KR20170061259A - 추진 로터가 구비된 멀티콥터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전익기의 일종인 멀티콥터의 전진 비행성 및 비행 안정성을 향상시키는 추진 로터가 구비된 멀티콥터에 관한 것으로서, 보다 상세하면, 양력을 형성시키는 복수 개의 메인 로터를 외측에 구비하는 동체의 후방부에 동체의 전진방향으로 추력을 생성시키는 추진 로터를 장착하여, 멀티콥터의 전진 비행성을 향상시키고 공기 저항성을 줄일 수 있는 추진 로터가 구비된 멀티콥터에 관한 것이다.
또한 본 발명은 복수 개의 메인 로터를 구비하는 동체의 후방부에 추진 로터가 구비되기 때문에, 전진 비행을 위한 추력을 추진 로터로서 증가시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있고; 멀티콥터의 전진 비행시에, 추진 로터에 의한 추력 증가에 의하여 멀티콥터의 전방부가 상향되고 후방부가 하향되는 상태로 멀티콥터가 기울어질 수 있기 때문에, 멀티콥터를 하강시키려 하는 항력을 작게 받아, 메인 로터들의 작은 동력으로도 전진 비행을 위한 충분한 양력을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

추진 로터가 구비된 멀티콥터{Multicopter with propelling roter}

본 발명은 회전익기의 일종인 멀티콥터의 전진 비행성 및 비행 안정성을 향상시키는 추진 로터가 구비된 멀티콥터에 관한 것으로서, 보다 상세하면, 양력을 형성시키는 복수 개의 메인 로터를 외측에 구비하는 동체의 후방부에 동체의 전진방향으로 추력을 생성시키는 추진 로터를 장착하여, 멀티콥터의 전진 비행성을 향상시키고 공기 저항성을 줄일 수 있는 추진 로터가 구비된 멀티콥터에 관한 것이다.

일반적으로 멀티콥터(Multicopter)는 로터(회전날개)를 두 개 이상 이용해 뜨고 추진하는 회전익기의 일종이다.

또한 멀티콥터는 도 1과 같이 동체(10')의 주변 수평면상에 위치되는 복수 개의 로터(11')가 수평방향으로 회전하여 하방으로 기류를 형성시키고, 형성된 기류에 의하여 양력이 생성되어 비행하며, 복수 개의 로터(11')의 회전속도 또는 회전방향을 변화시킴으로써 상승비행, 하강비행, 전진 비행, 후진 비행, 좌회전 비행 및 우회전 비행을 실현한다.

아울러 상기 구성의 멀티콥터는 복수 개의 로터(11')에 의하여 생성된 양력에 의하여 비행가능하기 때문에, 일반적인 고정익기 또는 회전익기와 비교하여 비행의 안정성은 우수하나, 하방으로 주되게 기류를 형성시켜 양력을 확보하므로 전진 비행성이 다소 떨어지는 단점이 있었다.

또한 멀티콥터의 비행을 위해서는 복수 개의 로터(11')를 지속적으로 회전시켜야 하기 때문에 동력확보를 위한 에너지 손실이 크고, 특히 전진 비행을 위해서는 더욱 큰 동력 확보를 위하여 에너지 손실이 더욱 커지며, 그 결과 한정된 전원으로 장시간의 비행이 다소 곤란하였다.

다음은 멀티콥터에 관한 대표적인 종래기술이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1366310호는 멀티콥터에 관한 것으로서, 협동하여 회전동력을 발생시키는 한 쌍의 제1 엔진과 제2 엔진이 탑재된 본체부, 본체부에서 발생하는 회전동력을 전달받아 회전하는 로터 회전부, 및 본체부의 회전동력을 로터 회전부에 전달하는 동력전달부로 구성됨에 따라 한 쌍의 엔진동력 중, 어느 하나의 엔진동력에 이상이 생기더라도 나머지 하나의 엔진동력이 계속해서 작동하는 구성을 하였다.

또한 상기 종래기술은 복수의 엔진동력을 동력원으로 사용하여, 복수의 엔진동력 중, 어느 하나의 엔진동력에 이상이 생기더라도 안전하게 회수할 수 있는 효과를 발휘하였으나, 멀티콥터의 전진 비행의 속도가 다소 떨어지고, 전진 비행을 위해서는 더욱 큰 동력 확보를 위하여 에너지 손실이 더욱 커지게 되어 장시간의 비행이 다소 곤란하여, 이를 해결하기 위한 지속적인 연구개발이 요구되는 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1366310호(2014.02.14.) 대한민국 등록특허공보 제10-0832067호(2008.05.27.) 대한민국 등록특허공보 제10-0822366호(2008.04.16.) 미국 공개특허공보 US 2011-0001020호(2011.01.06.)

본 발명은 멀티콥터에 관한 종래기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 종래 멀티콥터는 동체의 외측에 구비된 복수 개의 메인 로터들의 회전방향 및 회전속도의 조절만으로 상승비행, 하강비행, 전진 비행, 후진 비행, 좌회전 비행 및 우회전 비행할 수 있도록 구성되기 때문에, 전진 비행을 위한 추력 생성이 다소 약한 문제가 발생하였고;

멀티콥터의 전진 비행시에, 멀티콥터의 전방부는 하향되고 후방부는 상향되는 상태로 기울어져 비행하기 때문에 멀티콥터를 하강시키려 하는 항력을 크게 받아, 양력과 추력 생성을 위한 메인 로터들의 동력 손실이 큰 문제가 발생하여, 이에 대한 해결점을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,

수평방향으로 회전하는 복수 개의 메인 로터를 외측에 구비하는 동체와; 상기 동체의 후방부에 구비되고, 수직방향으로 회전하여 동체의 전진방향으로 추력을 생성시키는 추진 로터;를 포함하여 구성되는 추진 로터가 구비된 멀티콥터를 제시한다.

상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 추진 로터가 구비된 멀티콥터는 복수 개의 메인 로터를 구비하는 동체의 후방부에 추진 로터가 구비되기 때문에, 전진 비행을 위한 추력을 추진 로터로서 증가시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있고;

멀티콥터의 전진 비행시에, 추진 로터에 의한 추력 증가에 의하여 멀티콥터의 전방부가 상향되고 후방부가 하향되는 상태로 멀티콥터가 기울어질 수 있기 때문에, 멀티콥터를 하강시키려 하는 항력을 작게 받아, 메인 로터들의 작은 동력으로도 전진 비행을 위한 충분한 양력을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래기술에 의한 멀티콥터를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 추진 로터가 구비된 멀티콥터를 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 추진 로터가 구비된 멀티콥터를 나타내는 평면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 추진 로터가 구비된 멀티콥터의 보조동체의 기울기를 나타내는 측면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 추진 로터가 구비된 멀티콥터의 지지대에 복수 개의 메인 로터가 구비된 경우를 나타내는 평면도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 추진 로터가 구비된 멀티콥터의 지지대가 접이되는 경우를 나타내는 측면도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 추진 로터가 구비된 멀티콥터의 지지대 일부가 경사지도록 구성되는 경우를 나타내는 측면도.
도 8은 종래기술에 의한 멀티콥터의 전진 비행 자세를 나타내는 측면도.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 추진 로터가 구비된 멀티콥터의 전진 비행 자세를 나타내는 측면도.
도 10의 (a), (b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 추진 로터가 구비된 멀티콥터의 추진 로터의 상태를 나타내는 측면도.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 추진 로터가 구비된 멀티콥터의 추진 로터가 수직방향으로 각도 조절되는 상태를 나타내는 측면도.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 추진 로터가 구비된 멀티콥터의 비행 모드를 나타내는 작동순서 블럭도.

본 발명은 회전익기의 일종인 멀티콥터의 전진 비행성 및 비행 안정성을 향상시키는 추진 로터가 구비된 멀티콥터에 관한 것으로서, 수평방향으로 회전하는 복수 개의 메인 로터(11)를 외측에 구비하는 동체(10)와; 상기 동체(10)의 후방부에 구비되고, 수직방향으로 회전하여 동체(10)의 전진방향으로 추력을 생성시키는 추진 로터(20);를 포함하여 구성되는 추진 로터가 구비된 멀티콥터에 관한 것이다.

우선 본 발명에 의한 멀티콥터는 수평방향으로 회전하여 양력을 생성시키는 메인 로터(11)가 동체(10)의 주변에 복수 개 구비되고, 상기 복수 개의 메인 로터(11)들의 회전방향 및 회전속도를 조절하여 상승비행, 하강비행, 전진 비행, 후진 비행, 좌회전 비행 및 우회전 비행할 수 있는 회전익기의 일종이다.

더불어 본 발명에 의한 멀티콥터에 구비되는 메인 로터(11)의 회전방향 및 회전속도에 관한 구체적인 설명은 공지의 기술을 적용할 수 있고, 특별히 본 발명의 주된 기술적 사상과 관련된 설명은 하기에서 구체적으로 하겠다.

이하 본 발명의 실시예를 도시한 도면 1 내지 12를 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

구체적으로, 상기 동체(10)는 수평방향으로 회전하는 복수 개의 메인 로터(11)를 외측에 구비하는 구성으로서, 멀티콥터의 몸체에 해당하는 구성이다.

즉, 상기 동체(10)에는 멀티콥터의 비행을 위한 전원, 마이컴(Micom), 통신 송ㆍ수신장치 및 자이로센서 등의 일반적인 비행제어장치를 포함할 수 있고, 부가적으로 위성항법장치(Global positioning system), 관성항법장치(Inertial navigation system) 또는 영상촬영장치 등과 같은 추가장치를 더 포함할 수 있으며, 상기 비행제어장치 및 추가장치에 관한 구성은 공지의 기술을 적용할 수 있다.

또한 동체(10)의 외측에 구비되는 복수 개의 메인 로터(11)는 모터와 같은 구동체(미도시)에 의하여 회전하는 구성으로서, 회전에 의하여 양력을 생성시키는 구성이다. 이때, 메인 로터(11)를 회전시키는 구동체의 회전방향 및 회전속도는 동체(10)에 포함되는 비행제어장치의 마이컴에 의하여 제어된다.

아울러 상기 구동체는 일반적인 멀티콥터와 동일하게 메인 로터(11)의 개수와 동일한 개수로 동체(10)의 외측에 균분되어 구비되고, 복수 개의 구동체의 상부 또는 하부에는 메인 로터(11)가 각각 구비된다. 즉, 상기 구동체는 멀티콥터의 외측에 복수 개로 균분되어 구비되는 나셀(nacelle)에 내재되고, 동체(10)에 포함된 전원으로부터 전원을 공급받으며 마이컴에 의하여 회전방향 및 회전속도에 관한 제어를 받을 수 있다.

더불어 상기 메인 로터(11)는 동체(10)의 무게를 지탱하고 균분하여 멀티콥터가 안정적으로 비행할 수 있으면 동체(10) 외측의 다양한 부분에 복수 개로 구비될 수 있고, 동체(10)와 이격되어 메인 로터(11)가 회전할 때 동체(10)에 간섭되지 않아야 함은 자명할 것이다.

상기와 연관하여, 동체(10)는 다양한 형태로 구성될 수 있으나, 보다 바람직하게는 주동체(10a); 상기 주동체(10a)의 양쪽 측방 각각으로 길이 연장되는 날개 형태의 보조동체(10b) 및; 상기 보조동체(10b)의 전방 및 후방 각각으로 길이 연장되는 바(Bar) 형태의 지지대(10c);를 포함하여 구성될 수 있고, 상기 메인 로터(11)는 지지대(10c)의 양단에 각각 구비되는 구성을 할 수 있다.

즉, 상기 주동체(10a)는 도 2와 같이 멀티콥터의 주된 몸체에 해당하는 구성으로서, 상기 비행제어장치(또는 추가장치를 더 포함.)를 포함하는 구성이다.

또한 상기 보조동체(10b)는 상기 주동체(10a)의 양쪽 측방 각각으로 길이 연장되는 날개 형태의 구성으로서, 주동체(10a)와 메인 로터(11)가 구비된 지지대(10c)를 상호 연결시킴과 동시에, 멀티콥터의 비행시에 소정의 양력도 생성시킬 수 있는 구성이다.

이때, 상기 보조동체(10b)는 주동체(10a)의 양쪽 측방에서 각각 길이 연장되므로 주동체(10a)를 기준하여 상호 대칭하여 한 쌍으로 구성되고, 주동체(10a)의 어느 한쪽 측방(좌측)에 구비된 보조동체(10b)는 다시 전방 보조동체(미도시)와 후방 보조동체(미도시) 등과 같이 복수 개의 보조동체(10b)로 구분될 수 있다. 더불어 주동체(10a)의 다른 한쪽 측방(우측)에 구비된 보조동체(10b) 역시 전방 보조동체(미도시)와 후방 보조동체(미도시) 등과 같이 복수 개의 보조동체(10b)로 구분될 수 있음은 자명할 것이다.

아울러 보조동체(10b)는 주동체(10a)와 지지대(10c)를 상호 연결시키는 것이 주된 기능이지만 길이와 폭이 적절하게 형성되면 멀티콥터의 비행시에 소정의 양력을 생성시킬 수도 있다.

즉, 상기 보조동체(10b)는 바(Bar) 형태로 구성될 수도 있지만, 보조동체(10b)의 길이와 폭이 일정하게 형성되면 보조동체(10b)의 하부로 기류를 유동시킬 수 있기 때문에 멀티콥터의 전진 비행시에 소정의 양력을 생성시킬 수 있다. 그러나 보조동체(10b)의 길이와 폭이 지나치게 길게 형성되면 멀티콥터의 상승ㆍ하강 비행시 또는 좌ㆍ우회전 비행시에 저항력을 지나치게 크게 받을 수 있으므로, 보조동체(10b)의 길이와 폭은 제작되는 멀티콥터의 용도와 크기에 따라 당업자가 적절하게 조절할 수 있다.

상기와 연관하여, 보조동체(10b)는 도 4와 같이 전방에서 후방으로의 수직단면이 전방에서 후방으로 하향하며 5~10° 기울어지도록 구성될 수 있는데, 상기 구성의 보조동체(10b)는 멀티콥터가 전진 비행할 때 보조동체(10b)의 하부로 유동되는 기류를 하방으로 경사지게 유동시키는 효과를 발휘하고, 그 결과 멀티콥터의 양력을 더욱 향상시킬 뿐만 아니라 멀티콥터의 전방부를 후방부보다 상향시켜 멀티콥터가 전진 비행할 때 멀티콥터의 항력을 감소시킬 수 있는 효과를 발휘한다.

이때, 상기 보조동체(10b)의 기울기(a) 정도가 5°미만이면 기울어진 보조동체(10b)에 의한 멀티콥터의 양력 향상효과 및 항력 감소효과가 다소 미흡해지고, 10°를 초과하면 보조동체(10b)가 지나치게 기울어져 전진 비행할 때 멀티콥터가 뒤집힐 수 있는 우려가 발생하기 때문에, 보조동체(10b)의 기울기(a)는 상기 범위 내를 유지하는 것이 바람직하다.

또한 상기 지지대(10c)는 상기 보조동체(10b)에 구비되고, 보조동체(10b)의 전방 및 후방 각각으로 길이 연장되는 바(Bar) 형태의 구성으로서, 메인 로터(11)를 주동체(10a)의 외측 주변에 위치시키는 구성이다.

구체적으로, 지지대(10c)는 도 3과 같이 보조동체(10b)의 말단(또는 연장부 일정부분)에 구비되되, 보조동체(10b)의 전방 및 후방으로 각각 길이 연장되고, 양단에 메인 로터(11)가 각각 구비되는 구성을 하여, 주동체(10a)의 전방 및 후방에 메인 로터(11)를 위치시킨다.

이때, 지지대(10c)는 주동체(10a)의 양쪽 측방에 각각 구비되는 보조동체(10b) 각각에 구비되는 구성이므로, 한 쌍으로 구성되어 주동체(10a)를 중심으로 주동체(10a)의 양쪽 측방 각각에 하나씩 위치된다. 이하, 지지대(10c)에 관한 설명은 주동체(10a)를 중심으로 한 쌍으로 구성되는 것을 전제하여 설명하겠다.

아울러 상기 지지대(10c)는 일정의 길이를 가지는 단일체로 구성되어 보조동체(10b)의 말단에 형성된 체결홀을 관통하여 보조동체(10b)에 체결될 수 있고, 두 개로 구성되어 나눠지도록 구성되어 어느 하나는 보조동체(10b) 말단의 전방부 체결홀에 전방을 향하며 체결되고, 다른 하나는 보조동체(10b) 말단의 후방부 체결홀에 후방을 향하며 체결되는 구성을 할 수 있다.

더불어 상기 지지대(10c)의 길이는 멀티콥터의 용도와 크기, 메인 로터(11)의 길이에 따라 다양한 길이로 형성될 수 있고, 지지대(10c)의 길이를 필요에 따라 다양하게 가변시킬 수 있도록, 복수 개의 지지대유닛(미도시)이 상호 길이방향으로 체결되어 단일의 지지대(10c)를 형성하는 구성을 할 수 있다. 이때, 상기 지지대유닛 간의 상호 체결은 끼움방식 또는 볼트방식 등 다양한 방식으로 실현될 수 있다.

또한 지지대(10c)는 보조동체(10b)를 기준하여, 보조동체(10b)의 전방부에 위치되는 지지대(10c)의 전방부분(c)의 길이와 보조동체(10b)의 후방부에 위치되는 지지대(10c)의 후방부분(d)의 길이가 동일할 수도 있고, 어느 한쪽의 길이가 더 길도록 구성될 수 있다.

더불어 지지대(10c)는 길이방향으로 직선 형태로 구성될 수 있고, 주동체(10a)의 주변을 방사형으로 아우를 수 있도록 곡선 형태로 구성될 수도 있다.

아울러 상기 지지대(10c)에는 도 5와 같이 보조동체(10b)를 기준하여, 보조동체(10b)의 전방 및 후방 각각에 복수 개의 메인 로터(11)가 구비되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 구성의 지지대(10c)는 지지대(10c)의 양단 각각에만 메인 로터(11)가 구비되는 것과 비교하여, 더 많은 개수의 메인 로터(11)가 장착되는 구성을 하기 때문에, 멀티콥터의 양력 및 추력을 더욱 안정되고 크게 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한 지지대(10c)가 곡선 형태로 구성되는 경우, 곡선 형태의 지지대(10c)에 복수 개의 메인 로터(11)가 소정 간격으로 장착되면, 주동체(10a)를 중심으로 여러 방향에서 안정된 양력을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

아울러 상기 지지대(10c)는 도 6과 같이 보조동체(10b)를 기준하여, 보조동체(10b)의 전방 일부분 또는 후방 일부분이 동체(10) 방향으로 접히거나 펼쳐질 수 있도록 구성될 수 있다.

즉, 상기와 같이 지지대(10c)가 접히거나 펼쳐질 수 있도록 구성되면, 멀티콥터의 전체 부피에서 상당한 부피를 차지하는 메인 로터(11)가 구비된 지지대(10c)를 접어 동체(10)에 최대한 인접시킬 수 있어, 멀티콥터의 보관 또는 운송 시에 멀티콥터 전체의 부피를 줄일 수 있는 효과를 실현할 수 있다.

이때, 지지대(10c)의 접히거나 펼쳐지는 부분의 위치 및 개수는 당업자의 판단에 따라 다양하게 조절가능하다. 더불어, 접혀진 지지대(10c)는 멀티콥터의 비행을 위하여 펼쳐져야 하고, 펼쳐진 이후에는 비행시에 다시 접혀지지 않도록 펼쳐진 상태로 고정 유지되어야 함은 자명할 것이다.

또한 상기 지지대(10c)의 일부분 중, 보조동체(10b)의 후방 일부분은 도 7과 같이 지지대(10c)의 후방이 상향되도록 경사지게 구성될 수 있다. 이때, 지지대(10c)의 후방의 말단 일부분은 수평한 상태를 가지고, 상기 보조동체(10b)의 후방의 말단 일부분에는 메인 로터(11)가 구비되는 구성을 할 수 있다.

즉, 상기와 같이 보조동체(10b)의 후방에 위치되는 지지대(10c) 후방 일부분이 후방으로 갈수록 상향되도록 경사지게 구성되면, 보조동체(10b)의 전방에 해당하는 지지대(10c)에 구비되는 메인 로터(11)보다 보조동체(10b)의 후방에 해당하는 지지대(10c)에 구비되는 메인 로터(11)의 수평상의 높이가 더 높게 되고, 그 결과 멀티콥터가 전진 비행할 때 생성되는 보조동체(10b)의 전방에 위치된 메인 로터(11)에 의하여 형성된 양력형성을 위한 기류와 보조동체(10b)의 후방에 위치된 메인 로터(11)에 의하여 형성된 양력형성을 위한 기류 간의 간섭을 줄일 수 있는 효과를 발휘한다.

아울러 본 발명의 주안점인 추진 로터(20)는 상기 동체(10)의 후방부에 구비되고, 수직방향으로 회전하여 동체(10)의 전진방향으로 추력을 생성시키는 구성으로서, 멀티콥터의 전진 비행시에 추력을 증가시키고, 추력의 증가로서 멀티콥터의 전진 비행시의 자세를 변화시켜 항력을 감소시키며, 항력의 감소로서 메인 로터(11)의 작은 동력으로도 전진 비행을 위한 충분한 양력을 확보할 수 있도로 하는 구성이다.

즉, 일반적인 멀티콥터는 본 발명의 메인 로터(11)와 대응되는 로터(11')만으로 양력을 생성시켜 멀티콥터의 상승비행, 하강비행, 전진 비행, 후진 비행, 좌회전 비행 및 우회전 비행을 실현한다.

특히 도 8과 같이 일반적인 멀티콥터의 전진 비행시에는 동체(10')의 전방에 위치한 로터(11')들보다 후방에 위치한 로터(11')들의 회전속도를 증가시켜 동체(10') 후방에서의 양력을 증가시킴으로써 편중된 양력이 생성되고, 상기 편중된 양력에 의하여 생성된 추력으로 멀티콥터는 전진 비행하게 된다. 이때, 멀티콥터의 후방부의 양력이 더 전방부보다 크기 때문에, 멀티콥터는 전방부가 하향되고 후방부가 상향되는 자세로 전진 비행하게 된다.

또한 상기와 같이 멀티콥터가 전방부가 하향되고 후방부가 상향되는 자세로 비행하게 되면, 멀티콤터의 전방에서 가해지는 기류에 의한 항력이 멀티콥터의 상부면에서 하방으로 가해지고, 그 결과 항력이 멀티콥터가 수평상태로 서행하여 전진 비행하는 경우보다 더 넓은 면적(일반적으로 멀티콥터의 상부면이 멀티콥터의 전면보다 더 넓은 면적을 가짐.)에 하방으로 가해져, 멀티콥터는 중력과 더불어 하향 항력을 더 받게 된다.

이때, 복수 개의 로터(11')들은 더 큰 항력(중력+하향 항력)이 작용되는 멀티콥터를 일정 고도로 전진 비행시키기 위하여 더 빠르게 회전되어야 했다. 결과적으로는 복수 개의 로터(11')들의 회전속도를 증가시키기 위한 동력이 더 요구됨으로 멀티콥터의 동력은 더 급격하게 손실되는 문제가 발생하였다.

이에 대하여, 본 발명에 의한 추진 로터(20)는 동체(10)의 후방부에 구비되어 동체(10)의 전진방향으로 추력을 생성시킴으로써, 멀티콥터의 추력을 증가시키고, 멀티콥터의 자세를 변화시켜 항력을 줄일 수 있는 효과를 실현한다.

구체적으로, 도 9와 같이 상기 추진 로터(20)는 멀티콥터 후방부의 추력을 증가시키고, 멀티콥터의 후방부에서 생성된 증가된 추력에 의하여 멀티콥터는 전체적으로 전진 비행속도가 빨라질 뿐만 아니라 멀티콥터의 전방부가 상향되고 후방부가 하향되는 상태로 멀티콥터의 자세가 변화된다. 그 결과 멀티콥터의 전방에서 가해지는 기류에 의한 항력은 멀티콥터의 하부면에서 상방으로 가해지고, 상기 항력은 멀티콥터가 수평상태로 서행하여 전진 비행하는 경우보다 더 넓은 면적에 상향으로 가해져 양력으로서 작용하게 된다.

이때, 멀티콥터는 기류에 의하여 더 해진 양력을 받기 때문에, 복수 개의 메인 로터(11)는 더 감소된 회전속도로도 멀티콥터를 일정 고도로 전진 비행시킬 수 있고, 결과적으로는 복수 개의 메인 로터(11)의 회전속도 감소에 따른 동력을 아낄 수 있는 효과를 실현한다.

또한 상기 구성의 추진 로터(20)는 동체(10)의 후방부에 구비되어 수직방향으로 회전하여 동체(10)의 전진방향으로 추력을 생성할 수 있으면 다양한 형태 및 개수로 구성될 수 있고, 회전시에 동체(10)의 후방부에 위치된 메인 로터(11)와의 간섭이 발생하지 않도록 구성된다.

더불어 상기 추진 로터(20)는 도 10의 (a)와 같이 동체(10)의 후방부와 동체(10)의 후방부에 위치된 메인 로터(11)의 사이에 위치될 수 있고, 도 10의 (b)와 같이 동체(10) 후방부에 위치된 메인 로터(11)의 후방에 위치될 수도 있다.

또한 상기 추진 로터(20)에 의하여 추력이 더해진 멀티콥터의 전방부가 후방부에 비하여 지나치게 상향되면 전진 비행하는 멀티콥터가 뒤집어질 수 있으므로, 멀티콥터의 전방부는 수평면을 기준하여 후방부보다 약 1~5°정도의 기울기로 상향되는 것이 바람직하다.

아울러 상기 추진 로터(20)는 도 11과 같이 동체(10)의 후방부에 수직방향 또는 수평방향으로 각도조절 가능하도록 구비될 수 있다.

즉, 상기 추진 로터(20)는 추진 로터(20)를 회전시키는 구동체와 수직방향 또는 수평방향으로 각도조절 가능하도록 결합되어 구동체로부터 구동력을 전달받을 수도 있고; 구동체 또는 구동체가 체결된 나셀 전체가 동체(10)의 후방부에 수직방향 또는 수평방향으로 각도조절 가능하도록 체결되어 구동체 또는 구동체가 체결된 나셀이 동체(10)의 후방부에서 수직방향 또는 수평방향으로 각도조절됨으로써 추진 로터(20)가 각도조절 가능하도록 구성될 수도 있다.

또한 상기와 같이 추진 로터(20)가 수직방향 또는 수평방향으로 각도 조절 가능하도록 동체(10)의 후방부에 구비되면, 멀티콥터의 전진 비행시는 자명히 추력을 향상시킬 수 있고, 멀티콥터의 상승 비행 또는 하강 비행시에는 수직방향으로 각도 조절되어 멀티콥터의 전진 상승 비행 또는 전진 하강 비행에 대한 추력을 더욱 향상시킬 수 있으며, 멀티콥터의 좌회전 비행 또는 우회전 비행시에는 수평방향으로 각도 조절되어 멀티콥터의 전진 좌회전 비행 또는 전진 우회전 비행에 대한 추력을 더욱 향상시킬 수 있다.

상기와 연관하여, 추진 로터(20)가 작동하여 멀티콥터의 비행 속도가 더 빨라진 경우에는, 빨라진 비행속도에 의하여 변화된 멀티콥터의 자세를 안정적으로 유지하기 위하여 복수 개의 메인 로터(11) 각각의 회전속도 또는 회전방향이 비행제어장치에 의하여 제어되어 변화될 수 있다.

아울러 본 발명에 의한 멀티콥터의 비행방법은 추진 로터(20)의 작동여부에 따라 회전익 모드 비행과 고정익 모드 비행으로 구분할 수 있고, 상기 회전익 모드 비행과 고정익 모드 비행은 멀티콥터의 비행거리에 따라 결정될 수 있다.

즉, 상기 회전익 모드 비행은 멀티콥터에 구비되는 복수 개의 메인 로터(11)만을 이용한 비행이 이루어지는 경우의 비행방법이고, 상기 고정익 모드 비행은 멀티콥터에 구비되는 복수 개의 메인 로터(11)뿐만 아니라 추진 로터(20)도 작동되어 비행이 이루어지는 경우의 비행방법이다. 이때, 상기 고정익 모드 비행은 추진 로터(20)를 더 작동되기 때문에 회전익 모드 비행보다 더 빠른 속도로 전진 비행할 수 있다.

또한 본 발명에 의한 멀티콥터는 상기 회전익 모드 비행과 고정익 모드 비행을 병합한 비행이 가능함은 자명할 것이고, 회전익 모드 비행과 고정익 모드 비행을 결정하는 기준거리는 멀티콥터의 크기 및 비행능력에 따라 당업자 또는 조종자의 판단에 따라 적절하게 결정가능하다.

즉, 상기 고정익 모드 비행은 멀티콥터가 원거리까지 이동하여야 할 필요가 있을 경우 실행되어 멀티콥터를 보다 빠른 속도로 목표지점까지 비행시킬 수 있는 효과를 실현한다.

구체적으로, 도 12와 같이, 멀티콥터는 회전익 모드 비행으로 수직이륙을 하여 일정의 고도에서 호버링 상태의 정지비행을 한다. 이때, 목표지점까지의 목표거리가 고정익 모드 비행의 변환 기준거리(D, 고정익 모드 비행과 회전익 모드 비행 간의 전환 또는 유지 여부를 결정하는 기준거리) 보다 먼 경우에는 멀티콥터의 마이컴 또는 조종자가 고정익 모드 비행을 설정하고, 상기와 같이 고정익 모드 비행이 설정되면 추진 로터(20)가 작동하여 멀티콥터의 추력을 증가시켜 멀티콥터가 고속으로 전진 비행한다.

이에 반하여, 정지비행 중인 멀티콥터의 목표거리가 고정익 모드 비행의 변환 기준거리(D) 보다 짧은 경우에는 멀티콥터의 마이컴 또는 조종자가 회전익 모드 비행을 설정하고, 상기와 같이 회전익 모드 비행이 설정되면 추진 로터(20)는 미작동하여 저속으로 전진 비행한다.

아울러 상기와 같이 멀티콥터가 고정익 모드 비행을 하는 경우, 고정익 모드 비행 중인 멀티콥터가 목포지점까지 고속으로 전진 비행하여 도착하면, 빠른 비행 속도에 의하여 멀티콥터가 목표지점을 지나칠 수 있으므로, 상기 멀티콥터는 출발지점에서 목표지점 도착 이전의 일정 지점(브레이킹 지점)까지의 거리인 브레이킹 거리(S)만큼 고정익 모드 비행하여 고속으로 전진 비행하고, 브레이킹 거리(S)에 다다르면 회전익 모드 비행을 하여 저속으로 전진 비행하여 목표지점에 상공에 도착하며, 회전익 모드 비행으로 수직착륙한다.

이때, 상기 브레이킹 거리(S)는 멀티콥터의 비행속도, 크기 또는 기상상태에 따라 다양하게 설정될 수 있고, 보다 바람직하게는 멀티콥터의 크기 및 비행시간과 관련된 거리변환계수를 고정익 모드 비행하는 멀티콥터의 비행속도와 연관시켜 산출할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의한 추진 로터가 구비된 멀티콥터의 비행 과정을 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명에 의한 멀티콥터는 호버링 상태로 비행 중이고, 지상의 조종자가 조종기를 이용하여 급속도의 전진 비행을 위하여 추진 로터(20)의 작동 조종을 하면, 멀티콥터의 비행제어장치에 내재된 수신기는 추진 로터(20)의 작동 신호를 전달받아 마이컴을 통하여 추진 로터(20)의 구동체를 회전시킨다.

이후, 상기 구동체의 회전에 의하여 추진 로터(20)는 회전하고, 추진 로터(20)의 회전에 의하여 멀티콥터의 후방으로 향하는 기류가 형성되어 추력이 생성된다.

이후, 추진 로터(20)에 의하여 생성된 추력에 의하여 멀티콥터의 전방부는 후방부보다 다소 상승되고, 멀티콥터는 전방부가 후방부보다 약 2°상승된 자세로 전진 비행한다.

이때, 추진 로터(20)가 작동하고 있는 상태에서도 동체(10)에 구비된 복수 개의 메인 로터(11)는 회전하고 있는 상태이고, 호버링 상태에서 전진 비행으로 전환되면서 변화된 멀티콥터의 자세를 안정적으로 유지하기 위하여 회전속도와 회전방향이 변화될 수 있다.

상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.

10 : 동체 10a : 주동체
10b : 보조동체 10c : 지지대
11 : 메인 로터 20 : 추진 로터

Claims (7)

1. 수평방향으로 회전하는 복수 개의 메인 로터(11)를 외측에 구비하는 동체(10)와;
   상기 동체(10)의 후방부에 구비되고, 수직방향으로 회전하여 동체(10)의 전진방향으로 추력을 생성시키는 추진 로터(20);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 추진 로터가 구비된 멀티콥터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 동체(10)는,
   주동체(10a);
   상기 주동체(10a)의 양쪽 측방 각각으로 길이 연장되는 날개 형태의 보조동체(10b) 및;
   상기 보조동체(10b)에 구비되고, 보조동체(10b)의 전방 및 후방 각각으로 길이 연장되는 바(Bar) 형태의 지지대(10c);를 포함하여 구성되고,
   상기 메인 로터(11)는 지지대(10c)의 양단에 각각 구비되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 추진 로터가 구비된 멀티콥터.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 보조동체(10b)는,
   전방에서 후방으로의 수직단면이 전방에서 후방으로 하향하며 5~10° 기울어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 추진 로터가 구비된 멀티콥터.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 지지대(10c)에는,
   보조동체(10b)를 기준하여, 보조동체(10b)의 전방 및 후방 각각에 복수 개의 메인 로터(11)가 구비되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 추진 로터가 구비된 멀티콥터.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 지지대(10c)는,
   보조동체(10b)를 기준하여, 보조동체(10b)의 후방 부분이 상향하며 10~30° 기울어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 추진 로터가 구비된 멀티콥터.
   
6. 제2항에 있어서,
   상기 지지대(10c)는,
   보조동체(10b)를 기준하여, 보조동체(10b)의 전방 일부분 또는 후방 일부분이 동체(10) 방향으로 접히거나 펼쳐질 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 추진 로터가 구비된 멀티콥터.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 추진 로터(20)는,
   동체(10)의 후방부에 수직방향 또는 수평방향으로 각도조절 가능하도록 구비되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 추진 로터가 구비된 멀티콥터.
   

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