헬리콥터에 관해 알아보자

오늘은 헬리콥터에 관해 알아보겠다.

 

헬기 또는 헬리콥터(Helicopter, Chopper)는 대중적인 비행기인 고정익 항공기(Fixed wing Aircraft)와는 달라, 로터(Rotor)라고 불리는 날개를 회전시켜서, 추력과 양력을 얻어서 비행하는 구조를 가지고 있는 회전익 항공기(Rotor craft)를 가리킨다.


역사

18세기 후반에서 19세기 후반에 여러 가지 모형이 고안되었으며. 실험을 수행하였다. 조종사가 탑승하여 실제로 이륙에 성공한 것은 20세기에 들어선 직후이다. 1907년 폴 코르뉴는 약 2m 높이에서 20.25초간 공중에서 정지하는 실험에 성공하였다. 또한, 비행이 가능한 최초의 헬리콥터가 이륙하는 데 성공한 것은 1937년 하인리히 포케가 개발한 포케 울프 FW 61기였다. 1939년 러시아에서 미합중국으로 망명한 이골 시콜스키는 단식 로터에 꼬리 회전익을 갖춘 오늘날의 반 토크 테일 로터 형식의 기초가 된 VS-300을 개발, 첫 비행 하였다. 군용으로는 1940년대 후반 영국령이었던 말레이시아에서 對 게릴라전에 사용되었고 이후 1950년대 초반 한국 전쟁에서도 사용되었으나 1950년대 중반 베트남 전쟁에서 본격적으로 쓰기 시작했다.

헬리콥터의 구조와 원리

헬리콥터의 회전날개는 큰 프로펠러를 위로 향하게 한 것으로, 회전날개를 엔진으로 회전시키면 양력으로 인해 기체가 상승한다. 이 같은 경우 공중에서 기체를 버티게 하는 아무것도 없이 회전날개를 돌리면 그 반동으로 기체가 반대로 돌아간다. 우리들이 손으로 무엇을 밀려고 할 때는 발로써 몸을 땅에다 버티게 할 필요가 있으며, 발이 미끄러지면 힘을 낼 수 없다. 이와 마찬가지로 공중에서 회전날개를 돌리려면 기체가 역방향으로 돌지 않도록 버티게 하는 것이 필요하다.

 
이 방안으로는 여러 가지 방법이 구상되었다.
 

일반적인 헬리콥터는 꼬리 부분에 작은 회전날개가 옆에 있어, 이것의 추력으로 기체의 역회전을 방지하고 있다. 또 같은 크기의 2개의 회전날개를 앞뒤에 장치하고 서로 반대 방향으로 회전시켜도 된다. 회전날개 2개는 그 반동을 서로 소멸시키므로 기체는 돌지 않는다. 또 2개의 회전날개를 아래위로 겹쳐 반대 방향으로 돌리는 것도 있다.

 헬리콥터에는 비행기에 있는 것 같은 전진을 할 수 있는 힘을 내는 프로펠러나 제트는 붙어 있지 않다. 그런데도 전진할 수 있는 것은 회전날개가 회전하고 있는 상태에서 조금 앞으로 기울기 때문이다. 이때 회전축을 기울이는 것이 아니라 회전날개를 회전시키면서 그 회전면에 대한 날개의 각도를 바꾸는 것이다. 앞쪽에서는 이 각도를 작게 하고 뒤쪽에서는 크게 되도록 날개의 각도를 바꾸면, 양력은 앞쪽에서는 작고 뒤쪽에서는 커지므로 헬리콥터는 앞으로 기울어 전진하게 된다.
양력은 회전날개 표면에 직각으로 작용하므로 그것이 앞으로 향하는 성분과 위로 향하는 성분으로 나뉜다.
위로 상승하는 힘은 헬리콥터의 무게를 지탱하고, 앞으로 향하는 힘은 공기저항을 이겨내어 전진하는 힘이 된다.
꼬리에 있는 옆으로 향한 회전날개를 전진용 프로펠러와 착각해서는 안 된다.


대중적인 비행기와의 차이점

일반 비행기는 날개에 어느 속도의 바람이 부딪쳐서 무게를 지탱할 만한 양력을 내는 구조이다. 따라서 일정 속도 이하에서는 양력이 부족하여 비행기의 무게를 버틸 수 없다. 즉 일정 속도 이상으로 비행해야만 한다는 최소속도가 있다. 경비행기에서는 최소속도가 시간당 80km가량이나, 터보프롭 수송기는 시간당 135km, 제트 수송기의 최소속도는 시간당 180km∼200km가량이며, 이 이하의 속도에서는 비행이 불가능해진다. 따라서 적어도 최소속도를 넘어설 때까지는 활주를 하여 최소 속도 이상을 내지 않으면 이륙할 수 없으며, 또한 착륙 시에도 마찬가지로 긴 활주가 있어야 한다. 고속의 제트기일수록 공기의 저항을 감소시키기 위하여 날개의 면적을 작게 하므로 최소속도가 증가하여 활주 거리는 길어진다. 대형 항공기는 약 3km라는 긴 활주로가 필요하기도 한다.

 이에 비하여 헬리콥터는 회전날개(로터)를 엔진으로 회전시켜서 양력을 얻는 구조이다. 그러므로 헬리콥터 자체는 정지해 있어도 무게를 지탱할 만한 양력이 얻어지는 구조이다. 이 점이 일반 비행기와의 가장 큰 차이점이며, 최소속도의 제한이 없으므로 이착륙 시에 활주로가 필요 없을 뿐만 아니라 공중에서 정지할 수도 있다. 이 특징을 살려서 일반 비행기와는 다른 여러 가지 역할에 사용된다. 그러나 그 반면에 일반 비행기에 비하면 공기저항이 커서 빠른 속도를 낼 수 없으며, 거리당 연료 소비도 많다.

 
형태에 따른 분류

헬리콥터는 형태에 따라 하나의 주 회전익(Main Rotor)과 하나의 꼬리 회전익(Tail Rotor)을 갖는 단식 주 회전익 헬리콥터(Conventional Helicopter)와 좌우 주 회전익 두 개를 가지는 사이드 바이 사이드(Side by Side) 헬리콥터, 두 개의 앞뒤 주 회전익을 가지는 탠덤(Tandem) 헬리콥터, 주 회전익 두 개가 동축을 이용하여 서로 반대로 회전하는 동 축 반전(Coaxial)형 헬리콥터, 두 개의 회전익이 서로 교차하는 교차 반전(inter meshing rotors) 헬리콥터가 있으며, 추력을 증가시키기 위한 보조장치를 부착한 복합형 헬리콥터(Compound Helicopter)와 양쪽 날개에 배치된 회전익을 비행 중에 기울일 수 있는 틸트 로터(Tilt rotor)가 있다.
 

대중적인 헬리콥터

헬리콥터는 작은 면적에서 이착륙이 가능하고 복잡한 지형을 따라 느린 속도로 비행이 가능하며 한곳에 머무를 수 있는 특징이 있어서 인명 구조, 경찰 업무, 화재 진압 등 다양한 용도로 사용된다.

 
군용 헬리콥터

헬리콥터는 특유의 비행 원리로 말미암아 일반 항공기와 다른 비행 특성을 가진다. 특히 수직 착륙, 수직 이륙, 공중 정지나 전후좌우로 기동하는 능력이 있으므로 지상전과 조합한 형태의 전술에서 핵심으로 사용된다. 그러나 회전익으로 모든 추력과 양력을 얻는 특성상 다양한 종류의 대공화기에 취약해서 최근 중무장한 공격용 헬리콥터는 생존 가능성을 제고하고자 중장갑과 함께 항공 전자 장비를 장착하여 취약점을 보완한다.