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2021년 12월 8일 (수) 12:15 판
헬리콥터(Helicopter)는 로터라고 불리는 날개를 회전시켜서 양력을 얻어 비행하는 형식의 회전익 항공기(Rotorcraft)를 가리킨다. 또한, 헬리콥터는 일반 고정익 항공기(Fixed wing Aircraft)와는 달리 회전하는 로터(Rotor)에서 양력과 추력이 거의 대부분을 얻는다. 헬기(직승기)라고도 한다.
개요
헬리콥터는 회전익을 사용하는 VTOL로서 특히 주 로터를 통해 양력과 추력을 모두 얻는 항공기를 의미한다.
일반적인 비행기는 주익이 고정되어 있어 약간의 움직임만 가능하고(예를 들면 가변익기) 별도의 프로펠러나 엔진의 힘으로 추진되는 반면, 헬기는 엔진의 힘으로 날개 자체를 회전시켜 비행을 한다. 때문에 이 날개는 로터 블레이드라고 불리며, Rotary wing 이라고 불린다.
영어 단어 Helicopter는 나선을 뜻하는 helico-와 날개를 뜻하는 ptero-가 합쳐진 말이다. 한국에서는 흔히 헬기라고 부르며, 어원은 원어인 Helicopter에다 기계를 뜻하는 한자 기(機)를 조합한 것이다. 중국과 북한에서는 직승기(直升機)라고 부른다.
일본에서의 약칭은 ヘリ(헤리). 한편 영어권에서는 '추추추추' 하는 소리 때문에 주로 차퍼(chopper)'라는 줄임말로 부르며, 영국에서는 텔레비전을 텔리, 대학교(University)를 유니라고 부르는 것처럼 헬리콥터를 헬리(heli/hely)라는 애칭으로 주로 부른다. 군이나 항공관련직 종사자들은 '힐로(helo)'라고 부르는 일이 많다. 그렇게 긴 이름도 아닌데 곧잘 줄여서 부르는 이유는 이것을 이용하는 분야가 분야인데다 언급하는 상황도 통신 상황인 경우가 많기 때문이다.
비행기와 비교
비행기는 날개에 어느 속도의 바람이 부딪쳐서 무게를 지탱할 만한 양력(揚力)을 내고 있다. 따라서 어느 속도 이하에서는 양력이 부족하여 무게를 지탱할 수 없게 된다. 즉 이 이상의 속도로 비행해야만 한다는 최소속도(最小速度)라는 것이 있다. 경비행기에서는 최소속도가 시간당 80km 가량이나, 터보프롭의 YS－11 수송기는 매 시간당 135km, 제트 수송기의 최소속도는 시간당 180km∼200km 가량이며, 이 이하의 속도에서는 비행이 불가능해진다. 따라서 적어도 최소속도를 넘어설 때까지는 활주(滑走)를 하여 속도를 내지 않으면 이륙할 수 없으며, 또한 착륙시에도 마찬가지로 긴 활주를 필요로 한다. 고속의 제트기일수록 공기의 저항을 감소시키기 위하여 날개의 면적을 작게 하므로 최소속도가 증가하여 활주거리(滑走距離)는 길어진다. 대형 제트기는 3,000m라는 긴 활주로를 필요로 한다.
이에 비하여 헬리콥터는 팔랑개비처럼 회전날개(로터)를 엔진으로 빙빙 돌려서 양력을 얻고 있다. 그러므로 헬리콥터 자신은 정지하여 있어도 무게를 지탱할 만한 양력은 얻어지는 것이다. 이 점이 비행기와는 전혀 다른 점이며, 최소속도의 제한이 없으므로 이착륙시에 활주할 필요도 없을 뿐만 아니라 공중에서 정지할 수도 있다. 이 특징을 살려서 비행기와는 다른 여러 가지 역할에 사용된다. 그러나 그 반면에 비행기에 비하면 공기저항이 크므로 속도도 낼 수 없으며, 단위 거리당의 연료 소비량도 많다.
구조와 원리
헬리콥터의 회전날개는 큰 프로펠러를 위로 향하게 한 것 같은 것으로, 이것을 엔진으로 돌리면 위로 향하는 양력이 생긴다. 이 경우 공중에서 기체(機體)를 버티게 하는 아무것도 없이 회전날개를 돌리면 그 반동으로 기체가 반대로 돌아간다. 우리들이 손으로 무엇을 밀려고 할 때에는 발로써 몸을 땅에다 버티게 할 필요가 있으며, 발이 미끌어지면 힘을 낼 수 없다. 이와 마찬가지로 공중에서 회전날개를 돌리려면 기체가 역방향(逆方向)으로 돌지 않도록 버티게 하는 것이 필요하게 된다.
이 대책으로는 여러 가지 방법이 있다.
보통의 헬리콥터에서는 꼬리 부분에 작은 회전날개(꼬리돌날개：antitorquerotor)가 옆으로 붙어 있어, 이것의 추력으로 기체의 역회전을 방지하고 있다. 또 같은 크기의 2개의 회전날개를 앞뒤에 장치하고 서로 반대방향으로 회전시켜도 된다. 2개의 회전날개는 그 반동(反動)을 서로 소멸시키므로 기체는 돌지 않는다. 또 2개의 회전날개를 아래 위로 겹쳐 반대 반향으로 돌리는 것도 있다.
헬리콥터에는 비행기에 있는 것 같은 전진력(前進力)을 내는 프로펠러나 제트는 붙어 있지 않다. 그런데도 전진할 수 있는 것은 회전날개가 회전하고 있는 상태에서 조금 앞으로 기울기 때문이다. 이 때에 회전축(回轉軸)을 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.
양력(揚力)은 회전날개면에 직각으로 작용하므로 그것이 앞으로 향하는 성분과 위로 향하는 성분으로 나뉜다.
위로 향하는 성분은 헬리콥터의 무게를 지탱하고, 앞으로 향하는 성분은 공기저항(空氣抵抗)을 이겨내어 전진하는 힘이 된다.
꼬리에 있는 옆으로 향한 회전날개를 전진용 프로펠러와 착각해서는 안 된다.
역사
회전하는 물체에서 양력이 발생한다는 원리 자체는 기원전에 이미 밝혀져 있었고, 레오나르도 다빈치도 꽤 그럴싸한 헬리콥터에 대한 구상을 하기는 했으나, 다 빈치가 구상한 발명품이 다 그렇듯 당시엔 작동에 필요한 동력을 얻을 방법이 없었기 때문에 시제품을 만들지는 못했다. 물론 저 시대에 저런 발명품을 고안해냈다는 것 자체가 시대초월적인 발상이긴 하다.
실물을 제작해서 이륙까지 간 것은 20세기 이후. 각기 다른 사람들의 많은 시도를 했지만 보통 완전한 최초의 비행을 한 헬리콥터로는 프랑스의 폴 코르누(Paul Cornu)가 1907년에 완성하여 20초 정도의 비행을 한 Cornu helicopter(오른쪽 사진3)가 인정된다.
그럼에도 안정적으로 조종이 가능한 헬리콥터의 개발은 어려운 일이었는데, 에스파냐의 기술자 후안 데 라 시에르바가 제작한 오토자이로 덕에 회전 날개 깃의 각도를 변화시켜 조종하는 것이 가능해지면서 헬리콥터는 비약적인 발전을 하게 되었다.
이후 본격적으로 헬리콥터를 군사적 목적으로 사용된 것은 제2차 세계대전 때부터이며, 특히 독일과 미국이 개발하여 많이 사용했다. 1937년, 독일의 설계사 하인리히 포케는 오토자이로를 개조, 두 개의 병렬형 회전날개를 지닌 헬리콥터인 FA-61을 제작했다(사진4). 이것은 수직 상승 및 하강, 전진 및 후진, 제자리 비행을 할 수 있었으며, 몇 개월 뒤 또 다른 독일인인 안톤 플레트너(Anton Flettner 1885 ~ 1961)가 최초의 전정한 헬리콥터, 즉 케이크 거품 솔처럼 맞물린 2개의 큰 깃이 달린 빠른 헬리콥터인 Fl-282 Kolibri를 제작했다.(사진5) 이 두사람은 회전력에 의한 반작용을 막기 위하여 전하는 2개의 회전 날개(병렬로터)를 사용했다. 그러나 1939년, 러시아에서 미국으로 이주한 이고르 시코르스키(Igor Sikorsky 1889 ~ 1972)에 의해 훨씬 간단한 꼬리 회전날개(테일로터)를 고안했고, 시코르스키의 실험기인 VS-300(사진6)는 헬리콥터의 기초가 되었다.
독일은 주로 해군용으로, 미국은 주로 육군용으로 썼으며, 특히 미국의 경우 시코르스키가 개발한 세계 최초의 양산형 헬리콥터인 R-4(위)를 약 400대 가량 사용했다(독일은 대량생산을 하지는 못했다.).
2차대전때도 헬리콥터로 부상병을 실어 나르는 경우가 없지는 않았지만 한국전쟁부터는 본격적으로 부상병 수송용으로 헬리콥터가 쓰였다. 헬리콥터는 활주로가 없이도 아무데나 내릴 수 있다보니 전선의 부상병도 쉽게 후방으로 옮기는 것이 가능했기 때문이다. 흔히 더스트 오프(Dust Off), 또는 메디백(Medevac)이라고 불리는 부상병 긴급후송 덕에 한국전쟁과 베트남전에서 부상자 대비 사망자 비율이 극적으로 줄어들었다. 뭣하면 현장에 남은 병사들에게 보급품을 전달할 수 있기도 하고 여러모로 장점이 많았다. 최초의 헬리콥터 사고도 이때 S-51 드래곤플라이가 영국 항모 아일랜드에 충돌해 수직미익을 날려먹으면서 발생했다.
베트남 전쟁부터는 UH-1 등의 헬리콥터가 종전의 왕복엔진 대신 가스터빈엔진을 사용하였으며, 덕분에 신뢰성과 출력이 비약적으로 향상되어 한번에 여러명의 무장병력을 옮기는 것이 가능해졌다. 이때부터 헬리콥터를 이용한 지상병력 이동이 본격화되었으며, 한편 월남전에서 휴이가 병력을 전개하는 틈을 타 베트콩들에게 공격을 받는데 반격에 한계가 있는 일이 점점 늘어나자 수송 헬리콥터를 호위하기 위한 공격 헬리콥터가 등장하기 시작했다.
2021년 2월 화성에 착륙할 예정인 화성탐사선 퍼서비어런스에는 소형 헬기형 드론(인지뉴어티 헬리콥터)이 하나 탑재되어 있는데, 비행에 성공할 경우 인류 최초로 타 행성에서 날아오른 비행체가 될 예정이다.
2021년 4월 19일 UTC 10시 43분 a.m.(한국 시간 4월 19일 오후 7시 43분) 인지뉴어티의 첫 비행이 성공했다. 나사에서 한국 시간 기준 7시 15분 부터 생중계를 했으며, 비행과 관련된 5가지의 시나리오를 염두해 두었는데, 다행히 첫 시도만에 성공했으며, 약 3미터 가량 상승했다가 착륙했다. 이는 인류 역사상 지구가 아닌 다른 행성에 로켓을 제외한 동력 비행물체를 띄운 첫 번째 사례가 되었다.
종류
- 소방헬기
- 구조헬기
- 닥터헬기
- 무장헬기
- 공격헬기
- 대잠헬기
- 소해헬기
- 멀티콥터
- 오토자이로
- 테일로터
- 탠덤로터
- 틸트로터
용도
헬리콥터는 민간용으로도 널리 쓰이며, 상대적으로 고정익기에 비해 이착륙 지형의 영향을 덜 받고, 공중에 정지해있거나 매우 느리게 날 수 있다는 점 때문에 소방용, 경찰용, 구조용, 환자수송용, 공중촬영용, 인원수송용, 관광용 등으로도 널리 쓰이고 있다. 군용 수송 헬리콥터 역시 공격용, 군수물자 수송 및 공급, 재난 및 유사시 구조 작업, 병력 투입(레펠 및 공수)에 사용되며, 상황에 따라서 소방청과 협력하여 대형 화재를 진압하거나 건설 자재를 공중 수송 하기도 한다. 또한 군용헬기는 손쉽게 민간용 헬리콥터로 개조가 가능하다보니, 적잖은 민간용 헬리콥터가 군용 헬리콥터를 토대로 개발되며, 아예 개발당시부터 군용과 민간용 버전 둘 다를 염두에 두고 개발되는 경우도 있다. 그래서 애초에 전투를 목적으로 한 전투기에 비해 전투 이외의 용도로 다목적으로 사용할 수 있다는 점이 가장 큰 특징이다. 하지만 공격헬기는 말그대로 공격용이기 때문에 제외한다.
특수 임무 부대에서는 헬기를 이용한 레펠, 강하 훈련을 한다. 패스트로프는 헬기에서 줄을 타고 강하하는 것이다.
각종 지형지물에 대한 접근성이 고정익 항공기와는 비교할 수 없이 좋기 때문에 현대의 수많은 오지탐험에는 거의 필수적으로 쓰이고 있다. 험준한 산악지대나 동물도 지나다니기 어려운 밀림 등. 심지어는 에버레스트 산 정상에 착륙한 적도 있다. 별 실용성 없는, 기록세우기 위해 잠깐 착륙한 것이지만. 한마디로 '날아서 가면 된다'를 실현시킨 물건이라 할 수 있다.
참고자료
같이 보기
