헬리콥터 꼬리 프로펠러는 어떤 역할을 할까?

 

헬리콥터의 꼬리 프로펠러는 '테일로터 (Tail Rotor)' 라고 불린다.

헬리콥터하면 많은 사람들이 가장 표준적인 이미지로 꼬리에 프로펠러가 달려있는 헬리콥터를 가장 많이 떠올린다.
그만큼 많은 헬리콥터가 꼬리 프로펠러를 사용하고 우리 눈에도 잘 띄었다는 의미일 것이다.

헬리콥터는 몸통(동체) 위쪽에 위치한 큰 프로펠러(메인 로터)를 회전시켜 얻은 양력으로 제자리에서 뜨고 내릴 수 있는 항공기다.

대부분의 헬리콥터를 보면서 의문이 들었다.

"큰 프로펠러만 돌리면 뜨고 내릴 수 있는거 아닌가?"
"왜 굳이 저 작은 프로펠러를 돌리는거지? 에너지 낭비가 아닌가?"


결론부터 얘기하자면,
메인로터 회전 만으로는 땅에서 잠시 떨어질 수 있어도 공중에서 헬리콥터를 제어 할 수 없다.

다시 말해 비행을 할 수 없다.

자, 지금부터 그 이유를 살펴 보자.

우선 헬리콥터를 띄우기 위해 시동을 걸어 '메인로터' 라고 불리는 큰 프로펠러를 돌린다.

꼬리 프로펠러의 도움 없이 시동이 걸린 헬리콥터는 우리의 예상과 다르게 제자리에 가만히 있지 못하고 몸통(동체)이 메인로터 회전 방향과 반대 방향으로 회전하기 시작한다.

 

왜 이런 문제가 발생 할까?

우선 메인로터를 돌리기 위해선 동력장치인 엔진과 동력의 정도를 조절해주는 변속기가 작동 해야한다. 엔진 시동이 걸려 변속기에 동력을 주고 메인로터를 돌리기 시작하면 맞물린 톱니바퀴가 서로 다른 방향으로 돌듯이 메인로터와 엔진과 변속기의 '작용-반작용의 법칙' (뉴턴 운동 제 3법칙) 으로 동체가 메인로터 회전방향에 반대로 회전하게 된다.

 

 

 

이 문제를 어떻게 해결 할까?

초창기 회전익기를 설계한 과학ㆍ기술자 들은 이러한 회전 힘 상쇄 기술을 여러 방법으로 고안 했다. 그 중 이번 글의 주제인 '테일로터'라고 불리는 꼬리 프로펠러 를 이용한 상쇄 방법에 대해 알아보자.

헬리콥터가 높은 추력과 양력을 얻으려면 메인 로터가 더 빠르게 회전 해야한다. 그럴수록 동체는 메인로터 회전 방향의 반대방향으로 회전하는 힘이 커진다.

테일 로터를 이용한 헬리콥터는 메인 로터의 회전속도에 따라 테일 로터에서 그에 상응하는 추력으로 동체가 회전하지 않게 반대방향으로 밀어 제어해준다.

번외) 꼬리 프로펠러가 수행하는 역할은 이 뿐만 아니다. (요잉 YAWING)

(메인 로터가 반시계 방향으로 회전 할 때를 기준으로 작성)

테일로터는 헬리콥터의 정지된 자세를 위한 일 뿐 아니라 헬리콥터가 제자리에서 좌측, 우측으로 회전할 수 있도록 하는 역할도 수행한다.


[좌측으로 회전 시 원리]

테일로터의 받음각을 높여 메인로터로 인해 동체가 반대방향으로 회전하려는 힘 보다 더 큰 힘으로 추력을 높여 왼쪽으로 회전한다.



[우측으로 회전 시 원리]

테일로터 블레이드의 받음각을 줄여 추력을 줄인다.
테일로터가 상쇄했던 동체 회전 힘이 작용하며 기체가 오른쪽으로 회전한다.

다양한 헬리콥터의 형태

테일 로터 방식은 엔진의 힘 일부가 자세제어를 위한 동력으로 낭비를 해야하는 구조를 가지고 있기 때문에 동력손실이 큰 구조다.

테일로터를 사용하지 않고 회전 힘을 제어한 다양한 헬리콥터를 알아보자.

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