College Of Engineering
서울공대 이야기

신개념 비행체 세계최초 개발

2006.07.07 02:32

kim2020 조회 수:2101

 

 서울대의 20대 공학도들이 전혀 새로운 개념의 비행체를 개발해 세계 최초로 시험 비행에 성공했다.


서울대 기계항공공학부 항공우주구조연구실 황인성(28) 박사팀은 5일 “세계에서 처음으로 사이클로이드 블레이드 시스템(Cycloidal Blade System)을 적용한 수직 이착륙 회전 익기(翼機)의 시험비행에 지난 1일 성공했다”고 밝혔다.


사이클로이드 블레이드 시스템은 헬리콥터처럼 비행날개(블레이드)가 회전축에 수직으로 도는 것이 아니고 여러 개의 비행날개를 하나로 묶어 로터(Rotor) 시스템을 구성한 뒤 이를 회전축과 평행한 방향으로 돌려 추력(推力)을 얻는 것을 가리킨다.


1920년대 미국 워싱턴대 등에서 관련 연구를 시작해 비행체 추력발생 장치로 가능성을 타진했지만 2차 세계대전 이후 중단됐다. 이후 1999년 보쉬 항공사가 미 해군의 지원을 받아 6개의 비행날개를 이용한 지상실험을 진행했지만 비행체로 날리는 데는 성공하지 못했다.


서울대 학생들이 만든 일명 사이클로콥터로 불리는 이 비행체는 헬리콥터처럼 비행날개가 도는 회전익기지만 성능면에서 큰 차이를 보인다. 우선 헬리콥터에 비해 소음이 거의 없고 공기역학적인 면에서도 에너지 효율이 뛰어나다. 또 수직으로 뜨고 내리거나 순간적으로 비행체의 방향을 360도 회전하고 추력의 크기도 손쉽게 조절할 수 있다.


사이클로콥터 프로젝트는 2000년 기계항공공학부 학부생이던 황 박사를 포함한 학생 5명이 공동으로 발표한 사이클로이드 프로젝트 졸업논문에서 비롯됐다. 당시 윤철용 박사는 이 기초연구 논문을 토대로 학생들과 함께 사이클로콥터 개발 연구에 착수했다.


윤 박사는 2003년 12월 비행체를 설계한 데 이어 2004년 3월 길이 2.1m,폭 2.85m,무게 50㎏짜리 사이클로콥터 1호를 탄생시켰다. 황 박사는 2004년 1월부터 한국항공우주연구원으로 자리를 옮긴 윤 박사의 뒤를 이어 연구실 팀장을 맡아 올해 7월 시험비행에 성공한 4호기 미니 사이클로콥터까지 3기를 더 만들어 냈다.


사이클로콥터는 5년 내 6조5000억원대로 규모가 커질 무인항공기 시장에 새 모델이 될 수 있고 개인용 풍력발전기 등에 응용할 수 있는 등 그 가능성이 무궁무진하다는 평가를 받고 있다.

 

서울대의 젊은 공학도들이 이론으로만 가능했던 ‘사이클로이드 블레이드시스템’을 비행체로 현실화하고 세계 처음 시험비행까지 성공한 것은 항공우주 연구분야에서 주목받기에 충분하다는 평가를 받고 있다.


황인성(28) 박사를 비롯해 대학원생 민승용(25) 정인오(27) 이충희(27) 이윤한(24)씨와 학부 4년생 허창무(26)씨 등 20대 공학도들은 정부의 지원을 받지 않고 최적화 설계에서부터 제작 및 조립,비행에 이르는 전 과정을 직접 해냈다.


사이클로콥터는 소음없이 수직 이착륙 및 제자리 비행을 할 수 있고 추력(推力)의 크기와 방향을 순간적으로 변화시킬 수 있다. 이 장점을 이용하면 해양·기상 탐사용이나 산불·교통 감시용으로 쓰이거나 재난지역에 구호물자를 운반하고 근거리 정찰 등 군사용으로도 활용가능하다.


2000년 5월부터 시작된 사이클로콥터 프로젝트는 역학적인 변수 계산이나 시뮬레이션을 할 수 없어 기초이론 연구 수준에 머물러 있었다. 이 문제는 2002년 8월 연구실에 슈퍼컴퓨터 ‘페가수스’가 도입되면서 해결됐다. 페가수스는 미국 MS와 인텔코리아,삼성전자가 지원한 슈퍼컴퓨터로 현재 520개의 중앙처리장치(CPU)로 구성돼 있다. 페가수스는 1.3 테라플롭스(Tflops·초당 부동 소수점 연산을 1조3000억회 수행)의 성능을 자랑한다.


페가수스가 설치되면서 비행체 설계는 쉬워졌지만 실제 비행체를 제작하는 문제가 남아 있었다. 황 박사팀은 탄소복합재료와 유리섬유복합재료를 구해 비행날개를 직접 다듬었고 연구실에서 제작하기 힘든 부품은 서울 구로동과 문래동의 공업사를 찾아가 설계도면을 보여주고 제작을 의뢰했다.


그러나 공업사에서 만든 부품이 기대에 미치지 못했고 황 박사팀은 보다 정밀하고 가벼운 부품을 만들기 위해 아예 지난 4월부터 두 달간 CNC(Computer Numerical Control·컴퓨터 제어) 밀링머신을 제작했다. 지난 1일 4호기의 시험비행 성공은 CNC 밀링머신을 이용해 만든 부품으로 성능을 높였기 때문에 가능했다.


비행체특화연구센터 김승조(56) 교수(기계항공공학부)는 “학생들이 자신들의 손으로 기존 비행체의 단점을 보완하는 사이클로콥터를 세계 최초로 성공한 것은 매우 고무적인 일”이라고 평가했다. 김 교수는 “무인항공기의 경우 비교적 짧은 시간에 집중투자로 개발이 가능하므로 정부가 조금만 신경쓰면 국방기술 자립화는 물론 선진국과의 기술격차를 줄이기가 쉽다”며 “사이클로콥터의 개발은 신개념의 회전익 수직이착륙기에 대한 수요를 충족시켜 새 시장을 창출할 것으로 기대된다”고 말했다.


사이클로콥터는 6일부터 이틀간 서울 삼성동 코엑스에서 열리는 ‘국가지정연구실사업(NRL)’ 연구성과 전시회에서 일반인에게 공개된다.


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