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아하! 일상 속 과학 <10> 드론은 어떻게 날까

드론의 뛰어난 이동성, 비밀은 짝수 프로펠러에 있다

  • 국제신문
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  •  |  입력 : 2019-09-26 18:46:51
  •  |  본지 19면
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최근 우리나라에서 세계 최초로 꿀벌 대신 드론으로 사과 인공 수분(과수원에서 열매를 잘 맺게 하려고 인공적으로 꽃가루받이를 시키는 일)을 진행했다는 보도가 있었다. 사람이 직접 면봉에 꽃가루를 묻혀 일주일 이상 작업하던 일을 드론이 1시간 만에 해냈다. 산불 진화, 수색작업, 영상 촬영, 인명구조 등 그 역할이 날로 확대되는 드론은 어떻게 하늘을 나는 것일까.
   
지난 7월 부산 강서구 논에서 드론을 활용한 벼 병해충 방제가 시연되고 있다. 국제신문DB
하늘을 날기 위해서는 항력 추력 중력 양력, 이 4가지 힘이 기본으로 작용한다. 중력은 지구가 당기는 힘이고, 양력은 중력에 반해 물체가 뜨게 하는 것이다. 추력은 물체가 원하는 방향으로 나아가는 힘이고, 그 반대로 이를 막는 게 항력이다. 드론은 프로펠러를 이용해서 이 모든 힘을 조정한다. 프로펠러가 빠르게 회전하면 프로펠러 아래쪽의 공기압이 높아지고 상대적으로 압력이 낮은 위쪽으로 뜨는 양력이 발생하게 된다.

드론은 프로펠러 날개가 4개나 6개, 8개 등 주로 짝수로 제작된다. 이를 소위 ‘짝수법칙’이라고 부른다. 바로 뉴턴의 제3 법칙 작용과 반작용이다. 알기 쉽게 헬리콥터를 예를 들어보자. 헬기의 주 회전 날개가 돌면 헬기 자체는 자연적으로 그 반대 방향으로 회전하게 된다. 이를 막기 위해 헬기 꼬리에 작은 회전날개를 달아 몸체가 회전하지 않도록 한다. 드론도 이와 마찬가지다. 우리가 주위에서 흔히 보는 4개의 프로펠러의 경우 모두 같은 방향으로 돌면 드론 몸체가 반작용에 의해 회전하게 된다. 그래서 마주 보는 것끼리 짝지어 서로 반대 방향으로 프로펠러를 회전시켜 기체의 균형을 유지한다. 이것이 짝수법칙의 이유이다.

드론의 가장 큰 장점은 공중의 한 위치에 머무를 수 있다는 것이다. 이를 호버링이라고 한다. 이는 양력과 중력이 같을 때 생긴다. 회전속도가 이때 보다 빠르면 양력으로 드론이 하늘로 올라가고, 속도가 더 느리면 아래로 내려간다. 비행기는 한 위치에 오랜 시간 정지할 수 없지만, 드론은 특정 위치에서 머무를 수 있기에 인간을 대신해 예전에 생각지도 못한 다양한 작업을 할 수 있는 것이다.

그러면 드론이 어떻게 방향을 바꾸며 움직일 수 있을까. 이것 역시 프로펠러에 달려있다. 조종자가 원하는 방향으로 보내려면 그 반대쪽 프로펠러 두 쌍의 속도를 높이면 된다. 그러면 속도가 느린 쪽의 양력이 떨어져 기울어지면서 원하는 방향으로 간다. 드론이 방향을 틀 때 잠시 기울어지는 것이 바로 이 때문이다.

   
국토교통부는 ‘미래드론교통담당관’을 신설했다. 드론을 교통수단으로 이용할 준비를 하는 것이다. 자동차 운전면허처럼 자가드론 운전면허를 필수로 가져야 할 날도 얼마 남지 않은 것 같다.

이은정 부산과학기술협의회 교육연구팀장

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