※ 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 712~13일 오하이오 주 신시내티의 듀크 에너지 센터에서 개최되었음


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


심포지엄 개회 직전인 79~11일에는 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 41천 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 통로형항공기가 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 75천만 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’‘N3-X’, ‘ECO-150 ’‘SUGAR Freeze’ 등의 기종을 소개하였음


STARC-ABL은 단일 통로형 여객기에 터보 제트 엔진을 좌우 동체 날개에 각 1개씩, 2개 탑재하는데, 이 엔진으로 대형 팬을 회전시키며 발전기도 돌려 전력을 생산하고이 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 분산형인데, 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 분산형임SUGAR FreezeSUGAR 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


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


가령, 6인승으로 적재 중량 1,200 파운드(544kg), 항속 거리 75 마일(139km)인 모델과 15인승으로 적재 중량 3,000 파운드(1360kg), 항속 거리 400 마일(741km)인 모델이 소개되었는데, 두 기종 모두 터보 일렉트릭형임


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 틸트형회전 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