“왜 헬리콥터는 머리 위에 거대한 날개가 하나뿐인데, 드론은 작은 날개가 4개, 8개씩 달려있을까?”
우리가 흔히 아는 헬리콥터는 동체만 한 거대한 메인 로터(회전날개) 하나를 웅장하게 돌리며 하늘로 솟아오릅니다.
하지만 최근 배달을 하거나 사람을 태우는 드론 택시, 이른바 도심항공교통(UAM) 기체들을 보면 헬기와는 완전히 다르게 생겼습니다.
거대한 날개 하나 대신, 조그마한 프로펠러 수십 개가 기체 주변에 다닥다닥 붙어있는 ‘멀티로터(Multi-rotor)’ 형태를 띠고 있습니다.
날개를 하나만 크게 만들면 부품도 적게 들 텐데, 항공우주공학자들은 왜 굳이 날개를 여러 개로 잘게 쪼개놓았을까요?
거대한 칼날인가, 부드러운 선풍기인가
가장 큰 이유는 도심 한복판에서 발생하는 ‘소음’과 ‘바람(후류)’ 때문입니다. 헬리콥터의 거대한 로터가 공기를 가를 때 날개 끝의 속도는 무려 음속(마하)에 가깝게 빨라집니다.
이때 엄청난 소음이 발생하고, 땅으로 내리꽂히는 하강 기류(바람)는 근처에 있는 사람이나 자동차를 날려버릴 만큼 강력합니다.
산속이나 군대라면 몰라도, 빌딩 숲과 아파트 사이를 날아다녀야 하는 UAM(드론 택시)이 헬기 같은 거대한 날개를 단다면 도심은 매일 폭풍우가 치는 아수라장이 될 것입니다.
반면, 날개를 4~8개로 작게 쪼갠 멀티로터 드론은 공기를 훨씬 잘게 부수어 밀어냅니다.
거대한 칼날로 공기를 한 번에 찢는 대신, 여러 대의 부드러운 선풍기를 틀어놓은 것처럼 소음과 강풍을 획기적으로 분산(공기역학적 최적화)시킬 수 있습니다.
덕분에 도심 속 건물 옥상(버티포트)에서도 조용하고 안전하게 이착륙이 가능해집니다.
꼬리날개가 필요 없는 마법의 비행
헬리콥터의 또 다른 약점은 뒤로 길게 뻗은 ‘꼬리날개’입니다. 메인 로터가 오른쪽으로 세게 돌면, 작용-반작용의 법칙 때문에 헬기 몸통은 반대쪽인 왼쪽으로 미친 듯이 팽이처럼 돌게 됩니다.
이를 막기 위해 헬기는 항상 꼬리날개를 옆으로 세게 돌려서 억지로 중심을 잡아야 합니다.
하지만 4개의 프로펠러를 가진 쿼드콥터 드론은 2개는 오른쪽으로, 2개는 왼쪽으로 회전시킵니다. 공기역학적인 회전력이 완벽하게 상쇄되기 때문에 무겁고 거추장스러운 꼬리날개가 아예 필요 없습니다.
드론과 UAM은 그저 장난감이 커진 것이 아닙니다.
거대한 헬기의 치명적인 약점을 공기역학적 재설계와 다중 분산 제어 기술로 완벽하게 극복해 낸 차세대 항공우주공학의 결정체입니다.
더 깊이 알아보기: 공식 기술 리포트
거대한 헬기 로터 대신 멀티로터를 선택한 UAM(도심항공교통)의 공기역학적 특성과, 복잡한 난류 환경에서의 비행 최적화 기술 동향은 아래 국가 공식 기관의 학술 자료를 통해 확인할 수 있습니다.
- [전산유체역학(CFD)을 활용한 틸트로터 드론의 공기역학 해석 연구] 👉 한국항공우주학회지 KCI 등재 논문
- [도심항공교통 운항을 위한 공역(CNS) 및 수직 분리 고도 연구] 👉 한국항공우주연구원(KARI) 학술대회 논문집
- [한국형 도심항공교통(K-UAM) 기술 로드맵 요약 보고서] 👉 국토교통과학기술진흥원 국가 R&D 연구보고서
