1. 들어가며

안녕하세요. 특허법인 영비의 유용혁 변리사입니다. 어린 시절, 학교에서 공상과학 그리기 대회를 하면 많은 친구들이 “하늘을 나는 자동차”를 상상하며 도화지에 그림을 그렸던 시절이 있습니다. 근데, 최근 미국의 스타트업 알레프 에어로노틱스에서 플라잉카 “모델 A”를 개발 완료했다며, 수직 이륙 장면을 공개하여 화제가 되었습니다. 특허 문서로 살펴보는 하늘을 나는 자동차의 주요 기술을 무엇일까요?

<그림> US 11,485,490 특허의 도 3

2. 알레프 에어로노틱스의 VTOL 특허 기술 – US 11,485,490 B2

비행기가 이륙하기 위해서는 충분한 양력을 발생시키기 위해 활주로에서 일정 속도를 끌어올려야 합니다.  그러나. 개인용 비행기(예. 플라잉카)가 시장성을 가지기 위해서는 수직 이착륙을 지원하는 VTOL(Vertical take-off and landing) 기술이 필요할 것입니다.  개인용 비행기는 주행 과정에서 현재 비행기와 같은 충분한 활주로를 이용하기 어려움이 존재하기 때문입니다.

[1] X자형 프레임과 8 개의 날개 구조

첨부 사진에서 보여지는 외관은 일반 자동차와 큰 차이는 없지만, 내부에는 비행을 지원하는 8 개의 프로펠러가 X자형 구조 프레임을 따라 대칭적인 구조로 형성되어 있습니다.  이는 충분한 양력을 발생하도록 개인용 자동차의 비행을 지원합니다.

<그림> US 11,485,490 특허의 도 3

[2] 엘레븐과 러더 구조

추가로, 대상 특허의 도 6에 따르면 상, 하부 날개 부분에 러더(226, 228)가 좌, 우측 날개 부분에 엘레본(220, 224)이 포함되어 있으며, 이 구조들은 본 특허에서 매우 중요한 역할을 합니다.  항공기는 비행 도중에 바람 등의 외부 요인으로 인해 피칭각(pitch angle, 기수에서 꼬리 방향 축을 중심으로 상하 회전) 운동 또는 롤링각(rolling angle, 기수에서 꼬리 방향으로 좌우 회전) 운동을 하게 됩니다.

<그림> 항공기의 롤링각 회전 평면 예시

 

각각의 방향으로의 양력 제어를 하지 못하면 비행기가 심하게 기울어지거나 뒤집어질 수 있겠습니다. 이때, 엘레본은 항공기의 롤링각을 제어하여 좌우 기울기를 조정하고, 러더는 요(yaw) 운동을 제어하여 항공기의 수평 안정성을 유지하는 중요한 역할을 합니다. 이 두 장치는 비행의 안정성을 보장하고, 항공기가 바람이나 다른 외부 요인에 의해 영향을 받지 않도록 도와줍니다.  위 특허에서는 엘레본, 러더 각각이 대칭 구조이며 짝꿍 형태를 이루고 있습니다. 예를 들어, 개인 비행기가 좌, 우로 흔들거리는 경우에 좌측 러더를 상승시키고 우측 러더는 하강시키는 형태로 중심을 맞추고 원래의 자세로 돌아오도록 하는 구조입니다.

<그림> US 11,485,490 특허의 도 6

 

그러나 실제로 하늘을 나는 자동차의 크기와 사양이 정해지면, 날개의 피칭 및 롤링 모멘트를 정확하게 제어하기 위한 기술적 도전들이 존재할 것입니다. 차체 크기에 맞는 엘레본과 러더의 길이와 최적의 배치 조합을 결정하는 것과, 위치 안정성을 높이기 위한 제어 기법을 개발하는 것이 중요한 과제입니다.

이러한 도전 과제들을 해결하기 위해서는 자이로스코프와 센서 기반 제어 시스템을 활용한 실시간 비행 안정성 제어 기술 개발이 필요하며, 이를 통해 항공기의 비행과 안정성을 높일 수 있을 것입니다. 또한, 시험 비행과 기술 연구를 통해 최적의 설계를 도출하고, 비행 성능을 극대화하는 방안을 찾아야 할 것입니다.

3. 마치며

미래를 꿈꾸며 생각하던 “하늘을 나는 자동차”가 우리 생활에 다가오는 것도 멀지 않았다고 생각됩니다. 이러한 혁신적인 기술에 대한 위치 안정성을 높이기 위한 창의적인 아이디어를 가지고 계신가요? 이런 아이디어들은 미리 지식재산권으로 꼭 보호해 두어야 할 가치가 있겠습니다. VTOL 기술에 대해 추가 분석이나 질의가 필요하면 특허법인 영비 유용혁 변리사(02-3454-0971, yhyoo@youngbeeip.com)에게 언제든지 편하게 연락 바랍니다.