| 항공기의 날개 분류 | ||
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<colbgcolor=#CCC,#999><colcolor=#000,#FFF> 위치 구분 | 고익 · 중익 · 저익 |
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| ※참고: 날개 / 항공기 관련 정보 | ||
1. 개요
▲ 2021년 영화 듄에서 묘사된 오니솝터
비시즈를 이용한 듄(2021) 오니솝터를 구현 된걸로 기동 비행 시뮬레이션 및 오니솝터의 비행 방식 간단 설명 영상.
Ornithopter
비행기 중 새나 곤충 처럼 날개짓으로 비행하는 형태를 이르는 용어. 동물의 비행법을 모사한 만큼, 매우 오래전부터 고안된 비행 형태 중 하나이다.
2. 상세
인간이 본격적으로 비행하기 이전에 하늘을 날았던 생물은 새나 곤충밖에 없었으므로, 인간이 비행을 모방하기 위해서 택했던 가장 쉬운 방법은 새의 날갯짓을 따라하는 방법이었다. 이카로스의 날개는 날갯짓을 한다는 측면에서 보면 비록 전설이긴 하지만 원시적인 오니솝터로써 볼 수도 있다. 레오나르도 다 빈치의 스케치 중에 이 오니솝터의 설계도가 있다. 최초의 글라이더를 개발한 오토 릴리엔탈 역시 손으로 움직이는 동력장치를 부착한 글라이더를 만들고자 시도한 적이 있다.하지만 기술과학이 발달한 후, 날갯짓을 하면서 인간을 태우고 날 정도의 양력을 얻으려면 어지간한 동력으로는 역부족임이 증명되었다. 가령 조류는 비행을 하기 위해 인간의 20배가 넘는 비율의 가슴 근육을 가지게끔 진화했으며 이마저도 체력을 아끼려 활강을 자주 한다. 신체도 가벼움을 유지하려 속이 빈 뼈, 소화 직후 바로 배설물을 배출하는 소화기 구조를 가진다. 거기다, 유체역학적으론 새와 곤충의 움직임을 완벽히 모방한다고 해도 유체의 점성 때문에 날개의 크기가 달라지면 비행할 수 없을 수도 있다는 결과가 나오며,어찌저찌해서 이러한 문제를 완벽히 해결해도 메커니즘에서 필연적으로 발생하는 기계적 응력을 버텨줄 재료를 찾는 것까지 재료공학적으로 파악해야 한다. 예를 들어, 독수리, 참새, 벌새, 잠자리, 벌 이 5가지 생물체들은 크기 차이로 인해 비행하기 위해 수행하는 생물적 메커니즘이 전부 다르다. 즉 잠자리의 구조를 모방한 비행체를 제작한다 해도 메가네우라정도 크기만 돼도 현생 잠자리와는 비행 원리가 달라질 것이고, 사람이 탈 크기쯤 되면 아예 이륙도 못할 수 있다는 것이다.
결국 기계적, 공학적으로 새의 움직임을 모사해 비행하기는 인류가 생각했던 것 이상으로 까다로웠고, 때문에 이를 활용한 교통수단의 개발 시도는 전부 실패하였다. 이후 고정익기의 폭발적인 발달[1] 과 함께 회전익기, 멀티콥터 등 다른 방식의 비행 형태가 개발되자 유인 비행체로써의 오니솝터 연구는 사실상 소멸해 지금은 소형 드론(무인기)의 주익 연구에만 쓰이고 있다.
오니솝터는 특성상 날개의 내구도나 구동부의 신뢰성이나 제작의 용이성 등에서 효율이 떨어지지만, 만약 상용화된다면 고정익기와 비슷한 속도와 높은 연료효율[2]을 가지면서도 헬리콥터의 높은 기동성능을 섞은 듯한 고받음각 자유비행이 가능해지게 된다. 더군다나 고기동성, 저소음, 비행특성에 의한 위장효과[3] 때문에 군사용 무인기 설계로도 안성맞춤인지라, KAIST, 한국교통대학교 등의 여러 대학교 차원에서도 연구되고 있는 주익 형태이다. 다만 상술한 기술적 복잡성 + 멀티콥터 기술의 발달 때문에, 현재는 경량에 무거운 짐을 싣지도 않는 소형 고무동력기나 RC 정도로나 만들어지는 정도이다.[4] 일단 기네스북에 따르면 세계에서 가장 오래 비행한 오니솝터는 1회 충전으로 2시간 34분을 비행했다. #
| 현실 오니솝터 예제 |
사실 비행생물이 날갯짓을 하게 되는 건 360도로 일정 방향으로 계속 회전을 시킬 구조를 생물 구조에서 만들기가 불가능에 가깝기 때문이다. 특히 관성이라는 문제 때문에 비행체/양력 발생 장치의 크기와 질량이 커질수록 위아래로 왕복시키는 것보다 일정 속도로 축을 회전시키는 것이 훨씬 효율적이다. 큰 날개로 유명한 알바트로스도 10kg의 체중으로 비행하기 위해 날갯짓도 거의 못 하고, 상승기류를 타서 활공하는 것이 주 비행법이다.
다만 독특한 느낌을 주어서 SF 작품에서 가끔 나오기도 한다. 프랭크 허버트의 듄(Dune) 등을 꼽을 수 있다. 원작에서는 새처럼 날개를 퍼덕이는 비행체로 묘사되며, 사실 날갯짓은 보조이고 주 추진력은 제트 엔진이다. 문서 상단에 링크된 2021년작 영상화 버전에서는 잠자리를 모티프로 한 기체가 등장했다.
천공의 성 라퓨타에 나온 플랩터도 오니솝터에 해당한다. 미야자키 하야오는 벌레의 움직임을 모방한 기체를 새를 뜻하는 orni-가 붙은 이름으로 부를 수 없다며 플랩터라는 이름을 고안했다고 한다.
스타워즈에서도 카쉬크 행성의 우키들이 오니솝터 방식 비행체를 사용한다.
게임 워 썬더의 만우절 이벤트에서 묘사한 오니솝터의 비행.[5] 어째서 오니솝터가 군용으로 쓸모가 없는지도 제대로 입증했다는 평이 붙었는데, 현대의 헬기들과 달리 대공기관총 한발만 스쳐도 한쪽 날개가 찢겨져 자세제어 불능에 빠져 추락한다. 다만 듄 세계관에서 홀츠만 쉴드라는 에너지 방어막이 존재하며, 사람뿐만 아니라 군용 오니솝터와 같은 기계들에도 적용되어 날개를 포함 선체를 보호하고 있다.
Warhammer 40,000에서 아뎁투스 메카니쿠스는 아케이옵터라는 오니솝터를 운용한다.
[1]
라이트 형제의 플라이어 1호 비행(1903)과
F-22의 비행(1997)은 단 94년밖에 차이나지 않는다. (길다고 느껴지는가? 날동물이 날기 위해 진화를 거듭한 시간은 기본 10억 년 이상 걸렸다.) 라이트 형제 중 더 오래 생존했던 오빌은 초음속 시대를 직접 목도하기도 했다.
[2]
새와 곤충이 날갯짓을 하는 이유가
진화생물학적으로 가장 단순하고 에너지 효율이 뛰어났기 때문이다.
[3]
멀리서 보면 새나 벌레가 날아다니는 것 같기 때문에 위장에 용이하다는 것.
[4]
달리 말하면 간단히 날 수 있는 소형 드론 정도는 만들 수 있다는 얘기. 문제는 이 정도 가지고는 제대로 된 장비(예컨대 카메라, 광학장비, GPS 등)를 집어넣어 쓸만하게 만드는 것조차 힘들다. 고작해야 구동계하고 배터리 집어넣으면 꽉 찬다.
[5]
이벤트 자체가
듄 시리즈의 오마주격 성격이라 영화
듄(2021)의 오니솝터를 참고한 것으로 보이는데, 영화의 오니솝터는 좌우 4쌍 총 8엽인 반면 이쪽은 반 줄어서
잠자리처럼 좌우 2쌍 총 4엽이다.