안녕하세요!! 드린이입니다 ::))
오늘은 드론 입문자 혹은 초심자를 위한 드론의 비행 원리 3탄입니다. 3탄은 드론의 구동부 가운데 프로펠러 중심으로 종류와 소재에 대한 내용을 포스팅하겠습니다.
프로펠러와 로터의 구분
멀티콥터 기준으로 드론 하면 꼭 빠질 수 없는 부분이 프로펠러입니다. 현장에서는 프로펠러를 줄여서 ‘프롭’이라고 불리기도 합니다. 일단 프롭과 프로펠러는 같은 말이라고 할 수 있습니다.
프로펠러는 모터의 회전에 의해 양력을 발생시키는 장치로 앞쪽 공기를 뒤쪽으로 밀어내어 밀어낸 거리만큼 기체가 이동하게 됩니다. 프로펠러 길이와 피치는 주로 인치(inch) 단위로 표기합니다. 이때 피치(Pitch)는 프로펠러가 한 바퀴 회전 시 앞으로 나아간 거리를 의미합니다.
또, 프로펠러 표시 단위는 4자리 숫자이고 두 자리씩 끊어서 읽으면 되는데, 만약 프로펠러에 8045라고 표시되어 있다면, 프로펠러 길이가 8인치이고 피치가 4.5인치 시계방향(CW, Clock-Wise)으로 회전하는 프로펠러를 의미. 시계반대방향으로 회전하면 CCW(Counter-Clock-Wise)라고 표시되어 있습니다.
한편, 프로펠러를 부를 때 ‘프롭’ 외에도 ‘로터’라는 표현도 자주 등장하는데요, 같은 의미인데 다른 표현일까요? 아닙니다. 항공기에 작용하는 힘 가운데 프로펠러는 추력을 발생시키는 장치이며, 로터는 양력과 추력을 발생시키는 장치입니다. 항공기에 작용하는 힘은 지난 포스팅인 ‘드론의 비행 원리 1탄’을 참고 바랍니다.
위의 설명에 의하면 드론에 장착된 프로펠러는 ‘로터’라고 부르는 것이 보다 정확한 표현이지만, 로터를 좀 더 전문적으로 들어가면 회전축을 이루는 장비들의 집합으로 불리는 경우도 있어 초심자들은 그냥 약간의 개념만 잡고 있으면 좋을 듯합니다.
로터의 소재
로터의 소재로는 카본, 카본 복합재, 우드 및 플라스틱 등이 사용되고 있습니다. 만약 로터의 무게가 증가할수록 모터의 빠른 회전이 필요하여 모터의 부하가 증가하여 비행시간이 단축되며, 날개의 수가 많으면 양력을 순간적으로 많이 발생시킬 수 있어 급회전 등에 유리한 장점이 있지만 상대적으로 비행시간이 단축되는 단점이 있어 드론의 크기와 모터의 성능에 따라 적절한 사양의 로터를 선택하는 것이 바람직하며, 각 소재의 특징은 아래와 같습니다.
- 카본 : 탄소섬유로만 제작하는 것은 경량이면서 강성이 높으나 성형이 어려워 비싸다.
- 카본복합재 : 탄소섬유복합재(FRP)는 강성이 높고 가벼워 비싸다.
- 우드 : 나무 재질로 가볍고 상대적으로 저렴하다.
- 플라스틱 : 상대적으로 무겁고 대량 제작이 용이하여 저렴하다.
날개의 숫자와 형태
로터는 날개 수에 따라 2 엽, 3 엽, 4 엽 등이 있고, 날개가 고정되어 항상 펼쳐져 있는 일체형과 운반의 용이성을 위해 접을 수 있도록 만들어진 접이식이 있습니다. 앞서 설명한 것처럼 날개 수가 많을수록 양력을 많이 발생시킬 수 있어 같은 양력이 필요할 경우 날개 수를 늘리면 사이즈를 작게 만들 수 있습니다.
다만, 날개의 불균형이 생기면 회전수에 따라 진동이나 공진현상이 발생하게 됩니다. 진동의 발생 원인 다음과 같습니다.
- 로터의 편심 : 로터의 중심이 틀어져서 전체의 균형이 맞지 않음
- 로터의 무게 불균형 : 양쪽의 무게 불균형과 각 부위별 무게가 일치하지 않음
- 로터 형상 불일치 : 양쪽의 형상이 일치하지 않음
- 전체 로터들의 불일치 : 전체 로터 간에 위 세 가지 문제가 일치되지 않음
오늘 포스팅에서는 드론의 구동부 가운데 프로펠러(로터)에 대해서 알아보았습니다. 다음 포스팅은 드론의 구동부 가운데 모터와 변속기에 대한 포스팅을 예고드리며 오늘의 포스팅을 마치도록 하겠습니다.
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