팽창형 동체와 조인드윙을 갖는 무인항공기 {Unmanned Aerial Vehicle having joined wings and inflatable fuselage }
본 발명은 팽창형 동체와 조인드윙을 갖는 무인항공기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 조인드윙(joined wings)을 포함하는 무인항공기에 있어서 동체가 부양력(buoyancy)을 제공하는 팽창형 동체로 이루어짐으로써 비행의 효율이 매우 우수하며 단거리 이착륙(STOL; Short Take-Off and Landing)성능이 매우 우수한 팽창형 동체와 조인드윙을 갖는 무인항공기에 관한 것이다.
무인항공기(UAV; Unmaned Aerial Vehicle)는 세계적으로 군수용목적과 민수용목적으로 연구개발이 활발하게 진행되고 있으며 정찰 또는 탐사위성과 상호보완적인 장비인 동시에 유인기를 대체하고 있는 추세에 있다. 조인드윙은 일반적인 날개에 비하여 비행중 날개 끝단에서 발생하는 익단와류(vortex)에 의한 유도항력을 제거하여 전체항력을 약 15~20% 정도 감소시켜줌으로써 양항비율 등 항공기의 공기역학적인 효율을 증가시켜주는 것으로 알려져 있다. 그리고, 조인드윙을 포함하는 항공기는 날개구조가 연결되어 일반적인 항공기에 비하여 구조적 강성을 높일 수 있으며, 이로 인한 기체무게의 경량화가 가능하고, 일반적인 항공기 형상보다 큰 가로세로비를 갖는 날개형상설계가 가능하므로 특히, 고고도장기체공항공기에 유리한 것으로 알려져 있다. 미국특허 제 5,899,410호에 개시되어 있는 조인드윙을 가진 항공기는 세로로연장된 동체(lengthwise extending fuselage)와 같은 평면에 결합된 조인드윙의 전방날개와 후방날개에서 발생하는 양력으로 비행하는 것으로서, 상기 동체에서는 양력을 얻을 수 없는 것이므로 비행의 효율을 크게 향상시켜줄 수 없었으며, 큰 양력이 요구되는 단거리이착륙성능을 기대할 수 없는 것이었다. 그리고, 동체와 떨어져있는 조인드윙의 전방날개와 후방날개에 에이러론, 엘리베이터와 같은 조종면들(control surfaces)을 가진 것이어서 상기 조종면들을 작동시켜주는 엑츄에이터들을 상기 전방날개와 후방날개에 설치해주어야만 하는 것이므로 날개의 구조가 복잡해지고, 날개의 중량을 증가시키며, 중량이 증가 된 날개는 동체와의 보다 견고한 결합구조를 필요로 하게 되어서 항공기의 전체중량이 증가 되었으며, 이로 인하여 보다 큰 추력이 요구되고, 이는 곧 추진장치의 대형화와 효율성저하로 이어지게 되었었을 뿐만 아니라 전장에서 운용될 때 피탄에 의한 비행조종불능을 초래할 우려가 많은 등의 문제점도 있었다. 따라서, 상기한 바와 같은 종래의 조인드윙을 가진 항공기는 유인기처럼 긴 활주로에서 이착륙하는 중·고고도용 무인항공기용으로는 적합하지만 긴 활주로를 확보하기가 곤란한 야전이나 산악지형에서 주로 운용되는 저고도 정찰용 무인항공기용으로는 적합하지 못한 것이었다.
본 발명의 목적은 조인드윙이 결합되는 동체의 단순화와 초경량화를 도모함과 아울러서 내충격성을 향상시켜주고 상기 동체로부터 부양력을 제공받음으로써 비행효율과 단거리 이착륙성능이 매우 우수하여 긴 활주로를 확보하기 어려운 야전이나 산악지형 그리고 함상에서 운용되는 저고도 정찰용으로 적합한 팽창형 동체와 조인드윙을 갖는 무인항공기를 제공하는데 있다.
본 발명은 팽창형 동체와 조인드윙을 갖는 무인항공기에 관한 것으로, 한 쌍의 조인드윙과 연결되는 동체가 비활성기체를 충전제로하는 기낭을 포함하는 팽창형 동체로 이루어져 있으며, 상기 팽창형 동체의 선단부에는 가동형카나드가 구비되어 있고, 상기 팽창형 동체의 후방단부에는 방향타를 포함하는 수직날개를 구비하여서 된 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 상기 조인드윙, 가동형카나드, 수직날개가 상기 팽창형 동체에 배열되는 조립안내부재에 분리하거나 조립시켜 줄 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 조인드윙과 연결되는 동체가 비활성기체를 충전제로 함으로써 우수한 부양력을 갖는 팽창형 동체로 이루어진 것이어서 동체의 단순화와 초경량화를 도모하여 보다 저렴한 비용으로 품질이 균일하고 유지보수가 용이하며 운반과 취급이 손쉽고 내구성이 우수한 무인항공기를 제공할 수 있으며, 유상중량의 상당부분을 동체의 부양력이 담당함으로써 우수한 비행효율과 단거리 이착륙성능을 발휘하여 긴 활주로를 확보하기 어려운 야전이나 산악지형은 물론 착수방식으로 회수가 가능하여 함상에서도 운용하기에 적합하고, 특히 동체를 이루는 기낭을 포함하는 팽창형 동체로부터 부양력을 얻을 수 있는 것이어서 비행선에 버금가는 저속 비행이 가능하므로 보다 해상도가 높은 영상정보를 수집할 수 있을 뿐만 아니라 임무수행중 추진력을 상실하거나 주날개를 이루는 조인드윙이 피탄되어 양력이 감소 되더라도 활공비행성능이 우수하여 장기 체공이 가능하고 소프트랜딩이 가능한 것이므로 임무완수율을 크게 향상시켜줄 수 있어 매우 우수한 신뢰성을 발휘하는 등의 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무인항공기의 사시도.
도 2는 도 1에서 보인 무인항공기의 분해 사시도.
본 발명에 따른 조인드윙형 무인항공기는 도 1과 도 2에 예시한 바와 같이 동체(10)와 연결되는 한 쌍의 조인드윙(12,14)을 가진 조인드윙형 무인항공기에 있어서, 상기 동체(10)가 헬륨과 같은 비활성기체를 충전제로 하는 원통형 기낭(16)을 포함하는 팽창형 동체(17)로 이루어져 있으며, 상기 팽창형 동체(17)의 선단부를 이루는 노즈콘(18)의 상부에는 가동형카나드(귀날개)(20)가 구비되어 있고, 상기 팽창형 동체(17)의 후단부에는 방향타(22)를 포함하는 수직날개(24)가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다. 상기 팽창형 동체(17)의 전방하부에는 보조랜딩기어(26)가 구비되어 있으며, 상기 조인드윙(12,14)의 하부에는 주랜딩기어(28,30)가 구비되어 있다. 본 발명에 있어서, 예를 들어 전기모터, 피스턴왕복엔진 등으로 이루어질 수 있는 추진기관(32)은 상기 팽창형 동체(17)의 노즈콘(18)의 선단부에 설치되어 있다. 또한, 상기 조인드윙(12,14)에는 예시도면에 구체적인 표현이 생략되어 있으나, 예를 들어 에이러론이나 엘리베이터 등과 같은 조종면과, 무장 또는 정보수집장비용 파일런을 구비할 수도 있다. 그리고, 상기 조인드윙(12,14)과 가동형카나드(20) 및 수직날개(24)는 예를들어 팽창형 동체(17)의 기낭(16)으로부터 연장된 돌기 형태의 조립안내부재 (34,36,38,40)에 구비될 수 있는 링크와 볼트, 너트와 같은 상호연결부재 들을 통해서 분리하거나 조립할 수 있도록 되어 있다. 또한, 상기 조인드윙(12,14)이 조립되는 팽창형 동체(17)의 하부에 위치하는 조립안내부재(38) 쪽에는 예시도면에 구체적인 표현이 생략되어 있으나, 예를 들어 항공전자장비, 동력공급장비, 비행제어장비, 각종 관측장비 등을 비롯한 탑재물이 장착될 수 있다. 또한, 상기 팽창형 동체(17)의 기낭(16)에는 보조충전제공급기구(42)를 더 구비하여서 비행 중 각종 사고나 대공화기에 기낭(16)이 피탄되어서 충전된 기체가 유실되는 경우 기낭(16)에 비활성기체를 재충전시켜줄 수 있도록 해주는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 조인드윙형 항공기는 동체(10)가 헬륨과 같은 비활성기체를 충전제로 하는 원통형 기낭(16)을 포함하는 팽창형 동체(17)로 이루어진 것이어서 상기 팽창형 동체(17) 자체가 부양력을 갖게 되는 것이므로 이,착륙 거리를 크게 단축시켜 줄 뿐만 아니라 추진기관(32)이나 조인드윙(12,14) 또는 가동형카나드(20)가 정상적으로 작동하지 못하는 경우에도 항공기를 활공상태로 유지시켜 줄 수 있어 안전성을 향상시켜 준다. 또한, 팽창형 동체(17)를 이루는 원통형기낭(16), 조인드윙(12,14), 가동형 카나드 (20) 및 수직날개(24) 등과 같은 구성요소들이 도 1과 도 2에 예시한 바와 같이 쉽게 분리하거나 조립시켜 줄 수 있도록 된 것이어서 운반과 취급이 손쉬워서 야전이나 함상에서 분해, 조립하여 운용하기가 매우 용이하다. 또한, 팽창형 동체(17)를 이루는 원통형 기낭(16)은 함상에서 운용할 때 착수시 우수한 부력을 제공하는 것이어서 상황에 따라 착수방식으로 회수하면서 운용할 수도 있다. 또한, 상기 팽창형 동체(17)의 기낭(16) 내부 또는 외부에 코일스프링형태의 형상유지부재(42)를 구비하여서 팽창형 동체(17)를 보다 신속하게 접거나 펼치면서 운용할 수도 있다.
10 ------- 동체
12,14 ------- 조인드윙
16 ------- 원통형 기낭
17 ------- 팽창형 동체
18 ------- 노즈콘
20 ------- 가동형카나드
22 ------- 방향타
24 ------- 수직날개
26 ------- 보조랜딩기어
28,30 ------- 주랜딩기어
32 ------- 추진기관
34,36,38,40 ------- 조립안내부재
44 ------- 형상유지부재 |
