[드론] 비행원리

 (왜 지금 드론인가라는 책 중에서 비행원리 부분 개인차원에서 발췌입니다. )

바람이 불지 않는 상태에서 비행기가 엔진 등의 추진 장치에 의해 높은 속도로 활주로를 달리게 되면, 공기의 흐름이 발생해 바람이 비행기가 달리는 반대 방향으로 흐르게 된다. 즉, 고정익기가 엔진의 힘을 이용해 빠르게 활주로를 달리면 반대로 공기가 빠른 속도로 날개를 중심으로 위아래로 분리되어 흐르게 되는데 날개의 특성상 윗면의 공기가 더 빠르게 이동하고 아랫면은 느리게 이동한다. 이러한 공기의 속도 차이는 날개 위아래 간의 압력 차이를 발생시키고, 이 압력 차이가 날개를 위쪽으로 들어올리는 작용을 하여 비행기를 상공에 떠 있도록 만들어준다. 이를 양력lift이라고 한다.

이륙 후에도 고정익기가 상공에서 계속 비행하기 위해서는 이 양력을 유지해야 하는데, 일정 속도 이상으로 비행해야만 공긱의 흐름을 발생시켜 양력을 생성시킬 수 있다. (72~73쪽)

흔히 헬리콥터로 알려져 잇는 회전익기는 프로펠러라고도 불리는 로터가 회전하면서 양력을 발생시킨다. ... 회전익기의 로터는 고정익 드론의 날개 여러 개를 모은 것과 같은데 로터 하나 하나를 구성하는 날개를 블레이드라고 한다. 고정익기가 양력을 위해 전진하는 것과 유사하게 회전익기도 블레이드를 움직이며 양력을 얻는데, 회전익기는 날개 달린 기체를 전진시키는 것이 아니라 블레이드를 회전시키는 방식을 사용한다. 각 블레이드는 주 동력장치인 엔진이나 모터 등에서 발생하는 회전력으로 회전하게 된다.

...

단일로터 드론은 일반적인 헬리콥터 형태로, 하나의 로터(메인 로터)가 동력장치의 회전력을 받아 회전하면서 양력을 발생시켜 상승한다. 하지만 메인로터가 회전하면, 작용 반작용의 원리에 의해 기체는 로터가 회전하는 반대방향으로 돌아가는 힘(반토크)을 바는다. 따라서 단일로터 기체는 기체의 회전을 막기 위해 작은 로터(테일로터)를 기체의 꼬리 부분에 만들어 메인로터에 의해 생기는 회전을 상쇄시켜야 한다.

회전익기의 전진방식은 로터 회전면에 기울기를 만든 뒤 양력을 전진하는 방향으로 기울여 전진하는 힘, 즉 추력을 만드는 형태이다. 고정익기는 엔진에서 직접 분사하는 힘으로 추력을 얻는데 반해 회전익기는 기체가 상승하고자 하는 힘을 기울여 전진방향과 상승방향으로 쪼개 전진하는 원리다.(75~76쪽)

  

쿼드로터는 단일로터 방식보다 비행원리가 더 단순하다. 4개의 로터는 마주보는 2쌍씩 같은 방향으로 회전한다. 전후의 로터가 시계방향으로 회전하면, 좌우의 로터는 반시계 방향으로 회전하는 식이다. 2쌍씩 서로 다른 방향으로 회전하기 때문에 단일로터처럼 반토크를 막기 위한 꼬리날개 같은 장치를 만들 필요가 없다.

4개의 로터가 동일한 속도로 회전하면서 상승하거나 제자리 비행을 할 수 있고, 진행하고자 하는 방향의 로터 속도를 줄이면 해당 방향으로 기체가 기울어지면서 기울어진 방향을 이동하게 된다. (78~79쪽)

[드론] 교통수단의 혁명이 될 날이 올까

드론 책을 읽다가 드론이 교통수단을 완전히 바꿀수도 있겠다는 생각이 들었다.

'B' the flying car  는 새로운 차세대 이동 수단 개발 프로젝트 중 하나로 현재 실제 모델을 축소한 시제품이 만들어진 상태다. 전기 모터와 4개의 프로펠러를 사용해 평소에는 자동차처럼 주행하다 전기 모터가 프로펠러에 연결되면 하늘로 떠 오른다.

SF 영화 <스타워즈>의 팬이라면 익숙한, 하늘을 나는 오토바이 호버바이크Hoverbike 역시 최근 주목받고 있는 차세대 이동 수단이다. (102쪽)

드론이 새로운 개념의 교통수단으로 등장할 수 있게 된 배경은 관련 기술을 구현하는 데 필요한 부품의 대중화에 있다. 특히 스마트폰의 등장은 GPS와 자이로 센서, 지자기 센서, 가속도 센서, 중력 센서, 근접 센서, 조도 센서, 카메라와 같이 공중에서 중심을 잡고 이동하는 데 필요한 부품의 가격을 낮추고 모듈화를 가능하게 했다. 이 모든 센서는 드론의 현재 위치 및 비행경로 파악, 그리고 충돌을 방지하도록 돕는다. 이전까지는 숙련된 기술자가 해야 했던 것이 모두 자동화된 셈이다. (106쪽)

[드론]이 공연에 이용된다면

드론이 공연에 활용된다면 공연에서 활용할 수 있는 효과의 제한을 넘어설 수 있을 것 같다.

"드론을 활용한 영상제작을 이야기할 때 <뮤지컬 태양의 서커스> 팀과 ETH 취리히 스핀오프 베리파이 스튜디오가 협업해 만든 <스파크드>를 빼놓을 수 없다. 유투브에 업로드된 이 영상을 보면 램프처럼 꾸며진 드론이 마술사의 손짓에 따라 역동적이고 신비로운 분위기를 연출한다. 사전에 제작된 프로그램이 아니라 영화감독, 카메라맨 및 다양한 사람들의 의견을 수용하여 기본 동작만을 반영 한 것이다. 그럼에도 불구하고 드론을 인간과 다양한 방식으로 교감할 수 있는 수단으로 표현해 냈다. 스파크드 제작 비하인드 영상에는 각기 다른 조명이 탑재된 10대 쿼드콥터 드론이 등장하는데 배우의 몸짓이나 눈짓에 따라 정교한 움직임을 보인다. 이를 통해 드론이 영화 등 예술 분야에서 인간과 다양한 방식으로 교감할 수 있는 수단으로서 활용가치가 높음을 예감캐 한다. 최근 디즈니에서도 드론을 활용한 대규모 공연이 펼쳐진 바 있어 앞으로 예술 및 공연 분야에서 드론의 활용은 점점 더 커질 전망이다." (83~84쪽)

[드론] 차와 드론의 결합

2014년이니 조금 지난 이야기이지만 르노자동차는 모터쇼에 드론을 등장시켰다. 컨셉트카이긴 하지만 이미 드론과 자동차와의 관계를 고민하기 시작한 것이다. (우리나라에서 자동차 이야기하는 사람들은 보면 고급차나 이야기하고, 현기차도 새로운 고민이 없어 보인다.) 세계의 자동차사들은 자동차 너머를 고민하고 있다.

  프랑스의 르노 자동차는 드론을 장착한 콘셉트카 kwid를 2014년 인도에서 열린 뉴델리 오토쇼에 선보이며 호평을 얻었다. 소형 헬리콥터를 닮은 드론 플라잉 컴패니언flying companion이 차량 천장에 숨어있다가 필요시 나와 교통상황을 파악하고 운전 시 주의해야 할 사항을 운전자에게 알려준다. 지금까지 나온 미래형 자동차 가운데 가장 흥미로운 컨셉트카라는 평가를 받고 있다.(드론은 어떻게 산업의 미래를 바꾸는가, 50쪽)

무인비행기와 무인지상차량을 합친 개념의 드론도 출현하고 있다. 자동차 제조사 르노는 2014년 3월 인도 뉴델리에서 열린 2014 뉴델리 모터쇼에서 크위드라는 소형 SUV를 공개했는 플라잉 컴패니언이라는 드론이 탑재돼 있어 눈길을 끌었다. 플라잉 컴패니언은 사람이 조종하면 차량 주변을 돌면서 도로 상황이나 주변의 장애물을 알려준다. (36쪽, 왜 지금 드론인가)

[드론] 드론에 대해 알고 싶다면, 드론 가이드북

드론은 산업의 미래를 어떻게 바꾸는가 - 탄생에서 미래까지, 가장 완벽한 드론 가이드북
이원영.이상우.테크홀릭 지음 / 한즈미디어(한스미디어) / 2015년 8월

이 책은 드론 가이드북으로 손색이 없어 보인다. 드론의 의미, 운영원리 등에서부터 현재 해결해야 할 문제까지 거의 모든 것을 망라한다. 드론에 대해 무엇을 읽어야 할지 모르겠다면 읽어볼만한 책이다.

드론은 무인항공기를 뜻하는데, 현재와 같은 드론은 100년전 과학자 테슬라가 생각한 것이다. 레이더와 무선 통신 원리는 현재 드론의 작동방식과 거의 같다.

비행시 모터에서 나는 소리가 마치 벌이 날아다닐 때 윙윙거리는 것과 비슷해서 '드론'이라는 이름이 붙은 무인 항공기는 사실 100년 가량의 역사를 갖고 있다. 드론의 시작은 익히 알고 있듯이 무기였다. 천재과학자 니콜라 테슬라는 1900년대 초반 사람이 타지 않는 무인 항공기 이론을 제시했다. 자신이 처음 고안한 레이더와 무선 통신 원리를 적용해, 원격 조정이 가능한 무인 항공기를 만들어 조종사의 인명 피해를 줄이겠다는 것이 테슬라의 생각이었다(16쪽)

현재의 드론은 어떻게 움직일까?

보통 무인 헬리콥터는 커다란 로터를 회전시켜 비행하지만 드론은 작은 프로펠러를 여러 개 사용한다는 점이 다르다. 이러한 드론을 멀티콥터라고도 하는데, 프로펠러의 수에 따라 명칭이 달라진다. 프로펠러가 3개면 트라이콥터, 4개면 쿼드콥터, 아마존이 공개한 것처럼 8개의 프로펠러를 탑재한 드론은 오타콥터라 한다.

프로펠러 수 외에도 헬리콥터와 다른 점은 많다. 헬리콥터는 엔진의 회전력을 이용해 긴 로터를 회전시키는 구조다. 조종은 로터의 비치(비틀림 상태)에 따라 로터의 위치를 변화시킨다. 이를 위해 헬리콥터 로터의 아랫부분에는 복잡한 로드와 관절 등이 필요하다.

반면 드론같은 멀티콥터의 구조는 단순하다. 엔진에 해당하는 모터에 각각의 프로펠러가 직결되어 있어 각 모터의 회전수에 따라 전진하거나 회전한다. 모든 모터의 출력을 동일하게 높이면 수직 상승하고 앞으로 나아가려면 뒤쪽 모터의 출력을 높이면 된다. (30쪽)

원리상 헬리콥터보다 단순하다. 하지만 그렇다고 단순하기만 한 것은 아니다. 드론은 많은 첨단 기술을 필요로 한다.

(78쪽)

아직까지 드론은 군사용으로 사용되는 것을 제외하면 아직까지는 크게 활용되고 있지는 않다. 하지만 드론의 쓰임은 광범위할 것이다. 실제로 실내용 드론이 제작되는 것을 보면 단순 물품배송이나 위험지역 탐지, 취재를 넘어선 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다. 특히 책에서는 땅에서는 달리고 공중에서는 날 수 있는 드론 (B flying car)가 소개되는데, 어쩌면 개인 운송수단이 완전히 바뀔 수도 있겠다. 자동차, 근거리 비행기가 모두 드론으로 대체되는 날이 있을 수도 있다. 물론 드론이 무인기이때문에 명칭이 바뀌든, 의미가 바뀌든 하겠지만. 이런 개발이 가능하게 된 것은 관련 산업의 발전과 관련이 있다.

드론이 새로운 개념의 교통수단으로 등장할 수 있게 된 배경은 관련 기술을 구현하는 데 필요한 부품의 대중화에 있다. 특히 스마트폰의 등장은 GPS와 자이로 센서, 지자기 센서, 가속도 센서, 중력 센서, 근접 센서, 조도 센서, 카메라와 같이 공중에서 중심을 잡고 이동하는 데 필요한 부품의 가격을 낮추고 모듈화를 가능하게 했다. 이 모든 센서는 드론의 현재 위치 및 비행경로 파악, 그리고 충돌을 방지하도록 돕는다. 이전까지는 숙련된 기술자가 해야 했던 것이 모두 자동화된 셈이다. (106쪽)

이러한 드론은 새로운 산업을 발전시킬 것이다. 일단은 드론의 운영체제가 필요하고, 수집한 데이터를 위한 클라우드 서비스, 다양한 용도에 맞는 앱이 필요하다. 운영체제와 앱이라면 드론의 사용용도는 어마어마할 것이다.

드론은 기존 제조업에도 영향을 미칠 것이다. 프로펠러를 위한 모터, 베터리 등 다른 산업의 발전이 결합되어야 한다.

물론 해결해야 할 문제는 많다. 사생활침해 문제가 제일 먼저 나오고, 군사용으로 시작한 만큼 테러 등에 대비한 국가 안보 문제도 손봐야 한다. 또한 드론이 많아질 경우에 대한 대비도 필요하다.아마존은 이를 위한 비행구역을 제안하기도 했다.

61m이하는 공중촬영이나 측량, 실지 조사 등 저속으로 비행하는 드론을 위한 비행 공역, 61~122m 구간은 자율 비행드론이 111km/h로 비행할 수 있는 고속도로 같은 영역, 122~125m 구간은 기존 항공기 노선과의 분리를 위한 완충지대로 두고 비행을 금지하는 것이다. (234쪽)

문제는 우리나라는 드론, 3D프린터 등 신제조업에서 굉장히 뒤쳐져 있다. 일단 드론 하나 날리기가 쉽지 않다. 서울에서는 기본적으로 드론을 날릴 수 없다. (비행금지구역으로 규정되어 있다.)

   비행금지구역의 모든 것 https://brunch.co.kr/@dronestarting/13

드론의 인류의 삶을 크게 변화시킬 수도 있겠다는 생각이 들었다. 하지만 우리는 점점 신기술의 갈라파고스화 되는 것이 아닌가 모르겠다. 땅만 파던 정부와 그에 붙어 기생하던 기업과 사회지도층, 공주놀이에 빠진 정부와 한사람에게 잘 보이려는 지도자라는 사람들이 나라를 좌지우지하는데 참 답답하다.

글로벌 IT 기업의 드론 상용화 경쟁에 숨겨진 진짜 목적은 무엇일까. 구글을 타이탄 에어로스페이스를 사들이며 FCC에 말하길, 이 기업은 태양광발전이나 드론을 활용해 원격지에서 광대역에 접근하거나 환경을 모니터링하는 데 전문 회사라고 강조했다. 인수 전 FAA와의 논의에서는 "드론이 전기통신을 제공할 수도 있고 공공·민간 기업, 정부 조직에 대한 감시 서비스도 제공할 수 있다"고 언급한 바 있다. 그렇다. 무엇보다 전 세계 인구의 5W1H에 눈독을 들이고 있는 것이다.  .. 그러니까 육하원칙에 의한 행동을 통합 분석하고 자사 서비스에 활용할 것이라는 말이다.

····

최근 자동차 제조사, 증권, 무역, 컨설팅 등 다양한 분야의 사람들과의 의견 교환을 하는 가운데 느끼는 점은 기초에 대한 인식이 부족하다는 점이다. 여기서 말하는 기초란 자동차와 IT 산업에서의 발상의 기초를 뜻한다. 예컨대 지도, 하늘 심지어 사람들의 일상생활이나 사회 변화를 바라보는 엇갈린 시각이다. 글로벌 IT 기업은 인간 사회의 기반을 염두에 두고 지구 전체를 부감하며 새로운 비즈니스 모델의 구축을 검증하고 있다. 드론이나 무인자동차는 빙산의 일각에 불과하다. (163~164쪽)