헬리콥터에 대해서 Araboza +18

안녕 게이들아 즐거운 일요일 저녁이다.

지금 일베하는놈들중 혹시 나처럼 헬기나 항공기같은거에 관심있은놈 하나쯤 있지 않을까 해서 정보글 써본다

일단 나는 물리 전공중인 항공 좆문가다. 고로 본문중 잘못된 내용이 있을 가능성도 있으나, 나름 관련 서적도 참고하면서 쓴글이고

뭣보다 전공수준까지 파고들어갈 생각은 없기 때문에 그럴일은 없다고 본다만, 그래도 혹시 틀린게 있다면 넓은마음으로 가르쳐주길 바란다.

먼저 본격적으로 들어가기 앞서 헬리콥터의 어원과 간단한 역사에 대해서 araboza

Helicopter라는 말은 나선형을 뜻하는 그리스어 helix와 날개를 뜻하는 pteron의 합성어다. 19세기에 한 발명가가 자기가 만든 항공기에 이 이름을 붙이면서

헬리콥터란 단어가 사용되기 시작했다.

특유의 타타타타 하는 소리때문에 영미권에선 Chopper라고 부르기도 하고

국내에선 헬리콥터+항공기의 의미로 헬기라고도 많이 부르며, 한글화 좋아하는 북괴는 직승기라고 부른다.

헬리콥터의 최초 고안은 많이들 알다시피 레오나르도 다빈치가 그린 그림이다.

15세기에 이런걸 구상했다는게 놀랍긴 하지만, 문제는 그 당시엔 엔진이란 개념이 없었기 때문에 동력원이 사람이다

안에 사람 몇명 집어놓고 존나 뺑뺑이 돌리는게 원리임. 그러니 실제로 뜰 가능성은 전혀 없었다

19세기 무렵 엔진이란게 발명되고 그걸로 자동차 같은것도 나오다보니까, 사람들은 하나둘씩 하늘을 나는 기구를 만드는데 관심을 가지게 된다.

많은 발명가들이 회전원리로 하늘을 뜨는 헬리콥터를 만들어보려 노오력했지만 대부분 실패하고만다

그 실패사례 중엔 우리에게 유명한 토마스 에디슨도 있었다. 이새끼도 헬리콥터 만들어 본답시고 화약솜 연소시켜서 움직이는 헬기를 발명하려 했으나,

불붙어서 공장 태워먹고 사람하나 일게이 만들었다는 설이 있다.

최초 비행의 영광은 폴 크르누란 프랑스의 자전거 제작자가 거머쥐게된다. 

이 사람은 1907년에 자기가 만든 헬리콥터를 타고 30cm 상공을 20초간 나는데 성공한다

병신같은 기록으로 보이지만 최초의 헬리콥터 비행 성공이란데 의의가 있었다.

그리고 1939년에 이고르 시코르스키라는 소련출신 미국인이 VS-300 이라는 헬기를 개발한다

VS-300은 최초의 주날개/꼬리날개 형식의 헬리콥터로, 이 이후 대부분의 헬리콥터는 거진 다 이런 형태로 개발된다

(참고로 밀덕들이 잘 아는 그 시코르스키 맞다. 블랙호크며 시스텔리온이며 다 이사람이 세운 회사에서 만들었다)

2차대전과 6.25 전쟁이 터지면서 미국은 헬리콥터를 군용으로 사용해보기도 한다.

다만 아직까진 효율성이 떨어져 전투용으로 사용되진 않고 부상자 후송이나 물자운반에나 사용하고 마는 정도였다.

본격적으로 헬기가 전장에서 날개를 핀건 베트남전 부터다.

이때부터 헬기에 왕복엔진 대신 제트엔진이 장착되어 출력이 엄청나게 늘어나서, 대량으로 병력이나 물자를 운송하는 게 가능해진다.

베트남 밀림지대의 특성상 고정익 비행기를 운행하기 제한되는 부분이 많았는데

여기서 헬기의 수직이착륙 능력이 엄청난 장점으로 부각되었다. 거기다 호버링(정지비행)까지 가능하니 저공 병력침투, 근접항공지원등 못해내는 임무가 없었다.

베트남전에서의 헬기의 효율성을 본 세계각국들은 헬기 개발에 박차를 가하기 시작한다.

현재는 군용으로 사용될 뿐만 아니라 경찰, 소방, 방송등 민관군 할것없이 굉장히 다양한 분야에서 폭넓게 사용되고 있다.

이런 요긴한 헬리콥터가 어떻게 날 수 있는지 본격적으로 알아보도록 하자.

헬기에 작용하는 힘을 네가지 방향으로 나눈다면

윗방향으로 뜨는힘인 양력

게이들이 잘 아는 중력

헬기의 운동방향으로 작용하는 추력(추진력)

운동반대방향으로 작용하는 항력(공기저항력)으로 나눌 수 있다.

양력에 대해 설명하자면, 보통 헬기의 회전날개 단면을 보면 이런식의 유선형 형태를 띈다.

이 회전날개를 고속으로 돌린다면 날개는 정지해있는 공기를 고속으로 때릴거고

이걸 날개 입장에서 봤을땐 자기는 가만히 있는데 공기가 자기한테 고속으로 막 와서 자기를 때리는 모양이 될거다.

 

공기는 점성이라는 끈끈한 성질이 있기 때문에, 일게이들이 샤워할때 물줄기가 몸을 타고 내려오는 것처럼,

날개에 흐르는 공기도 날개 모양대로 날개를 따라 흐르려는 특성이 있다.

이 특성에 의해서 회전날개에 부딪친 공기들은 날개 모양대로 타고흘러 날개가 기울어진 방향, 영상 같은 경우엔 약간 ↘방향으로 나간다.

원래는 →방향으로만 운동하던 공기들이 약간 아래방향으로 운동하게 된거다.

물리에 뉴턴 제 2법칙이란게 있는데 문돌이들을 위해 간단하게 말하자면, 운동의 변화는 곧 힘이다.

즉, 공기가 아래방향으로 없던 운동이 생겼으니 아래방향으로 공기에 힘이 작용했다는 거다. 그리고 거기에 대한 반작용으로 날개는 윗방향으로 힘을 받게된다.

이 윗방향으로 날개에 작용하는 힘을 양력이라 부른다. 헬기나 비행기는 이 양력으로 인해 공중에 뜰 수 있는거다.

참고로 양력은 공기에 대한 받음각에 따라 크기가 변하는데 영상을 보면 쉽게 알수 있다

날개 각도가 평평했을땐 뒷공기의 운동 변화가 크게 없지만 각도가 커질수록 날개를 떠나는 공기의 운동이 크게 변하는걸 볼수 있다.

보통 받음각이 커질수록 생성되는 양력은 커지는데, 받음각이 일정값 이상으로 커지면 공기가 날개를 타고 흐르지 못하고,

그냥 떨어져나가 버리는 현상(영상 1:16)이 발생한다. 이를 실속(Stall) 이라고 한다.

실속에 빠지면 양력은 거의 발생 안하고 공기저항력만 엄청나게 늘어나기 때문에 헬기의 최고 받음각은 보통 정해져있다.

양력을 얻을려고, 회전날개를 조온나게 돌리려다보면 작용반작용 효과 때문에 반대로 회전하려고 하는 힘을 받게된다.

이 힘을 제어 못한다면 헬기는 블랙호크다운마냥 뻉글뺑글 돌기 시작할거다.

보통은 이 회전하는 힘을 상쇄시키기 위해 꼬리에 보조 회전날개를 부착시킨다. 꼬리회전날개가 얻는 양력으로 주회전날개의 반작용 힘을 상쇄시키는거다.

꼬리날개 말고도 이 반작용 힘을 제어하는 구조는 여러가지가 있다.

이런식으로 직렬로 두개의 주회전날개를 달아서, 서로 반대방향으로 회전시켜 힘을 상쇄시키는 구조도 있고

별로 쓰이진 않지만 이렇게 병렬로 두개 다는 경우도 있다.

(참고로 사진은 세계 최대헬기 소련제 V-12다. 존나크다)

같은축에 로터를 두개 박고 반대방향으로 회전시키는 동축반전식도 있고

사진처럼 아예 꼬리날개가 없는 NOTAR라는것도 존재한다.

원리는 엔진배기가스를 꼬리 옆쪽으로 분사해서 힘을 상쇄시키는건데, 적외선 센서에 관측되기 쉽기 때문에 많이는 안쓴다.

내용이 길어져서 2부로 나눈다

2부에선 제어원리, 헬리콥터의 미래에 대해서 알아보도록 하자