해외과학 기술 동향
2013-10-31
항공기 여행은 빠르고 편리하지만, 매년 전 세계적으로 수백만 번의 이착륙을 하는 항공기에서 나오는 배기가스는 지구의 건강에 영향을 미치고 있다. 다행히 캐나다 라이어슨 대(Ryerson University)의 한 연구원이 항공기를 좀 더 환경 친화적으로 만드는 방법을 연구하고 있다.
라이어슨 대 항공우주공학과 교수인 제프 시(Fengfeng(Jeff) Xi)는 캐나다 자연과학 및 공학 연구협의회(Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada)로부터 형상 변형하는 항공기 날개에 대한 자신의 연구를 지원하는 자금을 지원받고 있다.
기존의 항공기 날개는 제프 시 교수의 형상 변형 날개와 비교하여 고정적이다. 즉, 기존의 날개는 열리고 닫히는 플랩(flap: 항공기 날개의 뒷부분에 붙어 있는 고양력 장치)과 슬랫(slat: 항공기 날개의 앞쪽에 붙어 있는 고양력 장치)과 같은 고양력 장치(high-lift device: 항공기 날개의 양력을 증가시키기 위하여 날개의 면적을 늘리거나 날개 캠버를 변형시키는 장치)를 제외하고 이륙, 상승, 순항, 하강, 착륙 등과 같은 모든 비행 단계에서 고정된 형상을 유지한다. 그러나 이것은 공기역학적으로 최적이 아니라고 제프 시 교수가 말했다.
고정된 형상의 날개는 저항을 줄이는 데 효과적이지 않다고 제프 시 교수가 강조하였다. 항공기가 비행 중에 더 많은 저항을 경험한다면 더 많은 연료를 사용하게 되고, 결과적으로 이것은 더 많은 공기 오염을 발생시킨다. 특히 고층 대기(upper atmosphere: 지면으로부터 떨어진 높은 곳의 대기를 말한다. 대류권을 하층 대기라고 하는데 반해, 성층권과 중간권을 중층 대기, 열권을 상층 대기 또는 고층 대기라고도 함.)에서의 오염 물질 배출은 기후 변화에 기여할 뿐만 아니라, 결국 지상에서 많은 사람들을 너무 이른 사망으로 몰아넣는다.
미국 매사추세츠 공대(MIT: Massachusetts Institute of Technology) 스티븐 배럿(Steven Barrett) 교수의 2010년 연구에 따르면, 항공기 배기가스의 독성 오염 물질은 전 세계적으로 연간 최소한 10,000명을 사망에 이르게 하였다. 세계 보건 기구(WHO: World Health Organization)의 보고서에 따르면, 대기 오염으로 인한 사망자의 다수는 폐암과 같은 심혈관 및 호흡기 질환에 기인한다.
분명히 위험성이 높다. 특히 항공기 여행에 대한 의존성이 점점 높아지고 있다는 측면에서 그 문제는 더욱 심각하다. 예를 들어, 미국의 연방 항공국(FAA: Federal Aviation Administration)에 따르면, 전 세계 항공기 여행은 2032년까지 거의 두 배로 증가할 것으로 예상된다.
환경 친화적 항공기 여행의 도입 필요성을 지원하기 위하여 제프 시 교수는 라이어슨 대 항공공학과 학과장인 폴 월시(Paul Walsh)를 포함한 교수 공동연구자, 대학원생, 학부생 등과 협력하여 모듈형 항공기 날개의 시제품을 개발하고 있다. 이 모듈형 항공기 날개는 경량의 재료를 사용하고, 각각의 비행 단계에서의 고유한 공기역학적 요구에 맞추어 그 형상을 변환할 수 있다. 그 결과 저항을 줄이고, 연료 소비 및 배출가스를 감소시킬 수 있을 것이다.
연구진은 미국 상표특허청에 이 혁신적인 가변 형상 항공기 날개에 대한 설계를 특허 출원하였다. 이 기술은 항공기 날개의 길이 방향을 따라 움직이는 튼튼한 들보(beam)에 의하여 지지되는 이동 가능한 여러 개의 구획으로 구성되며, 기내 상황을 감시하는 항공기의 내장 컴퓨터에 의하여 작동된다. 이 내장 컴퓨터는 항공기 날개를 더 공기역학적으로 만들기 위하여 필요에 따라 형상을 바꾸고 새로운 배치를 형성하도록 항공기 날개에서 각 모듈의 변형을 통제한다.
지금까지 이 모듈형 항공기 날개 시제품은 라이어슨 대의 조지 배리 공학 및 전산 센터(George Vari Engineering and Computing Centre)에 위치한 제프 시 교수의 가변 구조 시스템 연구실(Reconfigurable System Laboratory)에서 시험되고 있다. 제프 시 교수는 향후 이 항공기 날개 시제품을 대형 풍동(wind tunnel: 비행기 등에 공기의 흐름이 미치는 영향을 시험하기 위한 터널형 인공 장치)에 넣어 시험할 계획이다.
키워드 : 초공기역학, 날개, 항공기
