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연료 절약을 위해 기러기처럼 비행하는 C-17 수송기 군사와 컴퓨터

C-17s Go Surfing, to Save Fuel (기사 링크)

Aviation Week의 Ares 블로그에 올라온 그래험 워윅 (Graham Warwick)의 글로, 미 공군의 보잉 (B-
oeing) C-17 글로브마스터 III (Globemaster III) 전략수송기 2대가 편대 비행으로 10 퍼센트 정도의 연
료를 절약하는 방법을 검증했다는 내용입니다.


ⓒ U.S. Air Force

시험 비행이 지난 9월과 10월에 미 캘리포니아주의 에드워즈 공군기지 (Edwards AFB)에서 실시되었
는데, 이 테스트에서 뒤에서 수송기를 뒤따르는 것이 연료소모를 절약할 수 있다는 걸 보여줬다고 합
니다. 앞서 비행하는 수송기의 윙팁 (wingtip)에서 생기는 와류 (vortex) 안으로 비행하는 방식으로요.

이 시험 비행들은 미 공군연구소 (Air Force Research Laboratory)의 $AVE (Surfing Aircraft Vortices
for Energy) 프로젝트의 일환으로 실시되었다고 합니다.

$AVE의 목적은 C-17의 편대비행 시스템 소프트웨어를 개량해서 자동조종 (autopilot)과 자동조절 (a-
utothrottle)을 사용해서 C-17이 앞서가는 동종 기체의 와류 안으로 들어가 장거리 비행을 가능하게 한
다는 것을 검증하는 데 있다고 합니다.

$AVE는 2000년대 초반에 미 항공우주국 (NASA)이 2대의 보잉 F/A-18 전투기를 이용했던 자동 편대
비행 (Autonomous Formation Flight) 프로그램의 뒤를 잇는 것으로, NASA의 이 프로그램은 10-15 퍼
센트의 연료를 절약하는 가능성을 제시했다고 합니다.


ⓒ NASA

그리고 이 프로그램은 2010년에 미 국방고등연구계획국 또는 DARPA (Defense Advanced Research
Projects Agency)에서 항공역학 혜택을 위한 편대비행 (Formation Flight for Aerodynamic Benefit) 프
로그램으로 이어졌다고 합니다.

DARPA의 프로그램은 2대의 양산형 C-17 수송기를 동원해서 자동조종에 대한 제어 입력을 제공하기
위한 편대 비행 시스템을 사용했다고 하네요.

이 개념이 가능한 이유는 앞서 비행하는 수송기가 일으키는 와류 내부의 상풍류 (上風流, upwash)가
양력 벡터 (lift vector)를 회전시키면서 뒤따르는 수송기 주익의 받음각 (Angle of Attack, 진행방향에 
대한 항공기의 각도)을 증가시키기 때문이라고 합니다.

양력은 항력 (drag)보다 더 큰 규모이기 때문에, 앞서가는 수송기의 윙팁 와류 내부에서 발생하는 작
은 상풍류 각 (upwash angle)은 양력이 크게 증가하지 않으면서 항력을 상당하게 줄여준다고 합니다.
기러기들이 이 방식을 사용한다고 합니다.


ⓒ AFRL

기러기들이 V자 편대로 날면서 앞의 동료가 발생시키는 상풍류 내부에서 날개짓을 한다는 것입니다.
이전까지의 시험 비행들은 정확한 편대 비행이 수동 조종으로 가능하다는 걸 보여줬지만, 이는 공중
급유할 때와 똑같은 집중력을 요구한다고 합니다. 당연히 장기간 지속되면 조종사들이 피로해지겠죠.

그래서 DARPA와 이제는 미 공군연구소가 이러한 편대비행을 자동화하는 데 초점을 맞춰왔다고 합니
다. 그렇게 해서 앞서 비행하는 기체를 뒤따를 때, 조종사의 적극적인 조력 없이 비행하는 위치를 유
지한다는 것입니다.

에드워즈 기지의 시험 비행에서 C-17 수송기는 앞서가는 기체의 4,000 피트나 그 이상의 거리를 두
고 비행했고, $AVE 운용이 와류 내의 심한 난기류를 뚫고 비행해도 수송기 동체와 엔진 수명연한에
영향을 주지않는다는 초기 결론을 확인시켜주기 위해 엔진과 동체 정보도 수집했다고 합니다.


ⓒ AFRL

미 공군은 미 항공수송사령부 (Air Mobility Command)의 수석연구원인 도널드 어브스로 (Donald Er-
bschloe)를 인용해서, 에드워즈 기지에서의 테스트는 $AVE 개념이 항공수송사령부의 안전, 승무원
작업량 및 생존성 기준을 충족시킨다고 밝혔습니다.

미 공군연구소는 $AVE 프로젝트의 다음 단계로 시험 비행을 통해 얻은 정보를 분석하고, C-17 수송
기 외에 다른 기종의 군용기에 같은 개념이 적용될 수 있는 지를 조사할 것이라고 합니다. 기사 내용
은 여기까지입니다. 전공이 아니라서 번역이 엉망진창인 점 대단히 죄송합니다. (ㅠ.ㅠ)

한마디로, 미 공군이 철새들이 V자형 편대로 날아가는 원리를 군용기에도 적용하겠다는 것으로 보입
니다. 이를 통해서 연료를 절약해보겠다는 것이죠. 전투기보다는 장거리 비행이 잦은 폭격기나 수송
기에게 더 적합한 시도 같습니다. 연료를 절약하면 항속거리도 그만큼 늘어나는 장점도 있겠군요.


ⓒ AFRL


사진 출처 - Aviation Week (링크) / 미 공군 홈페이지 (링크)



덧글

  • StarSeeker 2012/10/15 15:26 #

    글로벌맛스타도 역시 윙렛을...
  • dunkbear 2012/10/15 22:11 #

    넵. 이 녀석도 윙릿을 채택하고 있죠. ㅎㅎ
  • 천하귀남 2012/10/15 15:29 #

    그놈의 돈이 웬수인듯...
  • dunkbear 2012/10/15 22:11 #

    개도 안물어가는 그 NOM의 돈!!!
  • 계란소년 2012/10/15 15:32 #

    철새가 되어가는 비행기여
  • 애쉬 2012/10/15 16:02 #

    혹시 철새 정치인들도;;; 정치자금 절감(?)을 위해서 당을 옮기는 것이? +_+
  • dunkbear 2012/10/15 22:11 #

    연료를 절약하기 위해서라면 뭐든 해야하니까요. ㅎㅎㅎ
  • 리뉴얼 중입니다 2012/10/15 15:43 #

    어딜가나 돈이 문제...
  • dunkbear 2012/10/15 22:11 #

    돈 없으면 국방도 못하는 시대니까요.
  • dudwns256 2012/10/15 15:48 #

    기름값이 올라가니 온갖 방법을 동원해서 기름을 절약하려고 애쓰는군요.
  • 언논 2012/10/15 16:34 #

    기름값도 기름값이지만 기름아끼면 전시보급에도 도움이 되겠죠?
  • dudwns256 2012/10/15 17:59 #

    그렇겠네요. 전시에 항상 공중급유가 원활하게 지원이 된다는 보장이 없으니까요.
  • dunkbear 2012/10/15 22:12 #

    기본적으로는 기름값 때문입니다만, 보급도 어느 정도 도움이 되겠죠. ㅎㅎ
  • 애쉬 2012/10/15 15:48 #

    자전거 레이스에서 많이들 쓰는 동력 절약 방법인데 윙팁으로 이걸 개선했군요
    대단하다 싶습니다. ㅎㅎㅎ 거꾸로 자전거 선수들이 앞 선수의 형상에 따른 뒷 선수의 저항 감소를 위한 팀레이스용 헬멧이나 그런게 나오는 건 아닐까 싶기도하구요^^ ㅎㅎㅎ

    자전거 동호인들은 저걸 앞 차의 '피를 빤다'고 표현하더군요

    비행기의 경우는 양쪽의 날개 끝에서 발생하는 소용돌이 모양의 와류에 뒤의 두대가 살짝 얹혀서 연료를 절약하는 것 같네요
    (이 와류로 인한 동력 로스를 줄이기 위해 고안되는 것이 도넛 모양의 날개 랍니다. ...지금의 설계로는 날개 끝 와류(wingtip vortex)가 없어진다는 것 외에는 거의 단점 투성이라 실험기로 나오지도 않고 있지만요 ㅎ)

    upwash downwash는 상풍류, 하풍류라는 전문용어가 있습니다. 날개를 지나간 공기가 위쪽으로 흩어지게 되면 상풍류 반대로는 하풍류라고 하게 됩니다. 주로 날개의 앞쪽에서 상풍류가 발생하고 뒤쪽에서 하풍류가 발생하여 날개의 전후단에 스트레스를 주게됩니다. 이 상풍류, 하풍류 벨런스가 깨지면 양력벡터(즉 비행기를 공중에 띄우는 힘)의 변화가 생깁니다.

    이 실험에서는 앞서가는 비행기의 날개 끝 와류를 뒷 비행기의 상풍류에 더해지도록 하여 양력벡터를 증가 시키고
    증가된 양력 벡터에 맞게 받음각을 낮춰서 연료 절약으로 이끄는 것이지요
    (고정익기는 추진동력을 날개의 받음각(Angle of attack)으로 양력과 추진력으로 바꿉니다. 받음각을 높일수록 양력으로 전환되는 량이 많아서 비행기는 뜨게되고 앞으로 나가는 속도는 더디게 됩니다. 받음각이 낮아지면 추진력의 대부분이 추진에 사용되지만 비행기 하중보다 적은 양력을 발생하게 되면 비행기는 점점 고도가 떨어지게 됩니다. ..... 받음각이 너무 높아져도 추진력이 줄어들어 속도가 줄어들어.... 날개를 통과 하는 공기흐름이 급격히 저하되 버립니다. 이를 실속(stall)이라 하고 추락과 직결됩니다)

    갑자기 웬 항공역학 공부를 하게되네요;;; ㅎ (알고 보면 더 재미납니다;; 이런;; 항덕후)

    본문의 '올려씻음' 보다 '상풍류上風流'로 써주시면 더 자연스럽겠네요.... 번역 수고 많으셨습니다. 이건 어려워요^^ ㅎ 일본식 오덕 한자 조어가 많아서(항공용어)
  • NePHiliM 2012/10/15 16:48 #

    덕분에 잘 이해할수 있었습니다!
  • dunkbear 2012/10/15 22:13 #

    애쉬님의 설명 감사합니다. 지적하신 부분도 고쳤습니다. (^^)
  • 위장효과 2012/10/15 15:55 #

    역시나 "자연은 인간의 영원한 스승"이군요^^. 그노무 석유값이 깡패지...
  • 언논 2012/10/15 16:32 #

    기러기가 미공군에 특허권침해로 손해배상청구하면 재미있겠습니다.
  • dunkbear 2012/10/15 22:14 #

    위장효과님 // 모든 게 다 기름값 때문이죠. ㅎㅎㅎ

    언논님 // 그보다 먼저 철새 중에 어느 새가 특허권을 가졌는지부터 가려야할 듯 합니다. ㅋㅋㅋ
  • 위장효과 2012/10/16 07:53 #

    글쎄...그것보단 천조국 개발진중 어느 곳에서 철새들을 고문하는지 가리는 게 더 빠를 듯 합니다.
  • 가릉빈가 2012/10/15 16:14 #

    자전거나 자동차 경주때도 저걸 이용하죠
    오버테이크 직전까지 앞차를 바로 뒤에서 쫓아 가죠
  • dunkbear 2012/10/15 22:15 #

    자전거와 자동차 경주에서도 적용되는 원리였군요. 처음 알았습니다. (^^;;)
  • 청천벽력 2012/10/17 15:52 #

    조금 다르지 않나요?

    자동차의 경우에는 단순히 앞차가 공기저항을 받아주는 거고

    위 기사의 경우는 앞 기체가 상풍류를 만들어 주는 역할을 하는 것 같은데 말입니다.
  • 언논 2012/10/15 16:33 #

    무인기 기술이 이렇게도 응용되네요. 재미있습니다.
  • dunkbear 2012/10/15 22:15 #

    무인기 기술은 아닙니다. 와류 내를 비행할 때 자동 조종에 맡긴다는 게 더 타당하죠.
  • 최강로봇 도라에몽 2012/10/15 16:44 #

    확실히 수송기는 철새들처럼 조종하면 좋겠지만 그건 인간의 힘으로는 힘든지라 무인기 기술로 대단하네요

    확실히 석유값도 있겠지만 돈 자체가 깡패여... 돈아끼려고 기술이 얼마나 발전되는지...
  • dunkbear 2012/10/15 22:16 #

    - 무인기라기보다는 오토파일럿 기능을 사용한다고 봐야겠죠.

    - 돈이 그만큼 중요한 거 아니겠습니까. ㅎㅎㅎ
  • 계원필경 2012/10/15 16:51 #

    교수님께서 유체역학은 효율성을 위한 학문이라고 하셨는데 그점을 실감하지 않을 수 없는 내용이군요... 그리고 공학의 스승은 자연이라는 점에서도...
  • dunkbear 2012/10/15 22:16 #

    확실히 효율성을 추구하는 분야인 듯 합니다. (^^)
  • 검은하늘 2012/10/15 18:51 #

    자연 모방이 역시 최고 군요.

    옛글에는 항공기동사령부라고 해석하시곤 여기선 왜 항공수송사령부를....
    http://dunkbear.egloos.com/2859517
  • dunkbear 2012/10/15 22:17 #

    - 자연에게서 배울 게 많죠.

    - 처음 번역할 때는 미숙한 점이 매우 많아서 그렇습니다. 양해구합니다. (^^)
  • 검은하늘 2012/10/15 23:14 #

    죄송하실거 까진 없으신데... 영어실력 많이 느셨죠?
  • dunkbear 2012/10/17 09:32 #

    번역한다고 엄청 늘지는 않더군요. 오히려 신경쓸 게 많아져서 더 힘들어졌습니다. (ㅜ.ㅜ)
  • 냥이 2012/10/15 16:59 #

    왠만한 편대비행을 기러기처럼 V자로 하는건 아닌가요? 기사의 요지는 '조종사들이 대형을 유지한것을 기계가 대신하게 된다!!'같은데...
  • 뚱뚜둥 2012/10/15 17:33 #

    그건 조금 다릅니다.
    원래 앞서가는 비행기에서 발생되는 와류를 피해서 비행하는게 기존의 편대비행입니다.
    ->비행기 뒤쪽으로 발생되는 와류에 일부러 들어가는 비행기는 없었습니다. 위험하거든요.

    본문의 내용은 이 와류에 일부러 들어간다는 내용입니다. 물론 그냥 들어가지는 않고 비행에 도움이 되는 특정 위치가 있을겁니다. C-17수송기는 4천피트(=약 1.2km)뒤에서 비행한다고 나오네요.
  • dunkbear 2012/10/15 22:18 #

    냥이님 // 뚱뚜둥님의 설명대로입니다. (^^)

    뚱뚜둥님 // 설명 감사합니다. (^^)
  • Ladcin 2012/10/15 17:08 #

    자연은 인간의 스승이군요. 미국도 예산 절약을 위해 뛰는군요 ㅋㅋ
  • dunkbear 2012/10/15 22:18 #

    - 자연에게서 아직 배울 게 많죠.

    - 미국도 이제 돈이 별로 없거든요. ㅎㅎ
  • 2012/10/15 17:09 # 비공개

    비공개 덧글입니다.
  • 2012/10/15 22:19 # 비공개

    비공개 답글입니다.
  • 2012/10/15 22:33 # 비공개

    비공개 답글입니다.
  • 지나가는 저격수 2012/10/15 19:30 #

    천조국도 마냥 기름을 펑펑써대는 군대가 아니라는거죠.

    저런 방법이 각국에 전파되면 참 볼만할듯.
  • dunkbear 2012/10/15 22:19 #

    - 그만큼 기름값이 올랐다는 의미죠. ㅎㅎ

    - 근데 글로브마스터같은 수송기를 여러대 가진 나라가 드물어서... ㄲㄲ
  • shaind 2012/10/15 20:04 #

    이건 유류를 절약하고 수송량을 늘리는 방법은 되겠지만 항속거리 증가에는 도움이 별로 안 되겠네요.
  • dunkbear 2012/10/15 22:20 #

    아, 그런가요... 기름 절약하면 절약한만큼 거리도 늘어날 줄 알았는데 그건 아니군요.
  • shaind 2012/10/16 00:30 #

    날아가는 거리는 선두에 나는 비행기의 항속거리만큼만 날 수 있죠.
  • 골든 리트리버 2012/10/15 20:29 #

    기러기들도 V자 비행으로 에너지 소비를 10%줄이고 있는데 C-17도 비슷하군요.
  • dunkbear 2012/10/15 22:20 #

    넵. 그런 방식으로 연료를 절약하려고 애쓰는 중입니다. (^^)
  • 셔먼 2012/10/15 23:36 #

    철새들의 생활 방식에서 지혜를 얻는군요. ㅎㅎ
  • dunkbear 2012/10/17 09:21 #

    그렇습니다. ㅋㅋㅋ
  • Eraser 2012/10/16 01:01 #

    앞 차나 앞 자전거에 바짝 붙어서 가면 공기저항을 덜 받아서 추월하는게 좀 더 편해지는데 기러기들 집단 비행하고도 유사점이 있었군요
  • dunkbear 2012/10/17 09:21 #

    그러게 말입니다. 그런 원리가 이제는 군용기에서도 적용되는군요. ㅎㅎ
  • 누군가의친구 2012/10/16 13:13 #

    역시 자연은 위대합니다. 천조국도 자연앞에는...
  • dunkbear 2012/10/17 09:22 #

    인간이야 자연 앞에서는 나약할 뿐이니까요.

    누친님이 사츠키의 슴가 앞에서 나약해지듯이 말이죠. ㅎㅎㅎ
  • 쿠루니르 2012/10/21 13:21 #

    레이싱에서 보던 것을 수송기에서 보다니!
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