와우! 과학

[와우! 과학] 날개와 동체가 하나로…미래의 비행기 BWB

작성 2016.09.17 10:43 ㅣ 수정 2016.09.17 10:43
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▲ 나사의 실험 풍동에서 모형을 점검하는 보잉의 엔지니어. (사진=나사)


항공기 기술은 더 빠르고 더 큰 비행기를 만드는 데 집중해왔습니다. 하지만 동시에 최근에는 친환경적이고 에너지 효율적인 항공기라는 새로운 과제를 부여받았습니다. 항공기가 배출하는 이산화탄소 같은 온실가스와 기타 배기가스는 아직 자동차나 공장에 비해 적긴 하지만, 이것 역시 줄여야 할 필요가 있기 때문이죠. 동시에 연료를 적게 먹는 항공기는 더 경제적인 항공기입니다. 당연히 연료 효율을 높이면 배기가스도 줄이고 연료비도 줄일 수 있겠죠. 항공기 제조사들은 이를 달성하기 위해서 더 효율적인 엔진을 만들고 가벼운 동체를 개발했습니다. 하지만 기존의 기술로는 연비를 높일 수 있는 항공기 개발이 쉽지 않습니다.

나사와 보잉은 현재의 기술적 한계를 돌파하기 위해서 새로운 디자인의 항공기를 개발하고 있습니다. BWB(Blened wing body·동체 날개 일체형 항공기)라고 불리는 이 새로운 디자인은 항공기의 동체와 날개를 분리하지 않고 하나의 거대한 가오리 연처럼 만들어서 동체에서도 비행기를 들어 올리는 양력을 발생시키게 만든 것입니다.

BWB 자체는 완전히 새로운 디자인은 아니라고 할 수 있는데, B-2 스텔스 폭격기처럼 이미 이런 디자인을 채택한 항공기들이 있기 때문이죠. 다만 이번에는 스텔스에 최적화된 디자인이 아니라 연료 소비량 및 소음을 줄이는데 최적화한 디자인의 상용 항공기라는 차이점이 있습니다.

BWB 디자인은 기존의 전통적인 항공기에 비해 대략 10% 정도 연비를 향상시킬 것으로 기대되고 있습니다. 하지만 제작은 물론 항공기 제어가 복잡하다는 문제가 있습니다. BWB의 문제점 가운데 하나는 엔진으로 들어가는 공기의 흐름이 기존의 항공기와 다르다는 것입니다.

기존의 제트 여객기들은 엔진이 날개 밑에 달린 방식이지만, BWB는 위에 올라가 있으므로 동체 때문에 엔진으로 유입되는 공기의 흐름이 바뀌게 됩니다. 물론 이를 극복하기 위해서 B-2 스텔스 폭격기처럼 엔진을 내부에 수납하는 방법도 있지만, 이는 넓은 공간을 확보하면서 진동과 소음을 줄여야 하는 여객기나 화물기에는 적합하지 않은 디자인입니다.

따라서 보잉과 나사는 새로운 풍동 기술을 이용해서 BWB의 동체 상부의 공기의 흐름에 최적화된 엔진과 동체 디자인을 연구 중 입니다. 이를 위해서 전통적인 연기 방법 대신 레이저를 이용해서 공기의 미세한 흐름까지 측정하는 PIV(particle imagery velocimetry)라는 새로운 기술이 사용되고 있습니다. 나사의 랭글리 연구소(Langley Research Center)에서 테스트 중인 모형은 실제 항공기의 6% 정도 크기입니다.


BWB 항공기의 또 다른 장점은 엔진을 위에 올리는 경우 동체가 방음판 역할을 해서 지상에 도달하는 소음이 그만큼 작아진다는 것입니다. 대신 동체 내에서 소음은 더 커질 수 있다는 단점도 있는데, 이를 최소화하기 위한 디자인 역시 같이 연구 중입니다. 동시에 BWB 디자인은 사고 시 내부 승객이 신속하게 탈출하기 어렵다는 단점도 있어 여객기보다는 수송기 목적으로 더 적합하다는 의견도 있습니다.

BWB기는 날개에도 화물이나 승객을 탑승시킬 수 있어 내부 공간이 넉넉한 장점도 같이 가지고 있습니다. 그래서 과거 보잉이 1000인승 대형 BWB 여객기를 만든다는 루머도 있었으나 당시 보잉은 이를 전면 부인했습니다. 여객기로 사용하기에는 앞서 말한 단점도 있었지만, 당시에는 그럴 만한 기술이 없었기 때문입니다. 하지만 BWB기의 장점을 고려하면 보잉이 나사와 손잡고 상용 BWB기 개발에 뛰어든 것도 이상할 게 없는 상황입니다.

아직 성공 여부를 판단하기는 어렵지만, 이들의 시도가 성공한다면 미래적인 디자인을 가진 거대 항공기가 우리 머리 위로 날아다니는 모습을 보게 될 것입니다.



고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

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