보라빛 소를 만나기 위한 도약

※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1857호(2018. 8. 1. 발행)에 기고한 원고입니다.

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전기항공기 학회 처음으로 개최, 향후 공중 교통은 아시아가 주역.pdf

◾ 최초의 전기항공기 관련 국제 학회인 ‘Electric Aircraft Technology Symposium(EATS)’가 지난 7월 12~13일 오하이오 주 신시내티의 듀크 에너지 센터에서 개최되었음

▸ EATS(전기항공기 기술 심포지엄)은 AIAA(American Institute of Aeronautics and Astronautics, 미국 항공우주학회)와 IEEE(전기전자학회)가 공동 주최하였음

▸ 심포지엄 개회 직전인 7월 9~11일에는 항공기의 추진 시스템에 관한 AIAA의 국제회의인 ‘2018 AIAA Propulsion and Energy Forum’이 같은 장소에서 먼저 개최되었음

<자료> AIAA

[그림 1] 전기항공기 기술 심포지엄(EATS)

▸ 그러나 전기항공기만을 주제로 한 국제 심포지엄은 이번 EATS가 최초로, 전기 항공기 개발을 추진하는 사람들에게 이번 학회의 개최는 아주 중요한 계기라는 평가

▸ 이번 EATS 국제회의 전에도 AIAA가 주최하는 ‘AIAA SciTech Forum’이나 ‘AIAA AVIATION Forum’ 등 주요 항공우주 분야 학회에서 전동화 기술에 관한 세션이 마련된 바 있음

▸ 전기항공기는 항공우주 분야와 전자 분야가 융합된 새로운 영역인 만큼, 지금까지 별다른 교류가 없었던 두 분야의 연구자와 기술자들이 한 데 모여 논의하고 싶어 하는 요청이 많았는데, EATS는 이런 배경 하에서 개최

◾ 첫날 기조 강연에 등단한 NASA는 미래의 항공기 산업 시장과 전기 수직이착륙기(VTOL)를 이용한 ‘도시항공교통(Urban Air Mobility, UAM)’ 시장을 전망하였음

▸ NASA에서는 항공학 연구 부서(NASA Aeronautics Research Mission Directorate)에서 선진 항공기 프로그램의 책임자로 있는 제이 드라이어(Jay Dryer)가 참석하였음

▸ 그는 2036년까지 시장을 예측하며, 항공기 승객 수는 2017년 약 40억 명에서 2036년에 약 78억 명으로 증가할 것이기 때문에 그 때까지 새로 약 4만 1천 대의 항공기가 필요할 것이고, 시장 규모로는 6조 1천억 달러가 될 것으로 전망하였음

▸ 새롭게 출시될 항공기를 지역별로 보면 아시아태평양 지역이 약 40%를 차지할 것으로 전망했으며, 기종별로 보면 승객 공간의 통로가 하나인 ‘단일 통로형’ 항공기가 전체의 78%를 차지할 것으로 예측하였음

▸ 그는 2030년경에 자동차 정체 등이 극심해지며 메가 시티 등 초대형 도시를 중심으로 UAM(도시항공교통)이 본격화 될 것으로 예상했는데, 맥킨지의 예측을 인용해 2030년에 UAM의 승객 수는 연간 7억 5천만 명에 달할 것이라 말하였음

▸ 이를 지역·도시별로 들여다보면 베이징과 상항이, 도쿄, 자카르타, 마닐라 등 특히 아시아의 메가 시티에서 UAN 이용이 특히 활발할 것으로 예상됨

◾ 이어 NASA가 연구 개발 중인 전기항공기 프로젝트를 소개했는데, 전기항공기의 추진 시스템은 크게 2차 전지의 전력을 이용하거나 이용하지 않는 두 방식으로 나뉜다고 함

▸ 2차 전지의 전력을 사용하지 않는 방식은 터보 제트 엔진(가스 터빈)으로 발전기를 돌려 전력을 만들고, 그 전력으로 모터를 구동하여 팬을 돌리는 ‘Turboelectric(터보 일렉트릭)’이라 부름

▸ 이 터보일렉트릭은 다시 발전기의 전력만으로 모터를 구동하여 팬을 돌려 추진력을 얻는 ‘완전 터보일렉트릭(All Turboelectric)’과 별도의 가스 터빈에서 직접 대형 팬을 돌려 추진력을 얻는 ‘부분 터보일렉트릭(Partially Turboelectric)’으로 나눌 수 있음

▸ 2차 전지 배터리를 사용하는 방식도, 배터리 전원만으로 모터를 구동하여 팬을 돌리는 ‘완전 일렉트릭(All Electric)’ 타입과 가스 터빈으로 돌리는 발전기의 전력과 배터리 전원을 함께 모터 구동에 이용하는 ‘하이브리드(Hybrid)’ 타입의 두 가지로 나뉨

◾ 터보 일렉트릭 타입의 전기항공기로는 ‘STARC-ABL’과 ‘N3-X’, ‘ECO-150 ’와 ‘SUGAR Freeze’ 등의 기종을 소개하였음

▸ STARC-ABL은 단일 통로형 여객기에 터보 제트 엔진을 좌우 동체 날개에 각 1개씩, 총 2개 탑재하는데, 이 엔진으로 대형 팬을 회전시키며 발전기도 돌려 전력을 생산하고, 이 전력으로 모터를 구동하여 꼬리에 탑재한 소형 팬을 돌리는 부분 터보일렉트릭 타입임

▸ N3-X는 완전 터보일렉트릭 타입으로 액체 수소 연료를 써서 터보 제트 엔진을 구동하여 발전기를 돌리고, 이렇게 해서 얻은 30MW급 전력으로 모터를 구동하여 팬을 회전시킴으로써 추진력을 얻음

▸ N3-X는 모터를 구동시키는 팬이 14개 있는 소위 ‘다발 분산형’인데, 이는 1개당 팬의 크기는 작아지지만 팬의 총 면적이 증가해 추진 효율이 높아지는 장점이 있음

<자료> BizBash

[그림 2] 완전 터보일렉트릭형 전기항공기 N3-X

▸ 이 두 기종 외에는 민간업체와 공동으로 개발을 진행하고 있는 것들인데, ECO-150은 미국 Empirical Systems Aerospace와 공동으로 만든 150석 규모의 컨셉 모델로 이 기종 역시 팬과 팬을 구동하는 소형 모터를 고정 날개에 배치한 다발 분산형임▸ SUGAR Freeze와 SUGAR Volt는 모두 NASA가 보잉(Boeing)과 함께 진행 중인 ‘SUGAR(수가)’ 프로젝트를 통해 개발된 것임

▸ SUGAR Freeze는 터보 일렉트릭형이며 SUGAR Volt는 하이브리드형인데, 하이브리드 중에서도 연료로 움직이는 터보 제트 엔진과 배터리 구동 모터의 두 가지 동력으로 팬을 돌리는 ‘병렬형’임

◾ 이상 NASA가 소개한 전기항공기는 중대형 여객기로서 이용을 상정한 것인데, 그 밖의 강연에서는 수~수십 명 정원의 전동 수직이착륙 (VTOL) 기종의 컨셉도 일부 소개되었음

▸ 6인승 모델이 이륙용 회전 날개(로터)와 순항용 회전 날개의 2종류 회전 날개를 갖는 것에 비해, 15인승 모델은 이륙과 순항의 두 가지 역할을 동시에 담당하는 ‘틸트형’ 회전 날개를 갖추고 있음

▸ 틸트형 회전 날개는 이륙 시에 지상에 로터를 수평으로 한 후 지상으로 바람을 일으켜 양력을 얻게 되며, 공중 부상 후에는 로터 부분을 지면에 대해 경사지게 회전(틸트)시킴으로써 수평 방향의 추진력을 얻고 목적지까지 비행하는 기능을 함