KR20200080825A - Veryical takeoff and landing fixed wing unmanned aerial vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수직 이착륙 고정익 무인기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고정익과 회전익의 형상을 융합하여 이착륙 시스템에 제약을 받지 않고 수직 이착륙 및 장시간 비행을 통해 미션을 수행할 수 있는 수직 이착륙 고정익 무인기에 관한 것이다.The present invention relates to a vertical takeoff and landing fixed wing drone, and more specifically, to a vertical takeoff and landing fixed wing drone capable of performing a mission through vertical takeoff and landing and long flight without being constrained by the takeoff and landing system by fusion of the shape of the fixed wing and the rotorcraft. .
드론(Drone)은 조종사 없이 무선전파의 유도에 의해서 비행 및 조종이 가능한 비행기나 헬리콥터 모양의 군사용 무인항공기(UAV: unmanned aerial vehicle/uninhabited aerial vehicle)의 총칭이다. 최근에는 군사적 용도 외 다양한 민간 분야에도 활용되고 있다.The drone is a generic term for an unmanned aerial vehicle (UAV) in the form of an airplane or helicopter that can fly and steer by induction of radio waves without a pilot. Recently, it is used in various civilian fields besides military use.
흔히 접할 수 있는 드론의 종류는 비행기와 같이 기체의 좌우에 평판형의 날개가 구비되는 고정익(Fixed Wing) 형태와 헬리콥터와 같이 기체의 둘레에 복수의 로터(rotor)가 설치되는 회전익(Rotary Wing) 형태로 구분된다.The types of drones that can be commonly encountered are fixed wing type with flat wings on the left and right sides of the aircraft, such as airplanes, and rotary wings with a plurality of rotors installed around the aircraft, such as helicopters. It is divided into forms.
고정익 형태의 드론은 일반 비행기 형상으로 날개가 고정되어 있으며 엔진, 프롭 등의 힘으로 추진력을 얻고, 좌우측에 구비된 평판형의 날개를 통하여 양력을 발생시켜 날 수 있게 되고, 각 날개의 후방에는 틸트 메커니즘을 적용하여 상하 회동 가능한 조종면(control surface)이 구비되어 비행 중 기체의 자세를 제어할 수 있다.The fixed-wing drone has the wings fixed in the shape of a regular airplane, and it can obtain thrust through the power of engines, props, etc., and it can fly by generating lift through the flat-shaped wings provided on the left and right sides, and tilt at the rear of each wing. By applying a mechanism, a control surface that can be rotated up and down is provided to control the attitude of the aircraft during flight.
회전익 형태의 드론은 기체의 둘레에 배치되어 회전되는 복수의 로터(프로펠러) 통해 양력을 발생시키고, 복수의 로터(프로펠러)를 부분적으로 제어하여 비행을 제어할 수 있다.A drone in the form of a rotorcraft generates lift through a plurality of rotors (propellers) that are disposed and rotated around the aircraft, and can control flight by partially controlling the plurality of rotors (propellers).
고정익 드론의 경우에는 미션을 수행함에 있어 기체 좌우에 구비된 날개를 통하여 고속비행 및 장시간 비행이 가능한 장점이 있으나, 수직 이착륙이 불가능하여 별도의 이착륙 시스템이 필요하다는 단점이 있다.In the case of a fixed-wing drone, there is an advantage in that high-speed flight and long-time flight are possible through wings provided on the left and right sides of the aircraft, but a vertical takeoff and landing is impossible, so a separate takeoff and landing system is required.
반면 회전익 드론의 경우에는 기체의 둘레에 구비된 복수의 로터를 통하여 양력을 발생시켜 수직 이착륙이 가능하고 기체의 자세제어가 용이하여 별도의 이착륙시스템이 필요하지 않다는 장점이 있으나, 상대적으로 미션을 수행함에 있어 비행속도가 매우 느리고, 비행시간이 짧다는 단점이 있다.On the other hand, in the case of a rotary wing drone, vertical lift take-off and landing is possible by generating lift through a plurality of rotors provided around the aircraft, and there is an advantage in that a separate take-off and landing system is not necessary due to the easy control of the aircraft's posture. The disadvantages are that the flight speed is very slow and the flight time is short.
한국등록특허 제10-1636170호는 드론 및 드론의 회전익 구조체에 관한 것으로, 복수개의 아암(Arm)와 상기 아암에 각각 구비되는 프로펠러를 가지는 드론(Drone)에 있어서, 상기 아암에 각각 구비되는 상기 프로펠러의 갯수가 복수개이며, 상기 아암의 갯수는 4, 6 또는 8개이며, 상기 프로펠러의 갯수가 4, 6 또는 8개이며, 상기 복수개의 프로펠러는 방사상으로 등간격으로 형성되며, 상기 복수개의 프로펠러의 회전 방향은 동일하며, 상기 복수개의 아암은 드론의 회전익 구조체의 중심축을 중심으로 방사상으로 등간격으로 형성되며, 서로 대칭되게 정반대에 위치하는 제1그룹 및 제3그룹과 제2그룹 및 제4그룹의 4개의 그룹으로 구분되어 제1그룹 및 제3그룹의 회전방향과 제2그룹 및 제4그룹의 회전방향이 서로 반대인 것을 특징으로 한다.Korean Registered Patent No. 10-1636170 relates to a drone and a rotorcraft structure of a drone, in a drone having a plurality of arms and propellers respectively provided in the arms, the propellers respectively provided in the arms The number of is a plurality, the number of arms is 4, 6 or 8, the number of propellers is 4, 6 or 8, the plurality of propellers are formed at equal intervals radially, the plurality of propellers The rotational directions are the same, and the plurality of arms are formed at equal intervals radially around the central axis of the drone's rotorcraft structure, and the first and third groups and the second and fourth groups symmetrically opposite each other are located. It is divided into 4 groups, and the rotational directions of the first and third groups and the rotational directions of the second and fourth groups are opposite to each other.
한국공개특허 제10-2018-0089086호는 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론에 관한 것으로, 앞뒤로 길게 형성된 비행동체와, 상기 비행동체의 양측면에서 비행시 중량을 공중에서 지탱하는 양력이 발생되도록 상부의 만곡이 하부의 만곡보다 큰 좌우측주날개를 포함하는 드론에 있어서, 머리부와 몸체부 및 꼬리부로 형성되는 유선형의 비행동체와, 상기 비행동체의 상기 몸체부의 양측면부에 구비되는 좌측주날개와 우측주날개, 상기 좌측주날개에 구비되고 상기 머리부의 방향과 동일한 방향으로 설치되는 좌측프로펠러와, 상기 우측주날개에 구비되고 상기 머리부의 방향과 동일한 방향으로 설치되는 우측프로펠러, 상기 비행동체의 상기 꼬리부에 상하부측으로 각각 수직하게 구비되는 상부수직꼬리날개와 하부수직꼬리날개, 및 상기 상부수직꼬리날개의 상단부에 구비되되 상기 몸체부와 평행한 방향으로 설치되는 상부프로펠러와, 상기 하부수직꼬리날개의 하단부에 구비되되 상기 몸체부와 평행한 방향으로 설치되는 하부프로펠러를 포함하여 구성된다.Korean Patent Publication No. 10-2018-0089086 relates to a vertical take-off and landing quad-rotor drone having a fixed wing shape, and a flying body formed long before and after, and an upper portion to generate lift to support the weight in the air when flying from both sides of the flying body In the drone, the left and right main wings provided on both side surfaces of the body of the flight body, and a streamlined flight body formed of a head portion, a body portion and a tail portion of the drone including the left and right main wings greater than the lower curve of the Right main wing, left propeller provided on the left main wing and installed in the same direction as the head, and right propeller provided on the right main wing and installed in the same direction as the head, the flying body The upper vertical tail wing and the lower vertical tail wing, which are vertically provided at the upper and lower sides of the tail, and the upper propeller provided at the upper end of the upper vertical tail wing and installed in a direction parallel to the body part, and the lower vertical tail wing It is provided at the lower end of the body portion is configured to include a lower propeller installed in a direction parallel to the body.
본 발명의 일 실시예는 고정익과 회전익의 형상을 융합하여 이착륙 시스템에 제약을 받지 않고 수직 이착륙 및 장시간 비행을 통해 미션을 수행할 수 있는 수직 이착륙 고정익 무인기를 제공하고자 한다.One embodiment of the present invention is to provide a vertical takeoff and landing fixed wing drone that can perform missions through vertical takeoff and landing and long flight without constraining the takeoff and landing system by fusion of the shape of the fixed wing and the rotary wing.
본 발명의 일 실시예는 틸트 구조체를 포함하고 회전익을 틸팅시켜 고정익과 회전익 사이의 비행천이를 간단하고 빠르게 수행할 수 있는 수직 이착륙 고정익 무인기를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a vertical takeoff and landing fixed-wing drone that can perform a simple and fast flight transition between the fixed and rotating rotor by including a tilt structure and tilting the rotor.
실시예들 중에서, 수직 이착륙 고정익 무인기는 고정익을 가지는 기체, 상기 기체의 진행방향을 따라 상기 고정익을 가로질러 배치되고 상기 고정익의 양측에 평행하게 설치되는 회전익 지지부, 상기 회전익 지지부 상에 상호 대칭되게 배치되고 일부는 상기 기체의 최선단의 전방에 배치되는 복수의 회전익들, 및 상기 복수의 회전익들 각각에 결합되고 상기 복수의 회전익들을 특정 각도로 기울일 수 있는 틸트부를 포함한다.Among the embodiments, the vertical takeoff and landing fixed wing drone is a gas having a fixed wing, a rotor blade support portion disposed across the fixed blade along the traveling direction of the aircraft, and installed parallel to both sides of the fixed blade, disposed symmetrically on the rotor blade support portion Some parts include a plurality of rotor blades disposed in front of the front end of the aircraft, and a tilt unit coupled to each of the plurality of rotor blades and capable of tilting the plurality of rotor blades at a specific angle.
상기 회전익 지지부는 I-빔의 보강재와 상기 보강재의 후단을 상기 복수의 회전익들 보다 높은 위치에서 상호 연결하는 후방 고정익을 포함한다.The rotor blade support includes a reinforcing member of the I-beam and a rear anchor blade interconnecting the rear ends of the reinforcement members at a higher position than the plurality of rotor blades.
상기 틸트부는 상기 복수의 회전익들에 결합되고 상기 복수의 회전익들을 기울어질 수 있게 회전 제어하는 복수의 회전형 스테이지들, 및 상기 복수의 회전형 스테이지들 각각의 회전 각도를 독립적으로 제어하는 구동부재를 포함한다.The tilt unit is coupled to the plurality of rotor blades and a plurality of rotary stages for rotationally controlling the plurality of rotor blades to be tilted, and a driving member for independently controlling the rotation angle of each of the plurality of rotary stages Includes.
상기 복수의 회전형 스테이지들 각각은 해당 회전익의 회전 속도를 측정하는 회전 센서 및 상기 해당 회전익의 기울임을 측정하는 기울임 센서를 통해 상기 해당 회전익의 과회전 또는 과기울임을 검출한다.Each of the plurality of rotary stages detects over-rotation or over-tilt of the corresponding rotor blade through a rotation sensor measuring the rotational speed of the rotor blade and a tilt sensor measuring the tilt of the rotor blade.
상기 구동부재는 상기 복수의 회전형 스테이지들 각각에 연결되어 해당 회전형 스테이지를 회전시키는 복수의 틸트 모터들, 및 상기 회전 속도 및 상기 기울임을 기초로 상기 복수의 틸트 모터들을 제어하는 제어부를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 구동부재는 상기 회전 속도 및 상기 기울임의 순간 변화량들을 체크하여 특정 기준이 초과되면 상기 순간 변화량들을 감속시킨다. 일 실시예에서, 상기 구동부재는 상기 회전익 지지부의 일측에 있는 전방 및 후방 회전형 스테이지들을 상기 틸트 모터의 양 방향으로 축 연결하여 상기 틸트 모터를 기준으로 수직 회전되게 한다. 일 실시예에서, 상기 구동부재는 상기 기체의 이착륙 과정에서 상기 복수의 회전익들의 각도를 지면과 수직되게 상기 복수의 회전익들을 회전시켜 수직 이착륙하도록 상기 복수의 회전형 스테이지들을 입설 상태로 제어한다. 일 실시예에서, 상기 구동부재는 상기 기체의 비행 과정에서 상기 복수의 회전익들의 각도를 전방을 향하여 기울여서 상기 기체가 전방으로 비행하도록 상기 복수의 회전형 스테이지들을 전방 경사지게 제어한다.The driving member includes a plurality of tilt motors connected to each of the plurality of rotating stages to rotate the corresponding rotating stage, and a control unit controlling the plurality of tilt motors based on the rotation speed and the tilt. . In one embodiment, the driving member checks the instantaneous change amounts of the rotational speed and the tilt to decelerate the instantaneous change amounts when a specific criterion is exceeded. In one embodiment, the drive member is connected to the front and rear rotating stages on one side of the rotor support in both directions of the tilt motor to rotate vertically relative to the tilt motor. In one embodiment, the driving member controls the plurality of rotational stages in an erected state to vertically take off and land by rotating the plurality of rotors perpendicular to the ground during the takeoff and landing process of the aircraft. In one embodiment, the driving member tilts the angles of the plurality of rotor blades toward the front in the course of the flight of the aircraft to control the plurality of rotating stages to be inclined forward so that the aircraft flies forward.
상기 기체는 최후단에 배치되고 상기 복수의 회전익들과 수직 배치되어 상기 기체의 전방 추력을 제공하는 후방 회전익을 더 포함한다.The aircraft further includes a rear rotor blade disposed at the rear end and vertically disposed with the plurality of rotor blades to provide forward thrust of the aircraft.
실시 예들 중에서, 고정익을 가지는 기체, 상기 기체의 진행방향을 따라 상기 고정익을 가로질러 배치되고 상기 고정익의 양측에 평행하게 설치되는 회전익 지지부, 상기 회전익 지지부 상에 상호 대칭되게 배치되고 일부는 상기 기체의 최선단의 전방에 배치되는 복수의 회전익들, 및 상기 복수의 회전익들 각각에 결합되고 상기 복수의 회전익들을 특정 각도로 기울여서 회전하도록 구성된 회전형 스테이지, 상기 회전형 스테이지에 축 결합되고 상기 회전형 스테이지를 회전시키는 틸트 모터 및 상기 틸트 모터를 제어하는 제어부를 포함하는 틸트부를 포함한다.Among embodiments, a gas having a stator blade, a rotor blade support that is disposed across the stator blade along a direction of travel of the gas and is installed parallel to both sides of the stator blade, is disposed symmetrically to each other on the rotor blade support and some of the gas A plurality of rotor blades disposed in front of the front end, and a rotary stage coupled to each of the plurality of rotor blades and configured to rotate by tilting the plurality of rotor blades at a specific angle, the rotary stage being axially coupled to the rotary stage It includes a tilt motor for rotating and a tilt unit including a control unit for controlling the tilt motor.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology can have the following effects. However, since a specific embodiment does not mean that all of the following effects should be included or only the following effects are included, the scope of rights of the disclosed technology should not be understood as being limited thereby.
본 발명의 일 실시예는 회전익 방식과 고정익 방식의 장점을 결합하여 빠르고 안정적인 수직 이착륙 고정익 무인기를 제공할 수 있다. 이를 통해, 고속 및 장거리 비행이 가능하여 회전익 드론의 활용 제한을 넘어 공간정보생성 등의 임무에 활용이 가능하면서도 기존의 맵핑드론의 투발형 이륙이나 동체 착륙 시 발생할 수 있는 추락의 위험도를 수직 이착륙 기능을 통해 대폭 완화할 수 있다.One embodiment of the present invention can provide a fast and stable vertical take-off and fixed-wing drone by combining the advantages of the rotorcraft and fixed-wing methods. Through this, it is possible to fly at high speeds and long distances, so it can be used for missions such as spatial information creation beyond the use of a rotorcraft drone, while vertical takeoff and landing function of the risk of a fall that can occur during a conventional takeoff or landing of a mapping drone This can be greatly eased.
본 발명의 일 실시예는 기체의 최선단의 전방에 배치되는 복수의 회전익들에 있는 전방모터에 틸트 구조물을 추가하여 기체의 전방 비행시 추진력을 발생시켜 빠른 속력을 낼 수 있는 수직 이착륙 고정익 무인기를 제공한다.One embodiment of the present invention is to add a tilt structure to the front motor of a plurality of rotors disposed in front of the front end of the aircraft to generate propulsion during the aircraft's forward flight, to take off the vertical takeoff and landing fixed-wing unmanned aircraft to provide.
본 발명의 일 실시예는 회전형 스테이지와 틸트 모터 및 제어부를 포함하여 틸트기능을 수행하는 틸트 구조체를 하나의 구성품으로 구성하여 소형 드론 뿐만 아니라 중대형급 드론에도 부피와 중량을 크게 증가시키지 않으면서 간단하게 장착하여 사용할 수 있는 수직 이착륙 고정익 무인기를 제공한다.One embodiment of the present invention is a simple structure without significantly increasing the volume and weight not only for a small drone but also a medium-large-sized drone as well as a small drone by constructing a tilt structure that performs a tilt function including a rotating stage and a tilt motor and a control unit as one component. It provides a fixed-wing drone that can be mounted and used vertically.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 이착륙 고정익 무인기를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 수직 이착륙 고정익 무인기를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 1에 따른 수직 이착륙 고정익 무인기를 나타내는 측면도이다.
도 4는 도 1에 따른 수직 이착륙 고정익 무인기를 나타내는 정면도이다.
도 5는 도 1에 따른 수직 이착륙 고정익 무인기의 틸트부를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5에 따른 틸트부를 나타내는 사진이다.
도 7은 도 6에서 회전형 스테이지의 회전 상태를 나타내는 사진이다.
도 8은 도 1에 따른 수직 이착륙 고정익 무인기의 수직 틸트 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 1에 따른 수직 이착륙 고정익 무인기의 수평 틸트 상태를 나타내는 도면이다.
도 10a-10c는 도 1에 따른 수직 이착륙 고정익 무인기의 비행성능을 나타내는 그래프 도면이다.1 is a perspective view showing a vertical takeoff and landing fixed-wing drone according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a vertical takeoff and landing fixed-wing drone according to FIG. 1.
3 is a side view showing the vertical takeoff and landing fixed-wing drone according to FIG. 1.
4 is a front view showing the vertical takeoff and landing fixed-wing drone according to FIG. 1.
5 is a perspective view showing the tilt portion of the vertical take-off and landing fixed-wing UAV according to FIG. 1.
6 is a photograph showing the tilt unit according to FIG. 5.
7 is a photograph showing a rotating state of the rotating stage in FIG. 6.
8 is a view showing a vertical tilt state of the vertical take-off and landing fixed-wing UAV according to FIG. 1.
FIG. 9 is a view showing a horizontal tilt state of a vertical takeoff and landing drone according to FIG. 1.
10A-10C are graphs showing the flight performance of a vertical takeoff and landing fixed-wing drone according to FIG. 1.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Since the description of the present invention is merely an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be interpreted as being limited by the embodiments described in the text. That is, since the embodiments can be variously changed and have various forms, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing technical ideas. In addition, the purpose or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only such an effect, and the scope of the present invention should not be understood as being limited thereby.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of terms described in the present application should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as “first” and “second” are for distinguishing one component from other components, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions are to be understood as including plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as “comprises” or “have” are used features, numbers, steps, actions, elements, parts or the like. It is to be understood that a combination is intended to indicate the existence, and does not preclude the existence or addition possibility of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as generally understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains, unless otherwise defined. The terms defined in the commonly used dictionary should be interpreted as being consistent with meanings in the context of the related art, and cannot be interpreted as having ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 이착륙 고정익 무인기를 나타내는 사시도, 평면도, 측면도 및 정면도이다.1 to 4 are a perspective view, a plan view, a side view, and a front view showing a vertical takeoff and landing drone according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 수직 이착륙 고정익 무인기(100)은 기체(110), 복수의 고정익들(120), 회전익 지지부(130), 복수의 회전익들(140) 및 틸트부(150)를 포함한다.1 to 4, the vertical take-off and landing fixed-
기체(110)는 무인기(100)의 기본 골격으로 통상적인 유선형의 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 드론(drone)과 같은 원통형 형상, 팔면체 형상 등 다양한 형태로 형성될 수 있음은 당연하다.The
복수의 고정익들(120)은 기체(110)의 좌측 및 우측에 대칭 배치되는 두 개의 전방 고정익(121) 및 회전익 지지부(130)의 후단에 배치되는 후방 고정익(123)을 포함한다.The plurality of
회전익 지지부(130)는 기체(110)의 진행방향을 따라 전방 고정익(121)을 가로질러 배치되고, 전방 고정익(120)의 양측에 평행하게 설치되며, 기체(110)와 복수의 회전익들(140)을 연결하기 위해 사용된다. 일 실시예에서, 회전익 지지부(130)는 복수의 회전익들(140)이 장착되는 부분으로, 전방 고정익(121)을 가로질러 구성되고 기체(110)의 진행방향을 따라 전방 고정익(121)의 양측에 평행하게 설치되는 I-빔의 보강재로 구성되어 기체(110) 전방의 좌우측 및 후방의 좌우측에 회전익(140)이 배치될 수 있다.The
복수의 회전익들(140)은 회전익 지지부(130) 상에 상호 대칭되게 배치되고 일부는 기체(110)의 최선단의 전방에 배치되는 전방 회전익(141) 및 기체(110)의 최후단에 배치되는 후방 회전익(143)으로 구현될 수 있고, 후방 회전익(143)은 전방 회전익(141)과 수직 배치되어 기체(110)의 전방 추력을 제공할 수 있다. 복수의 회전익들(140)은 각각 프로펠러(210) 및 프로펠러(210) 대응하여 각 대응되는 프로펠러(210)를 회전시키는 구동모터(220)를 구비한다. 프로펠러(210) 및 각 프로펠러(210)와 연결된 구동모터(220)는 하나의 결합체로서 틸트부(150)에 의해 틸팅된다.The plurality of
틸트부(150)는 복수의 회전익들(140) 각각에 결합되고 복수의 회전익들(140)을 특정 각도로 기울일 수 있다. 일 실시예에서, 틸트부(150)는 복수개의 회전익들(140) 중에서 전방에 배치된 2개의 회전익(141)을 틸팅시킨다.The
도 5 및 도 6은 도 1에 따른 수직 이착륙 고정익 무인기(100)의 틸트부(150)를 나타내는 사시도 및 사진이고, 도 7은 도 6에서 회전형 스테이지(310)의 회전 상태를 나타내는 사진이다.5 and 6 is a perspective view and a photograph showing the
도 5 내지 도 7을 참조하면, 틸트부(150)는 회전형 스테이지(310) 및 구동부재(320)을 포함한다.5 to 7, the
회전형 스테이지(310)는 전방 회전익(141)에 결합되고 회전익(141)을 기울어질 수 있게 회전 제어할 수 있다. 회전형 스테이지(310)는 구동부재(320)에 축 연결되어 회전형 스테이지(310)와 구동부재(320)는 하나의 결합체로서 틸트 구조체를 형성할 수 있다. 회전형 스테이지(310)는 대략 "ㄷ"자 형상의 사출 성형으로 제작되고 전방 회전익(141)과 연결되고 회전에 의해 전방 회전익(141)을 기울일 수 있다.The
회전형 스테이지(310)는 결합된 전방 회전익(141)의 회전 속도를 측정하는 회전 센서 및 전방 회전익(141)의 기울임을 측정하는 기울임 센서가 결합되어 전방 회전익(141)의 과회전 또는 과기울임을 검출할 수 있다.The
구동부재(320)는 회전형 스테이지(310)에 연결되어 회전형 스테이지(310)를 회전시키는 틸트 모터(321) 및 회전 속도 및 기울임을 기초로 틸트 모터(321)을 제어하는 제어부(323)를 포함할 수 있다.The driving
틸트 모터(321)는 회전형 스테이지(310)가 양 방향으로 축 연결되어 틸트 모터(321)를 기준으로 회전형 스테이지(310)를 수직 회전할 수 있다.In the
제어부(323)는 회전형 스테이지(310)의 일측에 PCB 스테이지(330)를 배치하여 PCB 스테이지(330) 상에 구현될 수 있고 틸트 모터(321)에 전기적으로 연결될 수 있으며 제어알고리즘을 통해 복수의 회전익들(140) 중에서 2개의 전방 회전익(141)의 틸트를 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(323)는 기체(110)의 이착륙 과정에서 전방 회전익(141)의 각도를 지면과 수직되게 전방 회전익(141)을 회전시켜 수직 이착륙하도록 회전형 스테이지(310)를 입설 상태로 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(323)는 기체(110)의 비행 과정에서 전방 회전익(141)의 각도를 전방을 향하여 기울여서 기체(110)가 전방으로 비행하도록 회전형 스테이지(310)를 전방 경사지게 제어할 수 있다.The
제어부(323)는 회전 센서 및 기울임 센서를 통해 측정한 전방 회전익(141)의 회전 속도 및 기울임의 순간 변화량들을 체크하여 특정 기준이 초과되면 순간 변화량들을 감소시킬 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(323)는 기체(110)에 구비되는 비행 제어 장치에 의해 제어될 수 있고, 비행 제어 장치는 사용자 원격 조정기(미도시)로부터 사용자의 명령을 수신받아 비행 제어할 수 있다. 제어부(323)는 틸트 모터(321)를 구동시켜 틸트 모터(321)에 축 연결된 회전형 스테이지(310)의 회전을 제어하고 이때 틸트 모터(321)의 회전 방향 및 속도를 조절해 연결된 회전형 스테이지(310)의 회전 방향 및 속도를 제어한다. 회전형 스테이지(310)는 90도 범위 내에서 회전하여 복수의 회전익들(140)들 중 회전형 스테이지(310)에 연결된 2개의 전방 회전익(141)을 틸팅한다. 즉, 이륙할 때는 회전형 스테이지(310)가 지면과 수직하도록 입설 상태를 자세 제어를 하여 복수의 회전익들(140)이 하늘 방향으로 추력을 발생시키고 이륙 후에는 회전형 스테이지(310)를 조금씩 앞으로 기울여 지면과 수평하도록 자세 제어를 하여 복수의 고정익들(120)이 양력을 발생시키고 복수의 회전익들(140)은 앞으로 전진하는 추력만 발생시킨다. 그리고 착륙 시에는 다시 회전형 스테이지(310)를 하늘 방향으로 회전시켜 수직 착륙을 하게 된다.The
틸트부(150)에는 틸트 모터(321)의 토크에 의해 회전형 스테이지(310)가 밀려서 회전범위를 넘어서거나 자세가 흔들리는 것을 방지할 수 있도록 회전형 스테이지(310)를 고정하는 안전핀을 더 포함하여 구현할 수 있다.The
일 실시예에서, 틸트부(150)는 틸트기능을 수행하는 틸트 구조체를 하나의 구성품으로 구성할 수 있어 가벼우면서 신뢰도가 높아 20~25㎏의 중대형급 드론에도 사용할 수 있다.In one embodiment, the
도 8 및 도 9는 도 1에 따른 수직 이착륙 고정익 무인기(100)에서 수직 틸트 수평 틸트 상태를 각각 나타내는 도면이다.8 and 9 are views showing the vertical tilt and horizontal tilt states in the vertical takeoff and
도 8 및 도 9를 참조하면, 수직 이착륙 고정익 무인기(100)는 복수의 회전익들(140) 중에서 전방 회전익(141) 각각에 결합되는 틸트부(150)에 의해 지면과 수평 방향을 유지하면서 비행자세를 제어하고 나머지 후방 회전익(143)은 지면과 수직 방향을 유지하게 비행자세를 제어할 수 있다.8 and 9, the vertical takeoff and landing fixed-
기체(110)의 최선단의 전방에 배치되는 두 개의 전방 회전익들(141)은 각각 틸트부(150)에 연결되는데, 틸트부(150)는 전방 회전익들(141)과 연결되고 회전형 스테이지(310)의 회전에 의해 전방 회전익들(141)을 기울일 수 있다. 이때, 틸트 모터(321)가 회전형 스테이지(310)의 회전을 제어한다.The two
도 8을 참조하면, 틸트부(150)가 전방 회전익들(141)을 지면에 수직 방향을 유지하도록 하는데, 틸트 모터(321)가 회전형 스테이지(310)가 지면과 수직하도록 자세 제어를 한다. 이와 같이 회전형 스테이지(310)가 입설 상태의 수직 자세를 유지하면 기체(110)가 빠르고 안정적인 이착륙에 도움을 주는 방향으로 모터 출력이 작용하게 된다.Referring to FIG. 8, the
도 9를 참조하면, 틸트부(150)는 전방 회전익들(141)을 지면에 수평 방향을 유지하도록 하는데, 틸트 모터(321)가 회전형 스테이지(310)가 지면과 수평하도록 자세 제어를 한다. 이와 같이 회전형 스테이지(310)가 전방을 향하여 기울여진 상태의 수평 자세를 유지하면 기체(110)의 진행 방향과 일치하는 방향으로 모터 출력이 작용하게 된다. Referring to FIG. 9, the
결과적으로, 수직 이착륙 고정익 무인기(100)는 복수의 회전익들(140)의 틸팅을 통해 기체(110)의 이착륙 과정에서 복수의 회전익들(140)을 회전시켜 수직 이착륙하고 기체(110)의 비행 과정에서 복수의 고정익들(120)로 전방 비행하게 된다. 기체(110)의 비행 과정에서는 수직으로 고정되어 있던 회전형 스테이지(310)를 회전 제어하여 지면과 수평한 방향에 고정시킨다. 이때, 기체(110)의 비행 방향과 일치하는 방향으로 모터 출력이 작용하여 가속 능력을 향상시킬 수 있다.As a result, the vertical takeoff and landing fixed-
도 10a-10c는 도 1에 따른 수직 이착륙 고정익 무인기(100)의 성능해석 그래프로서, 도 10a는 전압 대 비행속도를, 도 10b는 비행시간 대 비행속도를 그리고 도 10c는 비행거리 대 비행속도의 성능을 나타낸다.10A-10C is a graph of performance analysis of the vertical takeoff and
도 10a 내지 10c을 참조하면, 먼저 수직 이착륙 고정인 무인기(100)는 전폭 2.9m, 전장 2.18m, 전고(랜딩기어 제외시) 0.25m, 총 무게 21㎏이다. 수직으로 이륙하여 결심고도를 확보하고 전진 비행하면서 실속속도 이상의 대기속도에서 수직 모터의 전원 공급을 중단하고 수평 추력 모터를 가동하여 고정익 비행상태로 천이한다. 고정익 비행 상태에서 속도를 줄여 실속속도 근처에서 동력을 수평 추력 모터에서 수직 모터로 전환하여 수직으로 착륙한다.Referring to Figures 10a to 10c, first, the vertical takeoff and landing fixed
성능측정을 위한 비행시험에서는 수평 가속도나 상승률이 영이 되도록 수평등속 비행 상태를 유지하면서 비행중량, 무게중심 위치, 온도, 대기압, 받음각, 대기속도를 측정하고, 실속 근처의 속도에서부터 최대속도까지 10~20개 정도의 속도구간으로 나누어 시험한다.In the flight test for performance measurement, the flight weight, center of gravity position, temperature, atmospheric pressure, angle of attack, and air velocity are measured while maintaining the horizontal constant velocity flight condition so that the horizontal acceleration or ascent rate becomes zero. It is divided into 20 speed sections and tested.
수평비행에서의 필요동력(Preq)은 다음 수학식 1과 같이, 항력(D)을 극복하기 위한 추력과 비행속도(V)를 곱한 동력, 수평 가속을 위한 동력 및 상승률에 따른 동력을 합한다.The required power in horizontal flight (P req ), as shown in Equation 1 below, adds thrust to overcome drag (D) multiplied by flight speed (V), power for horizontal acceleration, and power according to the rate of rise.
[수학식 1][Equation 1]
여기서, 항력 으로, 비행속도에 따라 달라지므로 비행시험 결과에서 무차원 항력계수(CD)로 추출되어야 한다. Here, drag As, as it depends on the flight speed, it should be extracted as a dimensionless drag coefficient (C D ) from the flight test results.
항력계수(CD)는 다음 수학식 2와 같이 양력계수의 영향을 받는다.The drag coefficient (C D ) is affected by the lift coefficient as shown in Equation 2 below.
[수학식 2][Equation 2]
상기 수학식 1에서의 필요동력은 고정익 전진비행에서의 필요동력으로, 고정익 비행 실속속도를 구하면 다음 수학식 3으로 표현할 수 있다.The required power in Equation (1) is the required power in the fixed-wing forward flight, and when the stall speed of the fixed-wing flight is obtained, it can be expressed by the following Equation (3).
[수학식 3][Equation 3]
날개하중(W/S)의 단위는 N/m2이며, σ는 밀도비 그리고 CLmax는 최대 양력계수이다.The unit of wing load (W/S) is N/m 2 , σ is the density ratio and C Lmax is the maximum lift coefficient.
일 실시예에서, 수직 이착륙 고정익 무인기(100)의 경우에는 수직 이착륙을 위한 상향 프로펠러가 4개 장착되어 있기 때문에 항력계수는 일반 고정익 무인기에 비해 매우 클 수 있다.In one embodiment, since the vertical takeoff and landing fixed-
일 실시예의 형상을 갖는 수직 이착륙 고정익 무인기(100)는 도 10a의 전압 대 비행속도 그래프에 나타낸 바와 같이, 비행속도에 따른 배터리 전압이 서서히 증가하는 형태로 고속 비행시에 배터리 소모량이 적어 동력효율이 좋음을 확인할 수 있어 고속비행 및 장시간 비행이 가능하다. 또한, 도 10b와 같이 비행속도에 따른 비행시간을 나타내었으며, 도 10c와 같이 비행속도에 따른 비행거리를 나타내었다.The vertical takeoff and landing fixed-
일 실시예에서, 수직 이착륙 고정익 무인기(100)는 틸팅을 통해 회전익에서 고정익으로, 고정익에서 회전익으로 간단하게 비행천이할 수 있으며 최대가속 성능을 낼 수 있다. In one embodiment, the vertical take-off and landing fixed-
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to preferred embodiments of the present application, those skilled in the art variously modify the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. And can be changed.
100: 수직 이착륙 고정익 무인기
110: 기체
120: 복수의 고정익들
121: 전방 고정익들
123: 후방 고정익
130: 회전익 지지부
140: 복수의 회전익들
141: 전방 회전익들
143: 후방 회전익들
150: 틸트부
210: 프로펠러
220: 구동모터
310: 회전형 스테이지
320: 구동부재
321: 틸트 모터
323: 제어부
330: PCB 스테이지100: vertical takeoff and landing fixed-wing drone
110: aircraft 120: a plurality of fixed wings
121: front fixed wing 123: rear fixed wing
130: rotor blade support 140: a plurality of rotor blades
141: front rotors 143: rear rotors
150: tilt part 210: propeller
220: drive motor 310: rotary stage
320: drive member 321: tilt motor
323: control unit 330: PCB stage
Claims (11)
상기 기체의 진행방향을 따라 상기 고정익을 가로질러 배치되고 상기 고정익의 양측에 평행하게 설치되는 회전익 지지부;
상기 회전익 지지부 상에 상호 대칭되게 배치되고 일부는 상기 기체의 최선단의 전방에 배치되는 복수의 회전익들; 및
상기 복수의 회전익들 각각에 결합되고 상기 복수의 회전익들을 특정 각도로 기울일 수 있는 틸트부를 포함하는 수직 이착륙 고정익 무인기.
A gas having a fixed wing;
A rotor blade support part disposed across the stator blades along the traveling direction of the gas and installed parallel to both sides of the stator blades;
A plurality of rotor blades disposed symmetrically on the rotor blade support portion and partially disposed in front of the foremost end of the aircraft; And
A vertical takeoff and landing fixed-wing drone including a tilt portion coupled to each of the plurality of rotor blades and capable of tilting the plurality of rotor blades at a specific angle.
I-빔의 보강재와 상기 보강재의 후단을 상기 복수의 회전익들 보다 높은 위치에서 상호 연결하는 후방 고정익을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 고정익 무인기.
According to claim 1, The rotor blade support
A vertical takeoff and landing fixed wing drone comprising an I-beam reinforcement and a rear fixed wing interconnecting a rear end of the reinforcement at a higher position than the plurality of rotor blades.
상기 복수의 회전익들에 결합되고 상기 복수의 회전익들을 기울어질 수 있게 회전 제어하는 복수의 회전형 스테이지들; 및
상기 복수의 회전형 스테이지들 각각의 회전 각도를 독립적으로 제어하는 구동부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 고정익 무인기.
The method of claim 1, wherein the tilt portion
A plurality of rotating stages coupled to the plurality of rotor blades and rotatingly controlled to tilt the plurality of rotor blades; And
Vertical takeoff and landing fixed-wing drone, characterized in that it comprises a drive member for independently controlling the rotation angle of each of the plurality of rotating stages.
해당 회전익의 회전 속도를 측정하는 회전 센서 및 상기 해당 회전익의 기울임을 측정하는 기울임 센서를 통해 상기 해당 회전익의 과회전 또는 과기울임을 검출하는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 고정익 무인기.
The method of claim 3, wherein each of the plurality of rotating stages
A vertical takeoff and landing fixed wing drone characterized by detecting an over-rotation or excessive tilt of the corresponding rotor blade through a rotation sensor measuring the rotation speed of the corresponding rotor blade and a tilt sensor measuring the tilt of the corresponding rotor blade.
상기 복수의 회전형 스테이지들 각각에 연결되어 해당 회전형 스테이지를 회전시키는 복수의 틸트 모터들; 및
상기 회전 속도 및 상기 기울임을 기초로 상기 복수의 틸트 모터들을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 고정익 무인기.
The method of claim 4, wherein the drive member
A plurality of tilt motors connected to each of the plurality of rotating stages to rotate the corresponding rotating stage; And
And a control unit for controlling the plurality of tilt motors based on the rotational speed and the inclination.
상기 회전속도 및 상기 기울임의 순간 변화량들을 체크하여 특정 기준이 초과되면 상기 순간 변화량들을 감속시키는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 고정익 무인기.
The method of claim 5, wherein the driving member
A vertical takeoff and landing fixed-wing UAV, characterized in that the instantaneous changes in the rotational speed and the tilt are checked to decelerate the instantaneous changes when a specific criterion is exceeded.
상기 회전익 지지부의 일측에 있는 전방 및 후방 회전형 스테이지들을 상기 틸트 모터의 양 방향으로 축 연결하여 상기 틸트 모터를 기준으로 수직 회전되게 하는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 고정익 무인기.
The method of claim 5, wherein the driving member
A vertical takeoff and landing fixed wing drone, characterized in that the front and rear rotating stages on one side of the rotor support are axially connected in both directions of the tilt motor to vertically rotate based on the tilt motor.
상기 기체의 이착륙 과정에서 상기 복수의 회전익들의 각도를 지면과 수직되게 상기 복수의 회전익들을 회전시켜 수직 이착륙하도록 상기 복수의 회전형 스테이지들을 입설 상태로 제어하는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 고정익 무인기.
The method of claim 7, wherein the drive member
In the process of take-off and landing of the aircraft, the vertical take-off and landing fixed-wing UAV is characterized in that the plurality of rotating stages are vertically controlled by rotating the plurality of rotors perpendicular to the ground to take off and land vertically.
상기 기체의 비행 과정에서 상기 복수의 회전익들의 각도를 전방을 향하여 기울여서 상기 기체가 전방으로 비행하도록 상기 복수의 회전형 스테이지들을 전방 경사지게 제어하는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 고정익 무인기.
The method of claim 8, wherein the drive member
A vertical takeoff and landing fixed wing drone characterized by controlling the plurality of rotating stages to be inclined forward so that the aircraft is flying forward by inclining the angles of the plurality of rotor blades in the course of the flight of the aircraft.
최후단에 배치되고 상기 복수의 회전익들과 수직 배치되어 상기 기체의 전방 추력을 제공하는 후방 회전익을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 이착륙 고정익 무인기.
The method of claim 7, wherein the gas
A vertical takeoff and landing fixed wing drone further comprising a rear rotor blade disposed at the rear end and vertically disposed with the plurality of rotor blades to provide forward thrust of the aircraft.
상기 기체의 진행방향을 따라 상기 고정익을 가로질러 배치되고 상기 고정익의 양측에 평행하게 설치되는 회전익 지지부;
상기 회전익 지지부 상에 상호 대칭되게 배치되고 일부는 상기 기체의 최선단의 전방에 배치되는 복수의 회전익들; 및
상기 복수의 회전익들 각각에 결합되고 상기 복수의 회전익들을 특정 각도로 기울여서 회전하도록 구성된 회전형 스테이지, 상기 회전형 스테이지에 축 결합되고 상기 회전형 스테이지를 회전시키는 틸트 모터 및 상기 틸트 모터를 제어하는 제어부를 포함하는 틸트부를 포함하는 수직 이착륙 고정익 무인기.
A gas having a fixed wing;
A rotor blade support part disposed across the stator blades along the traveling direction of the gas and installed parallel to both sides of the stator blades;
A plurality of rotor blades disposed symmetrically on the rotor blade support portion and partially disposed in front of the foremost end of the aircraft; And
A rotary stage coupled to each of the plurality of rotor blades and configured to rotate by tilting the plurality of rotor blades at a specific angle, a tilt motor axially coupled to the rotary stage, and a control unit controlling the tilt motor to rotate the rotary stage A vertical takeoff and landing fixed-wing drone including a tilt portion including a.
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KR1020180170701A KR102135285B1 (en) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | Veryical takeoff and landing fixed wing unmanned aerial vehicle |
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