비행기가 비행 중에 있을 때 비행기에 작용하는 힘은 양력, 중력, 추력, 항력 크게 4가지다.

항공기에는 유체의 유속과 압력의 관계를 수량적으로 나타낸 베르누이의 정리(Bernoullis theorem)가 적용된다.

즉 단위 시간당 단위 면적당 지나가는 기체의 양은 일정하다는 것이다.

날개 위쪽의 공기의 흐름 속도가 아래쪽의 속도보다 빨라 윗면의 압력(저기압)보다 아래면의 압력(고기압)이 더 커진다.

기체는 고기압에서 저기압으로 흐르기 때문에 날개에는 아래에서 위로 떠받치는 힘이 생기는데 이를 양력(Lift)이라 한다.

양력이 비행기의 무게와 같으면 수평으로 날고, 비행기의 무게보다 크면 상승하고, 작으면 하강 한다.

양력은 비행기를 공중에 떠 있게 하는 항공역학적인 힘이다.

프로펠러가 회전하면서 공기를 밀어내면 공기도 프로펠러를 밀게 되는데 이때 작용-반작용의 법칙 때문이다. 양력과 반작용의 두가지 힘으로 드론이 공중에 뜨게된다.

드론은 프로펠러를 회전시켜 바람을 아래로 내려보낼 때 양력이 발생돼 뜨게 된다. 쿼드콥터(프로펠러 4개) 드론을 보면 이륙을 하기 위해선 4개의 모터가 모두 동일하게 빠르게 회전을 해 중력보다 강한 양력이 발생한다.

반대로 착륙은 4개의 모터의 회전속도를 줄여 양력이 줄어들면서 강한 중력의 영향으로 드론이 하강해 착륙한다.

4개의 프로펠러는 회전방향이 시계방향 2개, 반시계방향 2개씩 각각 회전 한다.

드론의 앞쪽(삼각형부분)에서 왼쪽 프로펠러는 시계방향(오른쪽)으로 회전하고 오른쪽 프로펠러는 반시계방향(왼쪽)으로 회전하며 오른쪽 아래 프로펠러는 시계방향(오른쪽)으로, 아래 왼쪽 프로펠러는 반시계방향(왼쪽)으로 회전한다. 즉 대각선끼리 같은 방향으로 회전하는 것.

전진을 할 때는 앞에 있는 2개의 프로펠러가 조금 천천히, 뒤의 프로펠러가 조금 빠르게 회전해 드론이 앞으로 살짝 기우는 상태로 전진을 하게 되고, 후진 및 좌, 우로 이동 역시 가는 방향쪽으로 약간 기우려진 상태로 비행한다.

드론을 오른쪽으로 회전하고자 한다면 반시계방향으로 도는 프로펠러가 더 빠르게 돌고, 시계방향으로 도는 프로펠러가 좀 천천히 돌면 작용 반작용의 법칙으로 인해 프로펠러가 왼쪽으로 더 강하게 회전해 드론은 오른쪽으로 회전하게 됩니다. 왼쪽으로 회전할 경우에는 이 반대가 되는 것입니다.

드론이 제자리에서 비행 하는 것을 호버링(hovering)이라고 한다. 호버링이 중요한 이유는 장애물 통과 또는 정확한 착지를 하기 위한 가장 기본적인 조종입니다.

항공기의 비행원리는 요(yaw), 피치(pirch), 롤(roii)등 3개의 회전각에 따라 정해진다.

이 축은 항공기 무게중심을 원점으로 각각 세로축, 가로축, 수직축으로 구성되며 각의 운동은 보조익(에일러론), 승강타(엘리베이터), 방향타(러더)의 조각으로 수행된다

신동훈 (사)한국드론산업협회 대전지회장

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