설계도만 있으면 원하는 물건을 만들고, 집이 아닌곳에서 집의 온도나 습기를 조절하며, 드론 택시로 출퇴근을 하는 시대가 그리 멀지는 않았습니다. 이미 4차 산업혁명이라 불리는 것들이 많이 진행되고 있죠. 제가 글을 올리는 곳은 '엔조이드론'이라는 드론 전문 커뮤니티죠. 이 글을 보시는 분들중 초심자~전문가 수준까지 다양할텐데
드론의 원리에 대해서는 얼마나 이해하고 계실지 모르겠습니다. 사실 원리가 항상 중요한건 아니지만 우리가 '드론 조종자'라는 타이틀을 가지고 있는 동안은 어느정도 알고 있으면 좋지 않을까 싶습니다.
이번 글에서는 비행체라 불리는 드론, 헬리콥터, 비행기의 원리에 대해서 알아보겠습니다.
참고로 제가 이글을 작성하다보니, 이미 엔조이드론 사이트 내에 드론의 원리를 운영자님께서 자세하게 설명해놓으셨기에 어느 정도 참조했습니다. 엔조이드론 사이트에는 드론에 관한 정보가 생각보다 많으니 많이들 찾아보시면 좋을것 같습니다.
(직접 제작)
모든 비행체에 작용하는 힘들 입니다, 양력(lift)은 위로 들어 올려지는 힘을 뜻합니다. 반대인 중력(weight)는 지구가 당기는 힘을 뜻합니다. 추력(thrust)은 앞으로 밀어내지는 힘을 뜻합니다. 역시 반댓말인 항력(drag)는공기가 뒤로 끄는 힘을 뜻하고요.
아주 당연하지만 양력>중력이면 비행체는 상승합니다. 반대로 중력>양력이면 비행체는 하강하겠죠.
역시 추력>항력이면 비행체는 전진합니다. 항력>추력이면 후진하겠죠.
이건 모든 비행체에 통하는 개념 입니다. 드론말고도요
드론에서의 경우는, 드론의 프로펠러는 왜 짝수개일까요?
드론은 바이콥터(2) 쿼드콥터(4) 헥사콥터(6) 옥토콥터(8)개로 짝수개이며, 프로펠러가 3개인 드론도 있습니다. 트라이콥터라 불리지만 이는 바이콥터(2)와 유사하게 비행하죠. 왜 짝수개인가? 이유는 뉴턴의 제 3법칙인 작용 반작용의 법칙을 활용하기 때문 입니다.
이중 가장 대중적인 드론 형태는 쿼드콥터니 쿼드콥터를 기준으로 설명드리겠습니다.
(출처: 엔조이드론 사이트)
마주보는 프로펠러(대각선) 1쌍은 시계 방향으로, 1쌍은 반시계 방향으로 회전 합니다. 작용 반작용의 법칙을 따른 것 인데요. 이렇게 돌아야만 드론은 호버링을 할 수 있습니다. 만약 프로펠러가 모두 같은 방향으로 회전한다면 드론은 한쪽 방향으로 회전하게 되겠죠. 참고로 이런 이유 때문에 드론의 프로펠러는 도는 방향이 정해져 있습니다. 이를 잘못 끼우면 드론이 상승할 수 없게되죠.
그렇다면 드론이 전진하는 원리는 무엇일까요?
아주 간단합니다.
(출처: 엔조이드론 사이트)
먼저 전/후진 드론의 앞쪽 모터 2개의 속도와 뒷쪽 모터 2개의 속도가 중요합니다.
뒷쪽> 앞쪽이면 앞으로 기울며 전진합니다.
반대인 앞쪽> 뒷쪽이면 뒤로 기울며 후진하고요. [1번째 그림]
좌측 이동, 우측 이동의 경우도 같습니다. 좌측 모터 2개와 우측 모터 2개의 속도로 이루어지며
좌측> 우측이면 우측 이동합니다.
우측> 좌측이면 좌측 이동하게 되는 거죠. [2번째 그림]
잘 이해가 안되시면 그림을 보시면 이해가 쉽습니다.
드론이 회전 하는 경우는 [3번째 그림]
우회전 하는경우 반시계 방향으로 도는 (마주 보는 모터)가 고속으로 시계 방향으로 도는 모터가 저속이면 됩니다.
그러면 당연히 한쪽 방향으로 회전할 수 밖에 없겠죠?
역시 반대의 경우인 좌회전은 반시계가 저속으로, 시계 방향이 고속으로 비행하면 됩니다.
마지막 상승/ 하강은 처음에 말했던 마주 보는 모터 전체(4개)가 고속이면 상승, 저속이면 하강 합니다.
글로 어설프게 설명해서 어려우실 수 밖에 없습니다. 꼭 그림을 참조 하세요.
(사진 출처 = rcgroups.com) 바이콥터
바이콥터는 헬기콥터와 매우 유사한 멀티콥터의 형태 입니다.
(사진 출처 = flickr) 트라이콥터
바이콥터와 원리는 거의 유사합니다.
[1,2번째 사진= 위키피디아] [3번째 사진 dji] 쿼드콥터, 헥사콥터, 옥토콥터
쿼드콥터가 가장 대중화 되어있는 드론 형태며 헥사나 옥토는 주로 방제용으로 많이 사용하죠.
다음 게시글로는 헬리콥터의 원리와 비행기의 원리(베르누이의 원리), 부수적인 부분에 대해서 작성해보겠습니다.
