< 항공기 (비행기,헬기,드론) 구동 원리>

< 항공기 (비행기,헬기,드론)　구동 원리>

일본 컨텐츠 회사 ‘코로비토’ 대표 ‘오시마 나츠오’ 인터뷰

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<1> 항공기의 종류와 정의

대기중을 비행하는 기계를 총칭하여 「항공기」 라고 부릅니다. 풍선, 비행선, 글라이더 등도 모두 항공기에 포함되지만, 대표적인 것은 뭐니뭐니해도 비행기 군요.

 

비행기 중 주로 여객의 운송을 위해 제작된 민간기를 여객기 라고 합니다.

여객기의 기체로는 보잉이나 에어버스제가 유명합니다. 이 비행기는 큰 기체이면 500명 이상의 승객을 태울 수 있습니다. 몇몇 항공기는 350명 이상 승객을 태우고, 300t 이상의 중량을 가집니다.

 

300t 이상의 인공물이 15,000km 이상 비행할 수 있는 것입니다.

확실히 300t의 기계가 날아다니 대단한 일이라고 생각합니다.

덧붙여 일반 여객기 기체의 중량의 50% 이상은 탄소 소재, 20%가 알루미늄 합금으로 되어 있습니다. 철은 10% 정도로 의외로 적습니다.

 

그런데, 비행 구조를 해설하기 전에, 「비행기」 「헬리콥터」 「드론」의 정의를 각각 간단하게 소개해 보겠습니다.

 

「비행기」：날개가 고정되어 있어 추진력을 낳는 동력을 가지는 것

「헬리콥터」：날개가 회전해 양력과 추진력을 낳는 것

「드론」：사람이 타고 조종하지 않는 무인 항공기

 

 

 

<2> 비행기가 날아가는 방식

지금부터 115년 전인 1903년 12월 17일, 인류는 처음 12초 동안 36.5미터의 비행에 성공했습니다! 비행 거리는 짧지만 대단한 흥분이었다고 생각합니다. 이 기념해야 할 유인 동력 비행에 성공한 것이 유명한 라이트 형제입니다. 어떻게 타는 순서를 결정했는지 모르겠지만, 이때 비행기를 타고 있던 것은 동생의 오빌 라이트입니다.

 

그렇다면 비행기는 어떤 방식으로 하늘을 날 수 있습니까?

비행기는 앞으로 나아가는 '추력' 과 상승하는 '양력' 의 균형으로 공중을 비행하는 것입니다.

 

 

추진력은 엔진의 출력으로 발생합니다만,

또 하나의 「양력」이 어떻게 발생하는가 하면 이것이 상당히 어렵습니다.

 

 

대부분 초등학생의 무렵 학교에서 가르친 것은, 「날개의 선단에 부딪힌 공기가 위와 아래로 나뉘어, 날개의 뒤에서 동시에 합류한다. 날개의 상면은 만곡하고 있기 때문에 이동 거리가 길어져 그만큼 위쪽 공기의 밀도가 줄어들고 날개는 위로 솟아오른다. 라고 배우게 됩니다.

 

하지만, 이것은 올바르지 않습니다.

실제로 동시에 도달하는게 아니라, 날개 위쪽에 흐르는 공기가 더 빨리 뒤에 도달합니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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앞으로 진행하는 비행기의 날개 주위에는 시계 방향의 소용돌이가 발생합니다. 그러면 날개의 상면에서는 기류가 빨라지고, 밑면에서는 느려집니다. 상면의 기압이 내려 양력이 태어나 날개는 위로 끌어올려진다는 것입니다.

 

 

 

 

 

그러면, 양력을 크게 하고 싶을 때는, 어떻게 하면 좋을까요?

 

 

 

첫 번째 방법은 비행기를 가속시키는 것입니다.

 

두번째는 「마중각을 크게 한다」 라고 하는 방법이 있습니다.

이것은 꼬리 날개의 승강타를 조작하여 기수를 올리고 날개를 비스듬하게하는 것입니다.

이 각도를 「마중각」 이라고 합니다. 이 각도가 커지면 양력도 커집니다.

다만, 한계가 있어 너무 기수를 너무 올리면 실속해 버립니다.

 

세 번째는 플랩과 슬랫을 조정하여 날개 자체를 보다 양력을 낳는 형상으로 변형시켜 버리는 방법입니다. 이 세 가지 방법을 결합하여 비행기는 상승하거나 하강합니다.

 

 

 

 

 

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<3> 헬리콥터가 날아가는 방식

헬리콥터는 날개가 회전하여 양력이나 추진력을 낳는 타기로, 비행기의 날개에 해당하는 부분을 「메인 로터」 라고 부릅니다. 메인 로터 블레이드의 날개 단면은 비행기의 날개 단면과 비슷한 모양을 하고 있습니다.

 

비행기는 앞으로 나아가서 양력을 발생시켜 떠오르는 반면, 헬리콥터는 자신의 엔진으로 날개를 빙글 회전시킴으로써 양력을 발생시킵니다. 그 때문에 헬리콥터는 그 자리에서 떠오르거나 공중에서 정지하거나 할 수 있다는 것입니다.

 

메인이 있다는 것은 서브도 있는 것일까요?

이름은 서브 로터가 아니지만, 헬리콥터의 대부분에는 "꼬리 로터" 라는 작은 로터가 뒤에 있습니다.

 

이 꼬리 로터가 없으면 메인 로터를 회전시킬 때 기체가 메인 로터의 회전과 반대로 돌려 버립니다. 이것을 「반토크」 라고 합니다만, 그것을 상쇄하기 위해서 꼬리 로터가 붙어 있습니다. 많은 헬리콥터는 꼬리 로터를 사용하여 반 토크를 무시하고 있지만,

 

일부는이 꼬리 로터가없는 기체도 있습니다.

그런 경우 기체가 빙빙 돌지 않도록 다른 수단으로 반토크를 막고 있습니다.

 

 

● 탠덤 로터

전후에 2개 로터를 설치하고 있고, 블레이드는 각각 반대로 회전하고 있습니다.

 

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●이중 반전식 로터

세로로 로터를 2개 동축상에 배치하고, 그들을 역회전시킴으로써 반토크를 상쇄합니다.

 

 

 

 

 

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그러면 헬리콥터는 어떻게 앞으로 나아갈 수 있을까라고 하면, 비행기에서 설명한 「픽업 각도」를 바꾸는 것으로 앞으로 진행되고 있는 것입니다. 무슨 일이냐고 하면, 블레이드가 전반에 왔을 때보다, 뒤 절반에 왔을 때의 「마중각」을 크게 하면 뒤가 뭉쳐 올라 앞으로 진행된다고 하는 것입니다.

 

헬리콥터는 각 블레이드의 각도를 변경할 수 있습니다.

 바꿀 수 없으면 바로 위에 떠 있어 또 같은 장소에 내려 오는 것만의 타는 것이 되어 버립니다.

블레이드에 붙어있는 막대기는 필요합니까? 그리고. 실은, 이 막대가 블레이드의 각도를 바꾸기 위한 것이었습니다!

 

오리지날의 헬리콥터를 모델링할 때는 어떤 방식으로 반토크를 무시하고 있는지, 블레이드의 맞이각을 바꿀 수 있는 기구가 있을지 어떨지를 생각해 모델링하면 만들기 쉽고, 좋은 모델이 생긴다고 생각합니다 !

 

 

 

 

 

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<4> 드론이 날아가는 방식

드론에는 여러가지 형상이 있습니다만, 이번은 4장의 프로펠러를 가지는 「멀티콥터」 의 구조를 해설합니다. 비행기와 헬리콥터의 구조를 대략 이해할 수 있으면 드론도 쉽게 이해할 수 있을까 생각합니다. 우선, 프로펠러는 헬리콥터의 블레이드와 같이, 단면이 날개의 단면과 같은 형상으로 회전시킴으로써 양력을 얻고 있습니다.

 

4장의 프로펠러는 대각선상의 2장이 각각 시계방향으로, 반시계방향으로 교대로 회전하고 있습니다. 이것은 헬리콥터 때 해설한 '반토크'를 상쇄하기 때문입니다.

 

 

그렇다면 이동할 때 어떻게 할까요?

헬리콥터의 경우는 각 블레이드의 「픽업 각도」를 바꾸는 것으로 이동을 하고 있었습니다만, 이 드론의 경우는 4장의 프로펠러의 회전 속도를 바꾸는 것에 의해 전후 좌우로 진행하는 것이 가능합니다.

 

 

전 2장의 회전 속도를 늦게, 뒤 2장의 회전 속도를 빨리 하면 드론은 앞으로 진행된다는 것입니다!

 

그럼 선회하고 싶을 때는 어떻게 하는 것일까요?

오른쪽으로 선회하고 싶을 때는 오른쪽 회전의 프로펠러를 빠르고,

왼쪽 회전의 프로펠러를 늦추면 OK입니다. 의외로 간단합니다.