헬기가 나는 방법
STUDY
날개만 계속해서 움직인다면 그래서 양력을 얻을 수 있다면 활주로 없이도 날수 있지 않을까요? 헬기는 돌아가는 날개로 양력을 얻어 하늘을 날 수 있습니다. 기체에 별다른 움직임 없이 날 수 있으니 제자리에 가만히 떠 있을 수 있는 방법이 생긴 것입니다.
레오나르도 다빈치의 헬리콥터 from Wikimedia최초의 헬기는 레오나르도 다빈치의 설계도에서 시작되었다고는 하지만 프로펠러가 양력을 얻을 수 있도록 설계되어 보이지는 않습니다. 그런 의미에서는 지금의 헬기와는 다르지 않나 생각됩니다.
실제로 헬기가 사용하는 프로펠러는 고정 피치와 가변 피치 2가지가 있습니다. 고정 피치 프로펠러는 각도가 변하지 않는 프로펠러 입니다. 프로펠러가 만들어 내는 양력은 프로펠러가 돌아가는 속도에 따라 증가 합니다. 4채널 헬기 등의 저가 헬기가 이런 방식의 프로펠러를 사용합니다. 가변 피치 프로펠러는 이름에서 짐작할 수 있듯이 프로펠러의 각도를 바꿀 수 있는 구조의 프로펠러 입니다. 모터의 속도를 바꾸지 않고 프로펠러의 각도를 바꾸어 양력을 조정할 수 있습니다. 구조가 상당히 복잡하지만 양력을 빠르게 바꿀 수 있을 뿐 아니라 양력의 방향을 아래로 바꿀 수 도 있습니다. 6체널 이상의 헬기들이 보여주는 배면 비행 (위아래가 뒤집혀 비행하는 기술)이나 상하구분 없이 자유롭게 묘기 비행을 하는 3D 비행은 이런 가변 피치 프로펠러 구조 덕분입니다.
고정 피치 프로펠러
가변 피치 프로펠러
멀티콥터용 가변피치 프로펠러 from http://www.rcgroups.com헬기의 움직임은 비행기의 움직임과 같이 설명할 수 있습니다. 다만 스로틀 (Throttle)은 헬기를 수직으로 상승시키고, 롤 (Roll )은 헬기를 좌 우측으로 이동할 수 있게 합니다. 피치 (Pitch)는 전진하는 움직임을 설명합니다. 요우 (Yaw)는 비행기와 같이 회전하는 동작을 말합니다. 비행기와 달리 동작하는 것은 프로펠러의 움직임이 헬기의 동작을 조정하기 때문입니다. 헬기는 프로펠러의 방향에 따라 양력의 방향을 조종합니다.
헬기의 움직임그러나 단순히 프로펠러만 가지고는 원하는 비행을 할 수 없습니다. 앞에 설명했던 작용반작용의 법칙 때문입니다. 프로펠러가 시계 방향으로 회전한다면 동체는 그와 반대 방향으로 돌아야 하기 때문입니다. 따라서 프로펠러로 부터 발생한 힘을 막아줄 다른 방법이 필요합니다. 이 역할을 하는 것이 꼬리에 있는 프로펠러 (Tail Rotor) 입니다. 동체가 돌아 가는 반대 방향으로 양력을 만들어 동체가 움직이지 않도록 만들어 줍니다. 또한 이 꼬리 프로펠러의 힘으로 요우(Yaw)를 할 수 있도록 만듭니다.
메인로터와 테일로터의 힘꼬리 프로펠러 말고도 메인 프로펠러 (Main Rotor)를 다른 방향으로 회전하여 동체에 전달되는 힘을 상쇄 시킬 수 도 있습니다. 같은 회전 축에 있다고 해서 동축반전형 헬기라고 합니다. 그 밖에도 헬기는 여러 가지 형태로 설계될 수 있지만 회전하는 날개를 가진 탓에 날개로 부터 발생한 반발력을 상쇄시키는 구조를 갖게 됩니다.
동축반전형 헬기 from Wikipedia반발력을 상쇄하는 힘을 얼마나 잘 제어하느냐에 따라 더 정밀한 비행이 가능해 집니다. 그래서 그 제어를 담당하는 마이크로 컴퓨터의 처리 속도가 빨라지면서 쿼드콥터가 시작 되었습니다. 그리고 마이크로 컴퓨터가 저렴해 지면서 군사용이 아닌 상업용 그리고 레져, 취미용 쿼드콥터가 등장하기 시작합니다.
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