한국항공우주연구원

항공 운송 시스템의 "Greening"은 유럽연합 위원회의 7th Framework Programme의 주요 목표 중 하나이다. 이와 관련하여 2008년 EU는 민관 합동의 친환경 항공기 개발을 위한 "Clean Sky" 프로그램을 본격적으로 시작하였다. 항공기에서 배출되는 CO2, NOx와 소음의 저감을 통해 친환경적인 항공기술을 제고하고 친환경 기술의 세계적인 확산을 위해 다양한 분야의 기술 연구에 막대한 예산을 투자하고 있다. (5년간 약 16억 유로)

Clean Sky는 ACARE (Advisory Council for Aeronautical Research in Europe)에서 설정한 환경목표를 달성하기 위한 기술진보에 중점을 두고 있다. 2000년을 기준으로 2020년 이내에 달성하고자 하는 목표는 CO2 50% 감소, NOx 80% 감소와 50%의 외부소음 감소이다. Clean Sky는 여섯 개의 Integrated Technology Demonstrators에서 연구가 수행되며, 그 중에서 회전익기 분야에 해당하는 것이 Green RotorCraft (GRC)이다. GRC는 혁신적인 로터블레이드 장착을 통해 소음을 저감하고, 동체 항력을 줄이고, 디젤엔진 기술의 적용, 혁신적인 전기시스템의 적용을 통한 오염 및 연료 소비 감소 기술을 시현하고자 연구를 진행하고 있다.

Green RotorCraft는 전체 기술개발 및 기술시현을 위한 관리(GRC0) 업무 아래 6개의 개별적인 연구 수행업무로 구성된 Work Breakdown Structure를 가지고 있다.
각각의 연구 분야별로 수행하는 연구를 살펴보면 다음과 같다.
GRC1 - "혁신 로터블레이드 (Innovative rotor blades)" 분야에서는 active twist, active gourney flap, passive rotor optimization을 연구하고 있다. 현재의 목표는 제자리 비행에서 8%의 동력 절감, 순항비행에서 3%의 동력절감 및 착륙접근비행에서 6dB의 소음저감이다.
GRC2 - "동체 및 비양력 발생 회전부의 항력 저감 (Reduced drag of airframe & non lifting rotating parts)" 분야에서는 rotor hub cap optimization, passive and active flow control devices, active empennage, optimized helicopter geometry, optimized engine inlet 등을 연구하고 있다. 기대효과는 10~15% 항력 감소를 통한 4~5% 연료소비량 감소이다.
GRC3 - "혁신적인 전기시스템 적용 (Integration of innovative electrical systems)" 분야에서는, 전기시스템의 architecture, network, power management에 대한 연구뿐만 아니라, brushless starter/generator for turboshaft engine, energy recovery, conersion and storage systems, electro mechanical actuation system, power supply, electric tail rotor 등을 연구하고 있다. 이러한 기술의 적용을 통해 얻을 수 있는 효과는 현재의 연구단계에서는 가능하기 어렵고, 항공기에 적용되어 임무 수행 단계에서 평가가 가능할 것으로 보인다.
GRC4 - "소형 헬리콥터에 디젤엔진 적용 (Installation of a diesel engine on a light helicopter)" 분야에서는 최적의 디젤엔진 장착 헬리콥터, 디젤엔진을 장착한헬리콥터 시현기를 연구하고 있다. 이를 통해서 연료 소모량 30% 절감, CO2 40% 절감, NOx 50% 절감을 달성할 수 있을 것으로 예상하고 있다.
GRC5 - "환경 친화적인 비행경로 (Environment friendly flight path)" 분야에서는 가스 배출 및 소음 footprint를 연구하여 연료소모량을 6% 감소하고 소음을 5 EPN dB 감소를 달성하고자 한다.
GRC6 - "회전익기 환경설계 시현기 (Eco-design demonstrators for rotorcraft)" 분야는 복합재 열가소성 구조물, 기계 및 동력전달 부품에 대한 연구를 수행하고, 2014년까지 TRL(technology readiness level) 5 단계 달성을 목표로 추진 중이다.

우리나라에서의 회전익기 분야의 신기술은 아직도 기초적인 수준에서 수행되고 있다. 연구하는 기관이나 참여 연구원 또한 규모가 크지 않다. 우리나라의 자동차 산업이 유럽의 환경규제를 충족시키기 위해서 배기가스를 줄이고 엔진의 효율을 높이는 등의 기술 개발을 해온지는 벌써 오래 되었다. 우리의 회전익기는 수리온이라는 국가연구개발 사업을 통해 곧 본격적인 산업화 단계에 들어서게 된다. 유럽연합이 2020년까지 달성하고자하는 친환경 기술의 목표를 우리도 지금부터 준비해 나가지 않으면, 향후 유럽 시장으로의 진입은 어려울 것이다. 회전익기의 산업화 진입 단계에 들어선 지금부터 체계적으로 우리가 연구개발해야 할 기술분야를 분류하고 집중적으로 추진해 나아가야 친환경 헬기의 개발 또는 개조 능력을 확보할 수 있을 것이다.

참고문헌 : Antonio Antifora and Francois Toulmay, "CLEAN SKY - The GREEN ROTORCRAFT Integrated Technology Demonstrator - STATE OF PLAY THREE YEARS AFTER KICK-OFF" 37th European Rotorcraft Forum.