꼬리 프로펠러가 없는 헬리콥터 (동축 반전 로터)

동축 반전 헬리콥터

지난 시간, 꼬리 프로펠러가 있는 헬리콥터에 대해 알아보았다.

작용/반작용 원리로 메인 프로펠러 회전에 의해 동체에 작용한 회전 힘을 꼬리 프로펠러가 상쇄 해주는 방식에 대해 소개했다. ["헬리콥터 꼬리 프로펠러는 어떤 역할을 할까?" | 참고하기: http://dingeek.tistory.com/2]



이번 시간에는
꼬리 프로펠러를 사용하지 않는 동축 반전 헬리콥터에 대해 알아보도록 하자.

대한민국 산림청 소방헬기로 임무수행을 하고있는 러시아 카모프社의 'KA-32' 헬리콥터

위 사진 속 KA-32항공기를 보면 꼬리 프로펠러를 찾아볼 수 없다. 그렇다면 저번 시간에 언급한 대로 꼬리 프로펠러가 없이 어떻게 주 프로펠러 회전 힘에 의한 동체의 회전을 방지할 수 있었을까?

동축반전 로터의 모습 대한민국 공군 KA-32T

초창기 헬리콥터 엔진은 지금처럼 발달되고 막강한 터보 샤프트 엔진이 아닌 자동차와 같은 레시프로 엔진을 사용했다.

당시 엔진 기술력으로는 높은 추력을 내기 어려워 엔진의 힘이 헬리콥터를 공중에 띄우는 힘에만 온전히 쓰이길 희망했다. 꼬리 프로펠러와 같이 헬리콥터를 공중에 띄우는 힘에 해당하지 않는 동작으로 모자란 엔진의 힘을 낭비하기 싫었던 것이다.

그래서 당시 엔지니어들은 '동축 반전 로터'라는 기술을 고안해 내었다.

자, 그럼 이제 동축반전 로터의 원리를 살펴보자.

반 시계 방향으로 1만큼 회전하는 프로펠러에 의해 반대방향(시계방향)으로 회전하려는 동체를 막고자 시계방향으로 1만큼 움직이는 프로펠러를 얹은 것이다. 그로 인해 반시계 방향으로 1만큼 움직이는 힘에 -1만큼의 힘을 부여한 것이다.

서로 다른 방향으로 1만큼(같은 힘의 양만큼) 움직이는 프로펠러 덕분에 헬리콥터의 동체는 반작용 힘에 의해 회전하지 않고 제자리에 가만히 있을 수 있었다.

또한 테일 로터로 힘을 낭비하는 대신 서로 반대 방향으로 회전하는 두 개의 메인 로터를 이용해 엔진의 에너지가 온전히 헬리콥터를 공중에 띄우는 힘에 쓰이도록 고안했다.

동축 반전 로터의 애니메이션

이처럼 하나의 축에 방향이 서로 반전되어 돌아가는 로터라고 해서 동축 반전 로터 라고 불리는 것이다.

번외) 동축반전 헬리콥터는 어떻게 좌, 우로 회전을 할까? (요잉)

꼬리 프로펠러를 탑재한 헬리콥터는 꼬리 프로펠러의 회전수를 조절하여 좌우로 회전 하였다면, 동축 반전 로터는 메인 프로펠러의 회전으로 인한 동체의 회전을 적극적으로 이용한 사례이다.

[좌측으로 회전 시 원리]

시계방향으로 회전하는 프로펠러의 회전수를 높이거나, 반시계방향으로 회전하는 프로펠러의 회전수를 줄여 동체가 왼쪽으로 회전하려는 힘을 키워 반시계 방향으로 회전한다.


[우측으로 회전 시 원리]

반시계방향으로 회전하는 프로펠러의 회전수를 높이거나, 시계방향으로 회전하는 프로펠러의 회전수를 줄여 동체가 오른쪽으로 회전하려는 힘을 키워 시계 방향으로 회전한다.