적층제조로 탄생하는 친환경 하이브리드 헬리콥터 ‘레이서’

적층제조로 탄생하는 친환경 하이브리드 헬리콥터 ‘레이서’

• 공유하기
• 

2019년 1월 30일 0

항공 산업은 꾸준히 진화하고 있다. 새로운 초음속 제트기에서부터 항공기보다 더 항공기 같은 하이브리드 헬리콥터에 이르기까지 항공 산업은 끊임없이 새로움을 선보이는 중이다.

레이서 (이미지 제공: 에어버스)

최근 추세 중 관심을 받는 것은 에어버스(Airbus)의 레이서(RACER) 하이브리드 헬리콥터이다. “빠르고 효율적인 비용의 항공기(RACER, rapid and cost-effective rotorcraft)”의 약자인 레이서는 헬리콥터 기술에서 많은 부분을 가져왔다.

일반적인 항공기의 속도와 항속거리를 가지고 있으면서도, 제자리에서 정지 비행하는 호버링, 그리고 수직 이착륙이 가능하다. 에어버스는 레이서가 시속 400km의 고속 비행이 가능한 세계에서 가장 빠른 헬리콥터 중 하나가 될 것이라고 밝혔다.

레이서는 항공기가 환경에 미치는 영향을 줄이는 방법을 모색하는 유럽연합의 프로젝트, 클린 스카이 2의 주력 컨셉 항공기이다. 클린 스카이라는 슬로건 아래 27개국 600여 기관이 2000년 대비, 연료 소모와 이산화탄소 배출량 50%, 질소산화물 배출량 80%, 외부 소음 50%를 줄이는 친환경적인 항공 기술을 개발하기 위해 노력 중이다.

이 목표는 항공기의 기존 활주 및 이착륙 시간 등을 조정하면 실현 가능할 수도 있다. 하지만, 클린 스카이의 목표는 더 크다. 항공기 날개의 공기 역학과 기타 첨단 기술에 초점을 맞춰 진정으로 지속가능한 차이를 만들려는 것이다.

레이서의 탄생 이유는 클린 스카이의 목표와 부합한다. 오랫동안 항공 기술자들은 빠르면서도 유연하고, 동시에 비용 효율적인 항공기를 꿈꿔왔는데, 레이서는 그 모든 기준을 충족한다. 에어버스 헬리콥터의 연구•혁신 부문 책임자인 토마슈 크리신스키는 “레이서는 기존 헬리콥터보다 50% 정도 빠르지만 비용은 더 낮으며 다양한 신기술이 적용되었습니다.”라고 말한다.

레이서 (이미지 제공: 에어버스)

항공기의 동체는 헬리콥터의 형상이다. 헬리콥터와 마찬가지로 상단에는 큰 로터가 있지만 꼬리 부분에는 로터가 없다. 또 두개의 골격 날개를 가지고 있는데, 각각의 날개는 후방으로 향한 프로펠러를 가지고 있으며, 하나는 시계 방향으로, 다른 하나는 반시계 방향으로 움직인다. 항력이 적은 날개와 프로펠러가 결합하면 레이서가 속도를 올릴 때 양력(Lift)를 유지할 수 있다.

레이서 (이미지 제공: 에어버스)

레이서가 비행하게 하는데 필요한 전문 기술은 영국 햄블에 위치한 GE항공 통합시스템과 이탈리아 토리노에 위치한 GE항공 계열사인 아비오 에어로에 힘입은 바가 크다. GE항공의 연구진들은 서브시스템과 부품을 개발하고 있으며, 특히 로터와 날개 프로펠러를 위한 동력전달 시스템을 주로 연구 중이다.

햄블의 엔지니어들은 날개를 기어박스와 연결하는 부품인 항공기의 크래들을 완전히 재설계했다. 과거에는 크래들이 몇 개의 무거운 부품을 조립하여 사용하였기 때문에 특히 무게나 비용 면에 있어서 효율적이지 못했다.

레이서 (이미지 제공: 에어버스)

하지만, 레이서의 크래들은 적층제조(3D프린팅) 기술을 적용한 경량 소재로 만들어지기 때문에 무게, 부품 수, 그리고 비용을 줄일 수 있을 것으로 기대된다. GE항공 엔지니어링 프로그램 리더인 폴 맨드리는 “이렇게 복잡한 주조 부품을 설계한 것은 이번이 처음입니다.”라고 말한다. 레이서는 제조 비용을 절감할 뿐 아니라 경량화를 이루어 내 항공기 수명 기간 동안 연료 비용을 크게 절감하고 환경에도 보다 적은 영향을 끼칠 것으로 보인다.

또한 레이서에는 아비오 에어로와 에어버스가 공동으로 설계한 몇 가지 새로운 구성 요소가 포함되어 있다. 그 중 일부는 3D 프린터를 통해 제작되었다. 여기에는 초고온과 물리적 응력을 견뎌야 하는 레이서의 동력전달 시스템용 열교환기가 포함되어 있다.

엔지니어들은 GE의 카탈리스트(Catalyst) 엔진 개발 경험을 바탕으로 설계 프로세스를 진행하였다. GE항공은 카탈리스트 엔진 개발 시 3D 프린터를 사용하여 800개 이상의 부품을 12개로 줄인 바 있다. 또한 엔지니어들은 적층제조 기법을 사용하여 기존 방법에 비해 복잡한 부품을 보다 자유롭게 설계할 수 있게 되었다.

에어버스는 올 해 레이서의 첫번째 프로토타입을 조립할 예정으로, 첫 비행은 2020년으로 예상한다.