor : Brushless DC Motor) 모터가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 구동모터(32)는 후술하는 제어부(5)의 컨트롤러(53)와 연결되어, 회전속도가 제어된다.
이러한 회전부(3)에 의해, 상술한 코안다 면(Coanda Surface)으로 공기의 흐름이 발생되며, 이에 의해, 발생되는 코안다 효과(Coanda Effect)에 의해서, 본체부(1)의 하측에 수직력이 발생되어, 본체부(1)가 상승 될 수 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 조향부(4)는 본체부(1)의 비행 방향을 조절하는 것으로서, 본체부(1)의 기울기를 조절하는 플랩부(41)와 본체부(1)의 회전방향을 조절하는 안티토크부(42)를 포함한다.
도 3의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 플랩부(41)는 본체부(1)의 비행 방향을 조절하는 것으로, 코안다프레임(114) 사이에 후술하는 안티토크부(42)와 교대로 배치되며, 회전력을 제공하는 제1모터(411)와 각도가 조절되는 플랩날개(412)와 제1모터(411)와 플랩날개(412)를 연결하는 제1링크(413)를 포함한다.
제1모터(411)는 후술하는 제1플랩링크부재(4131)에 회전력을 제공하는 것으로, 중단프레임(112)의 상면에 설치되어 후술하는 제1플랩링크부재(4131)와 연결된다. 또한, 제1모터(411)로는 후술하는 컨트롤러(53)와 연결되어 위치제어가 가능한 서보모터(Servo Motor) 또는 스테핑모터(Stepping Motor)가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 위치제어가 가능한 모터라면 어떤 것이라도 무방하다.
플랩날개(412)는 판형으로 구비되며, 중단프레임(112)의 단부에 회동가능하도록 연결되어, 개폐되는 형태로 각도가 조절되는 것으로서, 후술하는 제3플랩링크부재(4133)가 단면에 부착되어 제3플랩링크부재(4133)가 전달하는 힘에 의해 단부가 개폐됨으로써 각도가 조절된다.
제1링크(413)는 플랩날개(412)의 각도를 조절하기 위해서 제1모터(411)와 플랩날개(412)를 연결하는 링크구조로써, 제1모터(411)와 연결되는 제1플랩링크부재(4131)와 제1플랩링크부재(4131)의 단부와 회동가능하도록 연결되는 제2플랩링크부재(4132)와 플랩날개(412)의 단면과 연결되며 제2플랩링크부재(4132)의 단부와 회전가능하도록 연결되는 제3플랩링크부재(4133)를 포함한다.
이때, 제2플랩링크부재(4132)의 길이는 제1모터(411)의 회전각도 및 제1모터(411)에서부터 플랩날개(412)와 중단프레임(112)이 연결되는 지점까지의 길이를 고려하여 결정되며, 본 실시예에서는 50mm 내지 100mm 인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 플랩날개(412)를 개방하는 경우, 제2플랩링크부재(4132)는 제1모터(411)의 회전력을 제3플랩링크에까지 지지하며 밀어주는 힘을 발생시켜야 하기 때문에, 강성의 재질로 구비되는 것이 바람직하다.
제1모터(411)가 회전하게 되면, 제1모터(411)에 의한 회전력이 제1플랩링크부재(4131), 제2플랩링크부재(4132), 제3플랩링크부재(4133), 플랩날개(412)로 순차적으로 전달되며, 이에 의해, 플랩날개(412)의 일단부가 개폐됨으로써, 플랩날개(412)의 각도가 조절된다. 이러한, 플랩날개(412)의 각도 조절에 의해서, 본체부(1)의 비행 방향이 조절된다.
도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 안티토크부(42)는 본체부(1)의 회전방향을 조절하는 것으로서, 코안다프레임(114) 사이에 상술한 플랩부(41)와 교대로 배치되며, 회전력을 제공하는 제2모터(421)와 각도가 조절되는 다수개의 안티토크날개(422)와 제2모터(421)와 안티토크날개(422)를 연결하는 제2링크(423)를 포함한다.
제2모터(421)는 후술하는 제1안티토크링크부재(4231)에 회전력을 제공하는 것으로, 중단프레임(112)의 상면에 설치되어 후술하는 제1안티토크링크부재(4231)와 연결된다. 또한, 제2모터(421)로는 후술하는 컨트롤러(53)와 연결되어 위치제어가 가능한 서보모터(Servo Motor) 또는 스테핑모터(Stepping Motor)가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 위치제어가 가능한 모터라면 어떤 것이라도 무방하다.
안티토크날개(422)는 반원형으로 구비되며, 케이스(12)의 상면에 일정한 간격으로 배치되어 각도가 조절되는 것으로서, 후술하는 제3안티토크링크부재(4233)가 전달하는 힘에 의해 회동되어 각도가 조절된다.
제2링크(423)는 안티토크날개(422)의 각도를 조절하기 위해서 제2모터(421)와 안티토크날개(422)를 연결하는 링크구조로써, 제2모터(421)와 연결되는 제1안티토크링크부재(4231)와 바(bar)형태로 구비되며 제1안티토크링크부재(4231)의 단부와 회동가능하도록 연결되는 제2플랩링크부재(4132)와 일단부는 제2안티토크링크부재(4232)의 단부에 일정한 간격으로 회동가능하게 각각 연결되고 타단부는 다수개의 안티토크날개(422)의 단면에 각각 연결되는 제3안티토크링크부재(4233)와 상술한 제3안티토크링크부재(4233)를 상호 연결하여 제3안티토크링크부재(4233)가 안정적으로 회동하도록 지지하는 제4안티토크링크부재(4234)를 포함한다.
제2모터(421)가 회전하게 되면, 제2모터(421)에 의한 회전력이 제1안티토크링크부재(4231)에 전달되어, 제2안티토크링크부재(4232)가 길이방향으로 이동된다. 이에 의해, 제2안티토크링크부재(4232)의 상면에 연결되어있는 다수개의 제3안티토크링크부재(4233)가 각각의 축방향을 중심으로 한꺼번에 회전하게 되어, 대수개의 안티토크날개(422)의 각도가 한꺼번에 조절된다. 이때, 제4안티토크링크부재(4234)가 다수개의 제3안티토크링크부재(4233)를 상호 연결하고 있기 때문에, 제3안티토크링크부재(4233)가 한꺼번에 연동되는 것이 용이하다.
이러한 안티토크날개(422)의 각도 조절에 의해서, 본체부(1)의 회전 방향이 조절된다.
도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(5)는 회전부(3), 제1모터(411), 제2모터(421)를 제어하는 것으로서, 보조프레임(2)의 상면에 설치되며, 본체부(1)의 가속도를 감지하는 가속도센서(51)와 본체부(1)의 각속도를 감지하는 각속도센서와 가속도센서(51)와 각속도감지센서로부터 정보를 전달받아 회전부(3), 제1모터(411), 제2모터(421)를 제어하는 컨트롤러(53)를 포함한다.
가속도센서(51)는 본체부(1)의 상하 및 좌우 방향, 즉, X축, Y축, Z축 방향의 가속도를 감지하며, 각가속도센서(52)는 본체부(1)의 상하 및 좌우 방향, 즉, X축, Y축, Z축 방향의 각가속도를 감지한다.
컨트롤러(53)는 상술한 가속도센서(51) 및 각가속도센서(52)로부터 정보를 전달받아, 본체부(1)를 제어하는 것으로서, 전달받은 정보를 바탕으로 여러 연산을 통해, 본체부(1)의 자세를 파악하고, 파악된 자세 정보로부터, 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기가 비행하는 것이 불안정하다고 판단되는 경우, 구동모터(32)와 제1모터(411) 및 제2모터(421)를 구동시킴으로써, 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기가 안정적으로 비행하도록 제어한다.
따라서, 상술한 제어부(5)에 의해, 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기가 안정적으로 비행될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 가이드부(6)는 회전부(3)에 의해 발생되는 공기의 흐름을 상술한 코안다 면(Coanda Surface)으로 집중시키는 것이며, 코안다 면(Coanda Surface)으로 부터 이격되어 회전부(3)를 둘러싸는 가이드본체(61)와 가이드본체(61)와 케이스(12)를 연결하는 가이드부재(62)를 포함한다.
가이드본체(61)는 프로펠러(31)의 길이에 대응되는 내경을 구비하며, 코안다 면(Coanda Surface)으로 부터 소정간격 이격되어 배치되며, 가이드부재(62)는 다수개로 구비되어, 가이드본체(61)의 외주면을 따라 일단부가 부착되며, 타단부는 케이스(12)의 상면에 연결되어 가이드부재(62)를 지지한다.
따라서, 이러한 가이드부(6)를 이용함으로써, 프로펠러(31)에 의해 생성된 공기의 흐름이 가이드본체(61)에서 1차적으로 모이게 되며, 이후, 가이드본체(61)의 내경을 통하여 코안다 면(Coanda Surface)으로 자연스럽게 집중되기 때문에, 상술한 코안다 효과(Coanda Effect)가 극대화되는 것이 가능하다.
지금부터는, 첨부한 도면을 참조하여, 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기의 비행 동작에 대해서 상세히 설명한다.
먼저, 기본 비행 동작에 대해서 설명하고, 이어서, 기울기 방향 제어 동작, 회전 방향 제어 동작, 제어부(5)에서의 자세 보정 제어에 대해서 순서대로 설명한다.
도 6은 도 1의 무인비행기의 기본 비행 동작을 개략적으로 도시한 것이고, 도 7은 도 1의 무인비행기의 기울기 방향 제어 동작을 개략적으로 도시한 것이고, 도 8은 도 1의 무인비행기의 회전 방향 제어 동작을 개략적으로 도시한 것이고, 도 9는 도 1의 무인비행기의 제어부(5)에서의 자세 보정의 순서도를 도시한 것이다.
먼저, 기본 비행 동작을 설명한다. 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 구동모터(32)가 작동하여 프로펠러(31)가 회전하면, 프로펠러(31)의 회전력에 의해서 공기가 가이드부(6) 내부로 유입되면서 공기의 흐름이 발생된다.
이후, 발생된 공기의 흐름은 가이드부(6)에 의해 안내되어 케이스(12)부의 상측을 경유하여 코안다 면(Coanda Surface)에 집중되며, 계속해서 코안다 면(Coanda Surface)을 타고 하측으로 흐른다.
이때, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 코안다 효과(Coanda Effect)가 발생 되어, 코안다 면(Coanda Surface)이 공기의 흐름에 수직하는 방향으로 이끌리게 되는 동시에, 하단프레임(113)을 떠받치는 수직력이 발생된다.
이에 의해, 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기가 비행된다.
이어서, 기울기 방향 제어 동작을 설명한다. 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 상술한 코안다 효과에 의해서 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기가 비행된다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기를 우측 방향으로 기울여 비행시키도록, 사용자가 외부컨트롤러를 조작하여 제어부(5)의 컨트롤러(53)로 신호를 전달한다.
이후, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 전달받은 신호에 의해서, 컨트롤러(53)에서 제1모터(411)를 구동시키며, 제1모터(411)가 구동하여 제1링크(413)가 작동된다. 이에 의해서, 우측의 플립날개의 각도가 조절, 즉, 상측으로 개폐된다.
플립날개가 상측으로 개폐됨으로써, 우측의 코안다 면(Coanda Surface)에서의 공기의 흐름이 바뀌게 되며, 이에 의해서, 우측의 코안다 면(Coanda Surface)에서의 코안다 효과(Coanda Effect)가 좌측의 코안다 면(Coanda Surface)에서의 코안다 효과(Coanda Effect) 보다 적게 발생된다.
따라서, 좌측에서보다 상대적으로 우측에서의 양력이 감소하기 때문에, 본체부(1)의 기울기가 우측으로 치우치게 되며, 이에 의해, 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기는 우측방향으로 비행될 수 있다.
이어서, 회전 방향 제어 동작을 설명한다. 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 구동모터(32)가 작동하여 프로펠러(31)가 회전하고, 이어, 상술한 코안다 효과에 의해서 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기가 비행된다.
이때, 프로펠러(31)의 회전방향, 즉, 토크방향으로 본체부(1)가 따라서 함께 회전하는 현상이 발생한다. 이러한 현상은 본체부(1)가 수평을 유지하며 안정적으로 비행하는 것을 저해하는 큰 요인이 되며, 따라서, 이러한 본체부(1)의 토크방향의 회전을 방지하도록, 본체부(1)를 토크방향의 반대방향, 즉, 안티(반)토크방향으로 회전시킬 필요성이 있다.
따라서, 이러한 필요성에 의해, 사용자가 외부컨트롤러를 조작하여 제어부(5)의 컨트롤러(53)로 신호를 전달하거나, 각가속도센서(52)가 본체부(1)의 회전방향을 감지하여 제어부(5)의 컨트롤러(53)로 신호를 전달할 수 있다.
도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 상술한 신호에 의해서, 컨트롤러(53)는 제2모터(421)를 구동시키며, 제2모터(421)가 구동하여 제2링크(423)가 작동된다. 이에 의해서, 우측의 안티토크날개(422)의 각도가 조절된다. 즉, 안티토크의 날개가 수직방향에 가깝게 기울어진다.
이와 같이, 안티토크날개(422)의 각도가 바뀜으로써, 다수개의 안티토크날개(422) 사이 공간에서의 공기의 흐름이 바뀌게 된다. 이에 의해서, 본체부(1)가 토크방향(프로펠러(31) 회전방향)의 반대방향, 즉, 안티토크방향으로 회전되며, 결과적으로, 두 회전력이 상쇄됨으로써, 본체부(1)가 회전되지 않아 안정적인 비행이 가능하다.
이어서, 제어부(5)에서의 자세 보정 제어에 대해 설명한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 가속도센서(51)와 각가속도센서(52)가 본체부(1)의 자세를 감지하여, 그 정보를 컨트롤러(53)로 계속해서 전달하며, 컨트롤러(53)는 각종 연산을 통해, 본체부(1)의 자세가 비행하기에 적합한지 아닌지를 판단한다.
컨트롤러(53)에 의해 본체부(1)의 자세가 비행하기에 부적합하다고 판단되면, 컨트롤러(53)는 본체부(1)의 자세가 비행하기에 적합할 때까지 회전부(3)와 제1모터(411) 및 제2모터(421)를 구동시켜, 프로펠러(31)의 회전속도와 플랩날개(412) 및 안티토크날개(422)의 각도를 조절한다.
이와 같은, 제어부(5)의 자세 보정 제어에 의하여, 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기가 정상적으로 비행 될 수 있다.
지금부터는, 첨부한 도면을 참조하여, 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기의 보조프레임의 조립방법에 대해서 상세히 설명한다.
도 5는 도 1의 무인비행기의 코안다프레임과 보조프레임과 제어부를 도시한 것이다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 보조프레임(2)의 제1홈(g1)에 코안다프레임(114)의 홈을 끼운다. 이후, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 보조프레임(2)을 원주방향으로 회전시켜, 제2홈(g2)에 코안다프레임(114)의 홈이 삽입되도록 한다.
이와 같은 방법으로 보조프레임(2)을 코안다프레임(114)에 안정적으로 부착시킬 수 있으며, 상술한 과정의 역순으로 보조프레임(2)을 코안다프레임(114)으로부터 용이하게 탈착시킬 수 있다.
또한, 보조프레임(2)의 상면에는 가속도센서(51), 각가속도센서(52), 컨트롤러(53)를 포함하는 제어부(5)가 장착되어 있다. 따라서, 상술한 탈부착의 방법을 이용하면, 제어부(5)를 조작하거나 교체, 유지, 보수하는 것이 매우 간편하다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 무인비행기에 의하면, 코안다 효과(Coanda Effect)를 이용하여 효율적으로 비행할 수 있는 무인비행기를 제공된다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
1 : 본체부 11 : 프레임
111 : 상단프레임 112 : 중단프레임
113 : 하단프레임 114 : 코안다프레임
12 : 케이스 2 : 보조프레임
3 : 회전부 31 : 프로펠러
32 : 구동모터 4 : 조향부
41 : 플랩부 411 : 제1모터
412 : 플랩날개 413 : 제1링크
4131 : 제1플랩링크부재 4132 : 제2플랩링크부재
4133 : 제3플랩링크부재 42 : 안티토크부
421 : 제2모터 422 : 안티토크날개
423 : 제2링크 4231 : 제1안티토크링크부재
4232 : 제2안티토크링크부재 4233 : 제3안티토크링크부재
4234 : 제4안티토크링크부재 5 : 제어부
51 : 가속도센서 52 : 각가속도센서
53 : 컨트롤러 6 : 가이드부
61 : 가이드본체 62 : 가이드부재
g : 삽입홈 g1 : 제1홈
g2 : 제2홈

Claims (6)

  1. 프레임과 상기 프레임의 외측을 마감하여 코안다 면(Coanda Surface)을 형성하는 케이스를 포함하는 본체부;
    상기 프레임의 내측에 탈부착 되도록, 상기 프레임의 내측 단부가 삽입되는 삽입홈이 형성되는 보조프레임;
    상기 프레임의 상단에 설치되며, 공기의 흐름을 발생시키도록 회전하는 회전부;
    상기 본체부에 설치되며, 상기 본체부의 비행 방향을 조절하는 조향부;
    상기 보조프레임에 설치되며, 상기 회전부와 상기 조향부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인비행기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전부에 의해 발생되는 공기의 흐름을 상기 코안다 면(Coanda Surface)으로 집중시키도록, 상기 코안다 면(Coanda Surface)으로부터 소정 간격 이격되어 상기 회전부를 둘러싸는 가이드부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인비행기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 조향부는,
    상기 본체부의 기울기를 조절하는 플랩부와 상기 본체부의 회전방향을 조절하는 안티토크부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인비행기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 플랩부는,
    회전력을 제공하는 제1모터와 각도가 조절되는 플랩날개와 상기 제1모터와 상기 플랩날개를 연결하며 상기 제1모터와 연동되어 상기 플립날개를 회동시키도록, 제1모터와 연결되는 제1플랩링크부재와 상기 제1플랩링크부재의 단부와 회동가능하도록 연결되는 제2플랩링크부재와 상기 제2플랩링크부재의 단부와 회동가능하도록 연결되며 상기 플랩날개의 단면과 연결되는 제3플랩링크부재를 포함하는 제1링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인비행기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 안티토크부는,
    회전력을 제공하는 제2모터와 각도가 조절되는 다수개의 안티토크날개와 상기 제2모터와 상기 다수개의 안티토크날개를 연결하며 상기 제2모터와 연동되어 상기 안티토크날개를 회동시키도록, 제2모터와 연결되는 제1안티토크링크부재와 상기 제1안티토크링크부재의 단부와 회동가능하도록 연결되는 제2안티토크링크부재와 상기 제2안티토크링크부재의 단부와 회동가능하도록 연결되며 상기 다수개의 안티토크날개와 각각 연결되는 제3안티토크링크부재를 포함하는 제2링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인비행기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 본체부의 가속도를 감지하는 가속도센서와 상기 본체부의 각속도를 감지하는 각가속도센서와 상기 가속도센서와 상기 각가속도센서로부터 정보를 전달받아 상기 회전부와 상기 제1모터와 상기 제2모터를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 무인비행기.




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