KR20230045249A - 에어백 파라슈트 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어백을 적용한 안전 에어백 파라슈트 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 에어백을 적용한 안전 에어백 파라슈트 시스템은 기존의 파라슈트나 파라 글라이딩의 안전 전개 고도보다도 낮은 헬리?B터나 드론이 비행하는 고도에서도 찰라의 시간(100 - 500 ms) 내에 안전 전개 및 확장이 가능하고, 종말속도(5 - 6 m/s)에 도달하는 시간(3 초)도 동일하여 낮은 고도(300 m)로부터 탈출 또는 개시하여도 안전한 착지가 확보될 수 있으며, 본체인 에어백 백팩과 앞 가슴용 보조 헬륨팩을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

에어백 파라슈트 시스템 {AIRBAG PARACHUTE SYSTEM}

본 발명은 에어백 파라슈트 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 일정 고도에서도 찰라의 시간내에 안전 전개 및 확장할 수 있는 본체로서 다수개의 에어백으로 구성된 백팩과 비상 시에도 수동 및 자동으로 안전 전개 및 확장될 수 있는 보조 가슴 헬륨백팩을 구비하여 저 고도에서도 안전 전개 및 확장가능한 에어백 파라슈트 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 높은 고도로부터 또는 비행체에서 안전 장구 없이 사람이 탈출하게 되는 경우, 고도에 관계없이 지구 중력 가속도에 의해 초기 가속 후, 일정 시간 후에는 공기 저항에 의해 일반적으로 45 m/s 종말 속도에 도달하는 시간은 대략 4.6초가 걸리게 된다. 해당 속도는 162 Km/hr에 상당하므로, 대략 5초 이내에 인명의 안전 수단을 강구해야만 한다. 현재까지 알려진 안전 수단은 파라슈트로서 이에 관한 간략한 개발 역사를 돌이켜 보면, 근대 파라슈트는 1783년 불란서의 루이 세바티앙 레노만의해 개발되었고, 고도의 비행기로부터 파라슈트로 탈출한 첫 번째 사람은 미 육군 대위 알버트 베리 이었으며, 세계 1, 2차 대전을 겪으면서 현재의 원형 파라슈트와 비행 날개(Flying Wing)의 시작과 더불어 파라 글라이딩(Para-gliding)이 개발되어 원형 파라슈트와 파라 글라이딩이 일정 고도에서 뛰어내리거나 비행체로부터 탈출 시, 유일한 안전 장구로서 자리 매김을 이루어 왔다.

한편, 인간이 새처럼 하늘을 날아야 하겠다는 욕망 하에 미국의 라이트 형제가 하늘을 날기 시작한 이후, 비행 중 의도적이거나 비상 시의 경우, 비행 고도로부터 탈출할 수 있는 유일한 수단은 지구 중력의 가속을 지연시켜서 안전 종말 속도로 임의의 지면에 안전하게 착지할 수 있는 파라슈트(Parachute, 일명 낙하산) 밖에 존재하지 않았다.

이러한 고도 탈출의 안전 장구로서의 파라슈트는 탈출자가 지면에 안착하기 위해서는 우선, 파라슈트가 전개 개시가 이루어지고 충분하게 확장되어 하강하면서 안전한 종말속도로서 착지할 수 있어야만 한다. 즉, 탈출, 전개 및 확장 후에 안전한 종말 속도로서 착지를 위해서는 안전을 감안 한 적정 고도로부터의 탈출만이 그 해결책일 수 밖에 없다.

또한, 적정 고도로부터 탈출을 시도하는 과정에서도 파라슈트의 전개가 원만히 이루지느냐가 관건인데다가, 탈출 전 또는 탈출 후, 파라슈트가 절첩 적재된 파라슈트 백팩으로부터 전개 개시를 위한 파일럿 파라슈트가 용이하게 펴져서 본체 파라슈트가 오작동 없이 전개 및 충분하게 확장되는 전 과정 이후에도 안전 착지 전까지 파라슈트의 확장세를 유지할 수 있어야만 한다.

그러나, 기존의 파라슈트는 얇은 면직포와 수 많은 라인으로 절첩된 백팩으로부터 시동 핸들을 작동시켜 파일럿 슈트로 개봉되어 절첩된 본체가 개봉 충격에 의해 원만하게 전개되어 안전한 낙하 장구로서의 역할을 할 수 있기 전까지는 상기 시작, 전개 및 확장이라는 전 과정에서 발생할 수 있는 여러 오작동(Parachute Malfunctions) 없이 무난하게 정상 낙하할 확률은 그다지 크지 않아 종국에는 보조 앞가슴 파라슈트 백팩에 의존하여야 할 경우가 적지 않았다.

한편, 스카이 다이버의 경우 파라슈트의 안전 고도는 3,000 미터이고, 날개옷 다이버들은 고도 3,000 미터 이상에서 하강을 시작하여, 고도 1,000 미터 이상에서 파라 글라이더의 전개를 시도해야 하는데, 빠른 하강 속도에 따른 높은 레이놀즈 지수(Reynolds Number)에 의한 난류(Turbulence) 분위기 하에서의 파라 글라이더의 전개는 결코 수월한 과정일 수가 없다.

또한, 적진 침투를 위한 군용기 파라트루퍼(Paratrooper)들의 경우를 제외한 일반 여객기에는 불시착을 대비한 안전 장구이외의 파라슈트 시스템이 전무하다는 사실은 여객기의 안전성을 과시하거나 사고 시 해당 안전 파라슈트가 존재하지 않는 필연성을 추구할 수 밖에 없는 실정이다.

한편, 저 고도를 비행하는 헬리?B터나 향후, 콤뮤터 드론과 하이 라이즈 빌딩에는 안전 장구로서의 파라슈트 시스템에서의 요구사항(절대 위협의 10초)을 근본적으로 충족 시킬 수 없는 것이 현 실정이다.

이에 반해, 본 발명인 에어백 파라슈트 시스템은 작동 개시, 전개 및 확장까지의 소요 시간이 최소 50 ms 에서 최장 500 ms 으로 본체 에어백 파라슈트 백팩의 가스 확장 에어백의 경우, 소요 직경의 선택에 따라서도 해당 소요 시간 범주 내에 속하고, 대기보다 밀도가 낮은 천연 가스로 충진 및 확장되는 보조 가슴 백팩의 경우도 상기 범주에 속한다.

상기 언급된 가스 확장 에어백은 상당 속도로 운행하는 자동차의 충돌 사고시, 운전자 및 탑승자의 상해를 최소화 하기 위해 개발된 것으로,

실제로, 상당 속도로 운행 중인 차량이 정면 충돌 등의 사고 시, 운전자의 최소 안전을 위해서는 에어백의 전개 및 확장의 소요 시간은 30 ms에 불과하다.

따라서, 본 발명인 에어백 파라슈트 시스템은 기존의 파라슈트나 파라 글라이더에서 야기되는 수 많은 오작동(Malfunctions)의 위기로부터 탈출하여 유사 시, 안전 개시, 전개 및 확장될 수 있고, 특히, 저 고도로부터의 탈출 시에도 안전 낙하 장구로서의 역할을 담당 할 수 있다.

KR 10-1881737호 (등록일자 2018년 07월 19일)

"Differential Equations in the New Millennium: The Parachute Problem " Int. J. Engng. Ed. Vol. 15, No. 6. pp 417-424, 1999.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 본체로서 가스 확장 방식인 일련의 기전 에어백이 내장된 백팩과 대기보다 가벼운 압축 천연 가스 방식의 보조 가슴 에어백팩으로 유사 시, 수동 또는 낙하 속도 센서 기동에 의해 개시,전개 및 확장되는 에어백 파라슈트 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 에어백 파라슈트 시스템의 본체로서 소정의 갯수의 에어백이 내장 된 백팩과 공기보다도 밀도가 낮은 압축 가스통이 내재된 가스백으로 보조 가슴팩을 포함하는 것을 특징으로 한다

또한, 본 발명에 따른 상기 본체인 백팩에는 2개 이상 6개 이하의 에어백을 내장시키고, 보조 가슴팩에는 부가 부력을 줄 수 있는 대기보다도 밀도가 낮은 헬륨 등의 압축 가스통을 내재시킨 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 본체 에어백 백팩 내 다수개의 에어백을 순차적으로 디지털 제어 전개시키고, 보조 가슴 팩백의 대기보다 낮은 밀도의 가스백은 수동과 낙하 속도 센서로 전개시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 최초의 에어백은 해당 고도 탈출 시, 개시 버튼으로 동작을 시키고, 다음 차례의 에어백은 지정 낙하 속도 초과 시, 해당 속도 센서로서 해당 에어백을 전개시키고,

보조 앞가슴 가스백은 본체의 에어백의 전개가 지연되는 비상 시에 수동으로도 전개시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 상기 본체 에어백 백팩 내의 에어백들의 미흡한 전개로 종말 속도의 기수배로 낙하 속도가 증가 시, 보조 가슴 가스백팩이 자동으로 전개되도록 한 것을 특징으로 한다

상기와 같은 본 발명에 따른 에어백 파라슈트 시스템에 의하면, 본체인 가스 확장 에어백 백팩과 천연가스 압축 에어백 보조 가슴팩으로 구성되어 있어 사용자가 고도 탈출 이후, 각각의 에어백의 작동 개시, 전개 및 확장까지의 안전장구로서의 역할에 소요되는 기간이 찰라인 500 ms 이내이므로 최저 고도에서도 안전 장구로서의 기능을 완수할 수 있는 효과가 있다.

또한, 기본적으로 가스 확장 에어백은 기전 제어 시스템으로서 사용자의 의지에 따른 작동 개시를 할 수 있을 뿐만아니라 사용자의 하강 속도의 증가에 따라 에어백의 개시 및 전개가 순차적으로 진행될 수 있도록 설계 및 제작이 가능하므로 사용자는 단지 고도 탈출만이 요구되는 단순 안전장구 시스템으로 강구될 수 있는 효과가 있다.

또한, 다수개의 에어백이 백팩에 내장되어 있음으로 해서, 일부 가스 확장 에어백의 불발의 경우에도 낙하 속도의 증가에 따른 에어백의 기동을 개시하므로 오작동에 대한 대비책이 거의 완벽하게 구비되는 효과가 있다.

또한, 자동 기전 제어 시스템을 제외한 안전장구로서의 에어백 파라슈트 시스템은 전개 및 확장될 에어백과 사용자의 안전 기어를 연결하는 라인이외의 별도의 구조적 복잡함이 내재하지 않음으로해서 구조적 결함에 의한 오작동 부재의 안전 장구로서의 기능을 갖춘 효과가 있다.

또한, 자연의 물리 법칙인 뉴톤의 제3법칙인 작용 및 반작용 법칙에 따라 에어백의 체적의 유지로 인한 일정한 공기 저항의 반력을 제공하므로 안정성을 극대화시키는 효과가 있다.

또한, 보조 가슴 압축 천연가스 백팩을 확장시킬 필요성이 발생 시, 수동과 자동의 기동에도 자연스러운 압축 가스의 팽창에 따라 해당 에어백이 순탄하게 확장되는 효과가 있다.

아울러, 일정 고도에서 낙하 시, 에어백의 크기와 체적에 따른 공기 저항으로 안전한 종말 속도를 유지 할수 있을 뿐만아니라 대기보다도 가벼운 천연가스로 충진된 보조 가슴 에어백의 부가 부력으로 지면 착지 시, 충격 완화로 인한 절대 인명 구조의 효과가 있다.

도 1은 기존의 파라슈트 개봉에서 전개 시까지의 전 과정을 일괄적으로 제시된 파라슈트 전개 및 확장 상태도.
도 2는 본 발명에 따른 에어백 파라슈트 시스템과 기존 파라슈트를 장착한 날개 옷 하강 시 안전 전개 고도의 차이를 제시한 비교도이다.
도 3은 본 발명에 따른 에어백 파라슈트와 기존 파라슈트 및 파라 글라이더의 안전 전개 시 고도의 차별화를 제시한 종합 비교도이다.
도 4는 본 발명에 따른 에어백 파라슈트의 확장과 기존 파라슈트의 확장을 보여주는 비교 상태도이다.
도. 5-가 는 본 발명인 에어백 파라슈트 백팩과 보조 가슴팩을 장착한 점퍼의 낙하 준비된 차림도이다.
도 5-나 는 본 발명에 따른 에어백 파라슈트 시스템의 에어백 전개 불능의 비상 시 보조 헬륨백을 전개 확장하여 안전하게 하강하는 모습을 나타내는 실시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 에어백 파라슈트 시스템을 기존의 파라슈트와 동일한 종말 속도를 갖도록하여 이론적으로 성능 비교를 제시한 결과이다.
도 7은 본 발명에 따른 에어백 파라슈트 시스템에 내장된 에어백들의 순차 전개 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.

도 1은 기존의 파라슈트 캐노피(Canopy)의 전개 및 확장의 전 과정을 보여준 사례로서 1,2,3 및 4의 과정에 소요되는 시간은 최소 3초 이상이 경과됨을 나타내는 상태도이다.

도 2는 파라슈트와 에어백의 안전 전개 고도 차이를 나타낸 것으로, 날개 옷 점퍼의 경우, 대개 고도 3,000 m 이상에서 낙하를 개시하여, 파라슈트 안전 전개 고도 1,000 m 까지를 고도 비행한 후, 파라슈트의 전개를 개시하여 파일럿 파라슈트의 전개 및 해당 캐노피의 확장에 까지 이를 수 있는 모습을 보여 주고 있으며, 반면에 본 발명인 에어백 파라슈트 시스템 100 을 안전 장구로 채택한 날개 옷 점퍼가 최저 안전 고도에서 에어백을 확장시켜서 하강하는 모습을 보여주는 상태도이다.

도 3은 기존의 파라슈트 10와 파라 글라이더 20 그리고 본 발명인 에어백 파라슈트 시스템 100 의 안전 전개 고도의 차이를 나타낸 상태도로서, 파라슈트 10의 경우는 작동 개시, 전개 및 확장에 까지 걸리는 시간이 3초 이상이 소요되는 관계로 충분히 확장되어 종말 속도에 도달하는 고도를 판단하여 안전 전개가 고도 3,000 m 이상이어야 하고, 파라글라이더 20에 있어서도 안전 전개에 소요되는 시간은 파라슈트보다는 짧지만, 개시, 전개 및 확장에 이르는 전 과정에서 발생될 수 있는 오작동을 고려하면 최소 1,000 m의 고도를 안전 전개의 시작점으로 선택의 여지가 없다. 이에 반하여, 에어백 파라슈트의 기동 시작이 곧 팽창에 도달하는 찰라의 경과를 고려하면 하강 속도가 안전 종말 속도의 다수배로부터 안전 기동을 개시하더라도 300 m의 저 고도에서부터 착지에 이르는 시점에서는 본연의 안전 종말 속도에 도달할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 에어백 파라슈트 100 과 기존의 파라슈트 10의 전체 확장된 모습을 나타내는 상태도이다. 이는 도 6에서 기존의 파라슈트와 본 발명인 에어백 파라슈트의 동일 낙하 조건 하에서의 성능 평가의 기준으로 두 모델 다 충분히 확장된 상태에서 동일 고도에서 동시 탈출 시 종말 속도와 낙하 거리의 비교대상으로 삼고자 했다.

도 5는 고도 탈출하려는 점퍼의 안전 장구로서 본 발명의 본체인 다수개의 에어백이 내장된 에어백 백팩 110과 헬륨 압축 가스가 내재된 보조 가슴 에어백팩 120을 장착하고 준비된 모습을 도 5-가에 보여주고 있고, 도 5-나에는 고도 탈출 후, 에어백 백팩에 문제점이 발생하여, 보조 가슴 압축 핼륨백팩을 기동시켜 충분히 확장된 헬륨 가스백 121로 하강하는 점퍼의 안정된 모습을 상기시키고 있다.

도 6은 본 발명인 에어백 파라슈트 100 과 기존의 파라슈트 10을 동일 고도 탈출 조건으로 점퍼의 무게는 100 kg으로하고, 동일 종말 속도를 갖도록 기존의 낙하 단면적이 44 m²인 원형 파라슈트와 동일 공기 저항(다수개의 에어백의 직경 및 드래그 지수 감안)을 갖도록 하고, 정지 상태로부터 동시 고도 탈출시켰을 때, 하강 시간 대비 종말 속도와 하강 거리의 관계를 정해 및 수치해석 해가 거의 일치함을 보여주고 있어, 안전 전개 고도가 높고 수 많은 오작동을 유발할 우려가 있는 기존의 파라슈트보다 안전 전개 고도가 낮고, 오작동 프리(Free of Malfunctionings)의 본 발명인 에어백 파라슈트 시스템이 향후 모든 점퍼들의 선택 사양이 될 수 밖에 없다.

도 7은 본 발명인 에어백 파라슈트 시스템에 내장된 에어백들의 전개 개시 시점을 착지 시의 종말속도 v_N를 기준으로하고, 점퍼의 낙하 속도 v_F 의 비를 α로 하여 낙하 속도를 속도 센서로 감지하여 예를 들어 고도 탈 출 이후, α가 8배수보다 크면 첫 번째 에어백을 개시 및 전개시킨 후, 낙하 속도가 늦어져서 α가 4배수 이상이면 그 다음 에어백을 개시 및 전개 시키는 등의 낙하 속도 센서로서 점퍼가 고도 탈출 이후, 본 발명인 에어백 파라슈트 시스템의 내장된 에어백들의 개시 및 전개 시점을 결정하는 에어백의 순차 전개 흐름도를 예로서 제시하고 있다.

10 : 확장된 기존 파라슈트 20 : 종래의 확장된 파라 글라이더
110 과 120 : 점퍼에 장착된 본체 에어백 파라슈트 백팩과 보조 가슴백팩
100 : 본 발명인 에어백 파라슈트 시스템

Claims (6)

1. 본체로서 소정의 갯수의 에어백이 내장 된 백팩과 공기보다도 밀도가 낮은 압축 가스통이 내재된 가스백으로 된 보조 가슴팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어백 파라슈트 시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   본체인 백팩에는 2개 이상 6개 이하의 에어백을 내장시키고, 보조 가슴팩에는 부가 부력을 줄 수 있는 대기보다도 밀도가 낮은 헬륨 등의 압축 가스통을 내재시킨 것을 특징으로 하는 에어백 파라슈트 시스템.
3. 제 1항에 있어서,
   본체 에어백 백팩 내 다수개의 에어백을 순차적으로 디지털 제어 전개시키고,
   보조 가슴 팩백의 대기보다 낮은 밀도의 가스백은 수동과 낙하 속도 센서로 전개시키는 것을 특징으로 하는 에어백 파라슈트 시스템
4. 제 3항에 있어서,
   상기 최초의 에어백은 해당 고도 탈출 시, 개시 버튼으로 동작을 시키고, 다음 차례의 에어백은 지정 낙하 속도 초과 시, 해당 속도 센서로서 해당 에어백을 전개시키고,
   보조 앞가슴 가스백은 본체의 에어백의 전개가 지연되는 비상 시에 수동으로도 전개시키는 것을 특징으로 하는 에어백 파라슈트 시스템.
5. 제 1항에 있어서,
   본체 에어백 백팩 내의 에어백들의 미흡한 전개 또는 확장으로 종말 속도의 기수배로 낙하 속도가 증가 시, 보조 가슴 가스백팩이 자동으로 전개되도록 한 것을 특징으로 하는 에어백 파라슈트 시스템.
6. 제 3 항에 있어서,
   본 발명인 에어백 파라슈트 시스템에 내장되어 있는 에어백의 개시 및 전개를 종말속도와 낙하속도의 비로서 그 시점을 결정하는 것을 특징으로 하는 에어백 파라슈트 시스템.

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