한국항공우주연구원

2016년 2월, 미국의 NASA(National Aeronautics and Space Administration)는 미래의 항공기 기술을 비약적으로 향상시키기 위해 기술 입증용 시제기인 X-planes를 개발하는, 10년 기간의 “New Aviation Horizons” 계획을 발표한 바 있다. 이 때 제시된 X-planes로는 전기분산추진항공기, 조용한 극초음속기, 그리고 하이브리드 날개항공기가 있는데 반해 수직이착륙기는 누락되어 있다. 그렇다고 해서 NASA가 수직이착륙 이착륙 기술 개발을 포기한 것은 아니다. NASA AMRD(Aeronautics Mission Research Directorate)는 다양한 회전익기의 속도, 비행거리, 유상하중, 안전성 그리고 소음을 개선하기 위한 혁신적인 수직이착륙 기술(RVLT: Revolutionary Vertical Lift Technology) 프로젝트에 2015년부터 매년 2천만 미국달러의 예산을 투입하고 있다. 하지만 예산이 한정되어 가변 속도 파워 터빈 기술(VSPT: Variable Speed Power Turbine), 두 단계 속도 드라이브 시스템(Two-Speed Drive System) 기술, 설계 최적화 도구 그리고 회전익기의 소음에 대한 인간 반응의 이해 및 완화 기술과 같은 네 가지 기술을 집중적으로 개발하고 있다. NASA의 연구소들인 Langley, Glenn, Ames 연구 센터가 기술 개발을 주도하되 많은 산업체들과 함께 일을 한다.​

VSPT 기술은 NASA Glenn 연구소가 중심이 되고 세계적인 엔진 업체인 Pratt&Whitney사와 GE사가 참여하여 개발 중에 있다. 2019년 9월까지는 초기 성과가 도출될 예정이다. 두 단계 속도 드라이브 시스템 기술 역시 NASA Glenn 연구소가 중심이 되어 개발 중이다. 2% 미만의 동력 손실 상태에서 50%의 분당회전속도 감소를 목표로 한다. 과도한 회전속도의 감속이 트랜스미션에 충격을 주기 때문에 이를 견딜 수 있는 트랜스미션 개발이 핵심이다. 2017년 9월까지 트랜스미션 시연이 종료될 예정이다. 다분야 해석 및 최적화(MDAO: Multi-Disciplinary Analysis and Optimization) 프로세스는 수직이착륙기 설계를 위한 통합 도구 개발을 목표로 한다. 항공기의 오염물질 방출과 소음 요구사항을 만족하는 개념 설계를 가능하게 하는, 여러 분야가 통합된 모듈을 제공하는 것이다. MDAO 프로세스에는 항공기와 부품의 설계 검증 및 비행 시험의 가능성을 평가하는 최선의 방법을 검증하기 위한 높은 정확도의 해석과 시험이 포함되어 있다. NASA Ames 연구 센터는 수퍼컴퓨터를 이용해 서 로터 시험에 대한 높은 정확도의 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션을 수행한다. 개념설계와 사이징 도구를 개발하고 검증하는데 사용되는 CFD 코드는 미래의 회전익기개념을 탐색하고 최적화하는 MDAO 프레임워크에 통합될 것이다. NASA Langley 연구소는 회전익기 소음을 모델링하고 감소시키는 도구를 개발 중에 있다. 장기적으로 주로터 블레이드를 더 조용하게 설계하는 방법과 공기력, 구조 그리고 음향을 통합하는 수학적인 기법을 통해 블레이드의 형상을 최적화하는 방법을 개발하고자 한다.

이와 같이 NASA는 수직이착륙기의 핵심 기술 개발에 정진하고 있다. 2015년부터 2025년까지는 기존 형태의 헬리콥터와 같이 익숙한 비행체를 대상으로 기술을 개발한다면 2025년부터 2035년까지는 이동성과 접근성 그리고 환경 요인을 고려한 새로운 형상의 비행체와 기술을 개발할 계획이다.

※ 이 글은 아래 출처의 기사를 참조하여 작성하였습니다.
     vertiflite, November/December 2016, pp. 32-35​