드론의 날개 : 프로펠러
STUDY
프로펠러는 회전하는 날개를 의미합니다. 날개는 날개의 위와 아래의 공기 속도를 다르게 만들어 양력을 만들어 줄 수 있기 때문에 그 날개를 모터의 힘으로 회전시키면 제자리에서 양력을 발생시킬 수 있습니다. 멀티 콥터는 두 개 이상의 프로펠러의 양력을 조종하여 비행한다고 설명할 수 있습니다.
규격
멀티콥터의 프로펠러는 제조사마다 조금씩 다르게 표시하지만 크게 다음의 규격으로 특성을 구별할 수 있습니다.
- XXYY
XX : 프로펠러 전체 길이 [단위 : 인치]
YY : 프로펠러의 피치 즉 프로펠러가 한 바퀴를 돌았을 때 전진하는 길이 [단위 : 인치]
XX의 숫자가 클수록 크기가 더 커지기 때문에 더 큰 양력을 얻을 수 있고 YY의 숫자가 크면 작은 회전수에도 전진 거리가 크기 때문에 빠르게 양력을 얻을 수 있습니다. 성능으로 판단하면 크고 높은 피치의 프로펠러가 이상적으로 판단되지만 커질수록 무게도 프로펠러의 무게도 같이 증가하기 때문에 멀티콥터의 크기와 모터의 사양에 따라 적당한 프로펠러를 선택해야 합니다. 프로펠러의 무게가 증가하면 모터 부하가 증가하여 빠른 회전 속도에 불리하고 비행시간이 단축되는 단점이 있습니다.
모터가 4개인 쿼드콥터의 경우 기체의 크기에 따른 프로펠러 길이는 보통 다음과 같습니다.
- 250급 : 5 인치
- 350급 : 8 인치
- 580급 : 12 인치
- 800급 : 15 인치
모터가 6개인 헥사 콥터나 8개인 옥토 콥터 등 모터가 많으면 그만큼의 더 많은 양력이 발생하므로 좀 더 작은 프로펠러를 사용할 수 있습니다. 피치가 높은 프로펠러는 낮은 프로펠러에 비해 회전할 때 더 큰 공기저항이 발생합니다. 토크가 크지 않은 모터에 높은 피치의 프로펠러를 적용하면 모터 온도가 비정상적으로 오르거나 제어가 잘 되지 않고 진동이 발생할 수 있습니다.
XXYY 이후에 프로펠러의 추가 정보를 기입하는 경우도 있습니다.
- R : CW (시계 방향) 방향으로 돌아가는 프로펠러에 표기됩니다. 없으면 CCW (반시계 방향)으로 회전하는 프로펠러입니다.
- BN : 블노우즈 (Bullnose) 프로펠러입니다. 블로우즈는 양력이 가장 많이 발생하는 부분이 날개의 넓은 면이라는 것을 착안하여 날개가 좁아지는 부분을 잘라서 작은 멀티콥터에 적용하기 시작하면서 널리 퍼지게 되었습니다. 지금은 프로펠러 메이커에서 직접 만들어 출시하게 되었습니다. 블노우즈 프로펠러는 같은 길이의 프로펠러보다 더 높은 양력을 가지고 있지만 무게가 더 무거워지는 단점이 있습니다.
6인치 3 피치와 4.5 피치 시계방향 프로펠러
5인치 4.5 피치 시계방향과 블노우즈 프로펠러
5인치 블노우즈 프로펠러는 끝이 깎인 6인치 프로펠러와 비슷한 형상입니다.
날개의 수
일반적으로 프로펠러는 한 쌍의 날개로 이루어져 있지만 더 높은 양력을 얻을 목적으로 더 많은 날개의 프로펠러들이 개발되고 있습니다. 같은 회전 속도에서 날개가 2개인 2 엽 프로펠러보다 3 엽 프로펠러가 이론적으로 33%의 양력을 추가로 얻을 수 있습니다. 날개가 많을수록 낙하 속도가 줄어들어 아크로바틱 비행에 유리하다고 알려져 있지만 실제로 자유 낙하할 때 다소 증가한 공기 저항의 영향이 있을 수 있지만 그렇게 큰 차이는 없습니다. 3개 이상의 날개를 가진 프로펠러는 높은 양력을 가지고 있기 때문에 급상승에 유리하고 특히 비행 관성과 양력의 균형이 중요한 뱅크 턴 (Banked Turn)에서 작은 스로틀 조작으로도 많은 양력을 얻을 수 있어 유리합니다.
3 엽과 4 엽 프로펠러
2 엽과 4 엽 프로펠러의 특징을 모두 가지고 있다는 드래곤플라이 프로펠러
재질
프로펠러에 쓰이는 재질은 가볍고 튼튼한 나무에서 최근 플라스틱이 가장 많이 사용됩니다. 프로펠러는 회전 시 형상 변화가 적은 단단한 재질일수록 양력을 얻는데 유리합니다. 갑자기 회전 속도를 높여도 그에 비례하여 양력을 발생시킬 수 있기 때문에 빠른 반응 속도를 가집니다. 무른 재질의 프로펠러는 갑작스러운 회전 속도 변화에 프로펠러가 변형이 발생할 수 있기 때문에 원하는 양력이 발생하는데 다소 느린 반응을 보일 수 있습니다. 하지만 단단할수록 작은 충격에도 쉽게 파손되고 쉽게 구부러지지 않기 때문에 무른 재질과 비교하여 위험할 수 있습니다. 단단한 재질로는 카본, GF 플라스틱 (Glass Fiber : 플라스틱에 유리 섬유를 첨가하여 단단하게 만든 플라스틱), 플라스틱 순입니다. GF 플라스틱은 일반 플라스틱보다 무겁기 때문에 GF 대신에 CF (Cabon Fiber)로 강화한 플라스틱이 사용되기도 합니다. 최근에는 프로펠러 파손이 잦은 레이싱 드론용 프로펠러에 쉽게 깨지지 않는 질긴 재질이 사용되기도 하지만 강한 충격에도 프로펠러가 파손되지 않으면 충격이 모터로 전달되어 모터가 파손될 수도 있기 때문에 적당한 강도의 프로펠러를 사용하는 것이 좋습니다.
Quanum Carbon Fiber Propeller 10x4.7 from hobbyking.com고정 방법
프로펠러와 모터의 연결 구조도 프로펠러 선택에 고려해야 하는 사항입니다. 프로펠러를 고정하는 방법은 다음과 같습니다.
- 셀프 락킹 타입 (Self Tightening Type) : 프로펠러에 너트가 같이 고정되어 있는 형태의 프로펠러입니다. 모터 샤프트의 나사에 프로펠러를 돌려 고정하고 모터가 돌면 회전 방향이 프로펠러의 너트가 고정되는 방향으로 되어 있어 프로펠러가 단단히 고정됩니다. 모터가 갑작스럽게 정지하면 (Damped Light 기능) 프로펠러에 관성에 의해서 풀릴 수 있기 때문에 레이싱 드론에는 사용되지 않고 촬영용 멀티콥터에 주로 적용됩니다.
Gemfan Multi-rotor 5x3 Propeller self tightening from hobbyking.com- 너트 고정 타입 : 모터 샤프트에 프로펠러를 끼우고 너트로 눌러 고정하는 형태입니다. 너트가 풀리면 프로펠러가 고정되지 않기 때문에 풀림 방지를 위한 나일론 링이 들어 있는 너트가 사용됩니다. 모터가 회전하는 방향이 너트를 고정할 수 있도록 모터가 CW (시계방향)과 CCW (반시계 방향)으로 구별된 경우 그에 맞는 너트를 사용해야 합니다. 너트로 고정하는 프로펠러는 모터 샤프트의 직경에 따라 프로펠러 고정 구멍을 바꿀 수 있는 추가 부품이 들어 있는 경우가 대부분이지만 프로펠러 두께가 모터 샤프트 길이보다 큰 경우도 있기 때문에 확인이 필요합니다.
나일론 너트 / 너트 고정 타입 / 모터 캡 고정 타입
모터 샤프트 직경에 따라 커넥터가 필요한 경우도 있습니다. GemFan Bull Nose 3030 ABS Propellers from hobbyking.com
- 스크류 고정 타입 : 프로펠러를 모터에 2개 이상의 스크류로 고정하는 형태입니다. 스크류를 풀지 않으면 프로펠러가 빠지지 않기 때문에 비행 중에 프로펠러가 이탈되는 것을 방지할 수 있습니다.
inductrix200 prop mount from dronereview.com- 폴딩 타입 : 모터와 프로펠러의 날개에 경첩 구조가 적용되어 비행하지 않을 때는 접을 수 있는 구조의 프로펠러입니다. 모터가 회전하면 원심력에 의해 프로펠러가 펴집니다. 접을 수 있기 때문에 휴대가 간편하지만 구조가 복잡해지는 단점이 있습니다.
Folding Propeller W Hub 35mm 3mm Shaft from hobbyking.com더 많은 드론 이야기를 만나보세요 : FPV미니드론
