한국항공우주연구원

유럽 다국적 프로젝트인 클린 스카이 2(Clean Sky 2)는 클린 스카이 프로젝트의두 번째 단계로서 2014년 7월에 착수되었다. 이 프로젝트의 목적은 유럽 각국의 정부, 산업체 그리고 학계가 힘을 합쳐 향후 국제 시장에서 경쟁력을 가지는 오염과 소음을 줄인 민수용 항공기 기술을 개발하고 시연하는 것이다. 클린 스카이 2에는 2종의 고속회전익기 시연기 개발이 포함되어 있다. 에어버스 헬리콥터스(Airbus Helicopters)사의 레이서(Racer)가 하나이고 레오나르도 헬리콥터스(Leonardo Helicopters)사의 차세대 민수용 틸트 로터기가 나머지 하나이다. 본 글에서는 에어버스 헬리콥터스사의 레이서 개발 동향에 대해 소개하겠다.

에어버스사의 고속회전익기 개발은 유로콥터(Eruocopter)사 시절인 2014년에 시작 되었다. 당시에 동사는 X 3 라고 명명된 하이브리드 시제기로부터 얻은 경험을 대부분 적용하겠다고 발표하면서 다양한 형태의 비행체 스케치를 배포했었지만 최근까지 비행체에 대한 정보는 극히 제한되어있었다. 하지만 올해 6월 20일 파리 에어쇼에서 동사는 클린 스카이 2 고속회전익기의 형상을 공개하고 레이서라고 이름을 붙였다. 레이서는 빠르고 비용효과적인 회전익기(RACER: Rapid And Cost-Effective Rotorcraft) 라는 뜻으로 407km/h(220노트)의 순항속도로 740km를 비행하는데 최적 화되어 설계되었다고 발표하였다.

레이서의 전신이라고 할 수 있는 복합형 회전익기 X 3 는 짧은 날개의 양 끝에 트랙 터(tractor)형 프로펠러가 장착되어 추력을 내고 헬리콥터처럼 주로터가 장착되어 양력을 발생하는 형상으로서 2013년에 비공식적으로 472km/h(255노트)의 전진비행 속도를 기록한 바 있다. 에어버스사는 X 3 를 개발하면서 고효율 고속 전진비행을 위해 전진비행 시에는 주로터의 회전 속도를 낮추고 프로펠러의 추력을 이용하는 기술을 얻었다. X 3 의 기체는 동사의 AS365N3 헬리콥터의 것을 사용하고 다섯 개의 주로터 블레이드는 EC155의 것을 활용했다. 그리고 기어박스는 EC175의 것을, 엔진은 NH90에 장착되었던 터보메카(Turbomeca)사(현재의 Safran Helicopter Engines사)의 RTM322를 사용했다. X 3 는 총 350 시간을 비행했는데 여기에는 여러 나라의 조종사들이 참여했다. 약 70년 전에 항공기가 음속을 돌파한 역사에 빗대어 에어버스사는 이번에는 비용의 벽을 돌파할 시점이라면서 레이서가 비행거리당 비용을 25% 줄이면서도 속도는 50% 증가하는 목표에 도전할 것이라고 말했다. X 3 개발비는 전액 에어버스사가 부담하였지만 레이서 개발비의 반은 유럽연합에서 지원하고 나머지 반은 에어버스사와 약 40여개의 프로젝트 협력사가 부담하게 된다.

레이서가 X 3 형상과 뚜렷하게 다른 점은 날개 모양과 프로펠러 종류이다. 날개는 상자형 날개(box wing)로서 순항 시에 공기역학적 효율성을 높이고 땅에서 운용 시프로펠러가 사람에게 피해를 입히지 않도록 설계되었다. 보통의 날개 보다 면적이 작아서 성능을 저하시키는 로터로부터 내려오는 바람(downwash)의 영향을 덜 받아 필요 동력이 작아진다. 또한 착륙장치를 날개 밑에 쉽게 접어 넣을 수 있다. 프로펠러는 트랙터(tractor)형인 X 3 와 달리 푸셔(pusher)형을 채택하였다. 상자형 날개로 인해 생긴 공기 흐름 때문에 뒤에 붙어 있는 프로펠러 역시 추력을 생성하는데 필요한 동력이 약 10% 줄어드는 효과가 생긴다. 회전익기 중에서는 세계 최초로 베어링리스 트랜스미션을 장착하여 주로터와 두 개의 프로펠러에 동력을 전달한다. 2대의 RTM322 엔진이 동력을 만들어내는데 비행 중에 에코 모드(eco mode)를 선택하게 되면 1대의 엔진이 정지가 되어 연료를 아끼고 비행거리를 늘릴 수 있다. 물론 필요 시 재빠 르게 엔진을 다시 가동시킬 수 있다. 엔진을 1대만 가동시키면서도 350km/h의 전진 비행 속도를 낼 수 있어 일반 헬리콥터보다 75km/h 정도 더 빠르다. 비행 중 빠르고 효과적으로 엔진을 재시동하기 위해서 고전압(270볼트) 직류 발전기를 장착하며 이는 무게 절감에 많은 기여를 할 것이다. 레이서의 크기는 중형 헬리콥터 크기 정도로 예상되며 이는 동사의 H160, H175와 비슷하다. 레이서의 구조물은 주로 알루미늄으로 제작되고 탄소섬유 스킨을 사용해서 무게와 제작 비용을 줄일 예정이다. 비행조종 시스템의 주요 구성 요소인 작동기는 스마트 작동기를 사용하여 최소 비용을 들이면 서도 플라이 바이 와이어(fly-by-wire) 시스템의 80%에 해당하는 성능을 얻고자 한다.

2016년에 풍동시험을 마친 레이서는 2017년의 예비설계를 거쳐 2018년에 상세설 계를 마치고 2019년에 최종 조립, 2020년에 비행시험 예정이다.

○ 참고자료
- Clean Sky 2 Update, Part1: The Airbus Racer, VERTIFLITE, SEPT/OCT 2017, pp. 26~28 by Mike Hirschberg