디스크 로터 하이브리드 헬리콥터.                                            출처 : www.boeing.com

　1980년대 텔레비전에서 방영돼 큰 인기를 누렸던 미국 드라마 ‘출동 에어울프’에서는 음속(시속 약 1200㎞)보다 빠르게 비행하는 헬리콥터가 등장한다. 그 당시 많은 시청자는 상상을 초월하는 성능에 감탄했지만 실제로 헬리콥터의 초음속 비행은 구조적으로 불가능하다.

　헬리콥터는 수직 이착륙이나 공중에 정지할 수 있는 장점에도 불구하고 기동이나 이착륙에 필요한 힘을 발생시키는 특유의 회전날개 때문에 고정된 날개를 가진 비행기와 달리 최대 비행속도가 시속 500㎞ 이하로 제한된다. 그 이유는 속도가 증가할수록 발생되는 제트 기류가 회전날개 주변의 공기 흐름을 흐트려 안정성을 크게 위협하고, 특히 음속을 넘어설 경우 발생되는 충격파가 회전날개를 부러뜨릴 수 있기 때문이다.

　이런 항공역학적 문제점을 줄이기 위해 고속비행 시에는 회전날개를 접고 비행기와 같이 고정된 날개로 비행하는 개념이 도입됐다. 헬리콥터와 비행기의 기능이 결합된 하이브리드 헬리콥터는 고속비행 시 동력을 회전날개에서 두 개의 고정날개에 전달시킴으로써 비행기와 같이 효율적으로 기동할 수 있다.

　이러한 아이디어는 62년 독일 저스트 박사가 제기한 이래 90년대에도 고속 비행기와 헬리콥터의 기능을 결합한 유사한 개념이 미 항공우주국(NASA)에 의해 연구돼 이론적으로 헬리콥터의 초음속 비행이 가능할 것으로 예견됐다.

　하이브리드 헬리콥터의 가장 큰 장점은 각 비행 단계에서 다른 어떤 유형의 항공기보다 안전하다는 점이다. 만약 이륙이나 상승 때 엔진이 고장 난다면 동력 없이 자동 회전하는 회전날개가 안전한 착륙을 유도할 수 있으며 고속으로 항속 비행할 때 엔진이 고장 날 경우 회전날개를 펴서 동력 없이 자동 회전하는 힘만으로 비상착륙을 할 수 있다. 조종사는 단지 회전날개 동작 버튼을 눌러 유체의 흐름을 조절하기만 하면 된다.

　미 국방부 산하 국방고등연구계획국(DARPA)은 2008년부터 보잉 사와의 공동연구를 통해 이와 같은 개념의 미래형 하이브리드 헬리콥터 개발을 추진하고 있다. 이 프로그램의 주요 목표는 효율적인 정지비행과 고속비행이 가능하고, 비행모드 전환 시 회전날개에서 고정날개로 원활한 동력전달이 가능한 신개념의 헬리콥터를 개발하는 것이다.

　이 항공기는 중앙동체에 회전날개를 집어넣을 수 있는 원형의 디스크가 있고, 꼬리날개가 없는 형태로 평상시에는 회전날개를 사용해 이륙과 착륙이 가능하다. 또 디스크 안으로 회전날개를 넣으면 헬리콥터 비행모드에서 비행기 항속모드로 전환돼 두 개의 고정 날개로 공기저항을 적게 받으며 장거리 고속순항이 가능하다. 고속비행(시속 550∼730㎞)과 수직 이착륙 및 정지비행, 그리고 중력가속도 4g까지 기동이 가능한 이 항공기는 탐색과 구조임무 수행 시 생존성, 기동성 및 즉각 대응능력을 제공해 기존 헬리콥터가 갖고 있는 단점을 메워 줄 것으로 군은 기대한다.

　올여름에는 20% 축소된 모형으로 풍동시험을 실시, 비행모드 간 원활한 동력전환 가능성을 확인할 예정이다. 비행속도가 음속을 돌파하기 위해서는 넘어야 할 기술적인 난제들이 많지만 추억의 드라마 ‘출동 에어울프’처럼 초음속으로 날아다니며 열추적 미사일을 따돌리고 적 전투기와 교전이 가능한 꿈의 헬리콥터가 머지않아 등장할 전망이다.

　<오광운 국방기술품질원 선임연구원>