비행 중인 오토자이로 사진
항공과 직접 관련이 없는 대부분의 사람들이 이 비행 기체를 하늘에서 보거나 지상에 서 있는 것을 보면, 아마도 이렇게 생각할 것입니다. “귀여운 헬리콥터 같네!” - 이렇게 생각하면 곧바로 잘못된 판단을 하게 됩니다. 외형적인 유사성은 실제로 여기에서 끝납니다. 헬리콥터와 오토자이로의 비행 원리는 완전히 다릅니다.
오토자이로는 어떻게 비행하는가
헬리콥터는 양력과 추진력을 회전 날개(메인 로터)의 회전에 의해 생성합니다. 이는 하나 이상의 엔진에서 복잡한 변속기를 통해 끊임없이 동력이 전달됩니다. 플레이트 조작 장치는 회전 날개의 평면을 조정하여 원하는 방향으로 비행하며, 속도를 조절하고 조종할 수 있도록 합니다.
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모터 패러글라이더와 에어슈트에 대한 이야기는 이곳에서 확인하세요 . 부드러운 날개와 엔진을 사용하는 기체들에 대해 알아보세요.
오토자이로의 비행 모습
오토자이로의 구조와 작동 원리는 전혀 다릅니다. 오히려 비행기(글라이더나 모터 델타플랜)와 더 비슷하다고 볼 수 있습니다.
양력은 상대 공기의 흐름에 의해 생성되며, 여기서 날개의 역할은 자유롭게 회전하는 로터가 맡습니다. 전방 또는 후방에 위치한 추진 엔진은 기체에 전진 운동을 제공합니다. 로터를 회전시키는 것은 단지 상대 공기의 흐름입니다. 이 원리는 ‘자이로 오토로테이션’이라 불립니다.
이 원리는 의심할 여지 없이 자연에서 영감을 받은 것입니다. 일부 나무(단풍나무, 보리수)의 씨앗은 독특한 프로펠러를 가지고 있습니다. 씨앗이 나무에서 떨어져 나올 때, 공기 저항으로 인해 이들의 ‘로터’가 회전하면서 씨앗은 비교적 오랜 시간 동안 활공할 수 있어 나무로부터 멀리 떨어진 곳까지 이동할 수 있습니다. 결국 중력에 의해 땅에 닿게 되지만, 인간의 독창성으로 이런 비행을 조종할 수 있는 방법을 찾는 것이 과제로 남아 있습니다.
오토자이로는 초기 비행 단계에서 로터를 회전시키기 위해 엔진 동력이 잠시 사용됩니다. 이후에는 짧은 활주 후 이륙합니다. 그 후 법칙에 따라 자이로 오토로테이션 원리가 작동하며, 로터는 완전 독립적으로 회전하면서 착륙 시점까지 충실히 작동합니다. 특정 각도에서 배치된 로터는 비행에 필요한 양력을 만들어냅니다.
이 비행 기체의 역사
오토자이로 개발 역사
자이로 오토로테이션 원리의 연구와 실질적 응용을 처음으로 시도한 인물은 스페인의 엔지니어 겸 설계자 후안 데 라 시에르바였습니다. 비행기의 발전이 이제 막 시작되던 시기에 항공기를 제작하던 그는 자신의 설계 중 하나였던 3엔진 복엽기가 사고로 파괴되자, 아직 연구되지 않은 항공 부문에 완전히 몰두하게 되었습니다.
그는 풍동 실험을 거쳐 자이로 오토로테이션 원리를 이론적으로 정립하고 정의했습니다. 1919년에 첫 모델이 설계 도면을 통해 제작되었고, 1923년에는 오토자이로 C-4가 처음 하늘에 올랐습니다. 이 기체는 기본적으로 비행기 형태의 동체에 날개 대신 로터를 장착한 구조였습니다. 여러 가지 개선 후, 이러한 기체의 소규모 생산이 프랑스, 영국, 미국에서 이루어지기까지 했습니다.
최초의 소련 오토자이로 КАСКР-1
소련 항공기 설계자들도 거의 동시에 비슷한 연구를 진행했습니다. 중앙 항공 연구소(CAGI) 내 특별 구조부(OOK)에서 자체적인 오토자이로 개발이 이루어졌습니다. 그 결과, 1929년에 최초의 소련 오토자이로 КАСКР-1이 처음 하늘을 날았습니다.
이 기체는 젊은 엔지니어 그룹에 의해 설계되었으며, 해당 그룹에는 향후 ‘카’ 시리즈 헬리콥터의 저명한 설계자가 되는 니콜라이 일리치 카모프도 포함되어 있었습니다. 흥미로운 점은 카모프가 자신의 설계 비행 기체의 비행 실험에 거의 항상 직접 참여했다는 것입니다.
КАСКР-2는 이보다 더 완벽하고 신뢰할 수 있는 기체로 완성되었으며, 1931년 5월 호딘스키 공항에서 열린 정부 위원회 시연을 통해 입증되었습니다.
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추가적인 연구와 설계 개선은 R-7이라는 이름의 시리즈 모델로 이어졌습니다. 이 장치는 날개형 오토자이로 방식으로 설계되어 로터의 부담을 크게 줄이고 속도 성능을 향상시킬 수 있었습니다.
믿기 어려울 수 있지만, 바로 이 R-7이 1934년에 시속 220km라는 당시 기준으로 이 클래스의 항공기 속도 신기록을 세웠습니다. 이 기록은 아직도 깨지지 않았습니다!
니콜라이 카모프(N.I. Kamov)는 자신의 장치를 설계하고 개선하는 것뿐 아니라, 실질적인 응용 방안을 지속적으로 모색했습니다. 이미 그 시절 R-7 오토자이로는 농업지대에 대한 약제 살포에 사용되었습니다.
1938년 파파닌의 첫 북극 탐험대가 떠내려가던 얼음 덩어리에서 구출되는 구조 작전 중, 쇄빙선 **“예르막(Ermak)”**에는 비행 준비가 끝난 R-7이 실려 있었습니다. 비록 이러한 갑판 항공기의 지원이 필요하지는 않았지만, 그것은 기계의 높은 신뢰성을 입증하는 사건이었습니다.
안타깝게도 제2차 세계대전은 이 분야의 많은 설계 작업을 중단시켰습니다. 이후 헬리콥터 기술에 대한 집중적인 관심은 오토자이로를 뒷전으로 밀어냈습니다.
오토자이로의 전투 활용
오토자이로 A-7-ZA
지난 세기 전반, 특히 군사화가 극심했던 그 시기에는 어떤 신기술도 군사적 용도로 고려되었습니다. 오토자이로도 이 운명을 피할 수 없었습니다.
첫 번째 전투용 날개 회전식 항공기는 바로 R-7이었습니다. 이 항공기는 750kg의 유용 적재량을 공중에 들어 올릴 수 있는 능력 덕분에, 3개의 기관총, 사진 촬영 장비, 통신 장비 및 소형 폭탄 세트를 장착할 수 있었습니다.
A-7-ZA 오토자이로 전투 비행대는 5대의 기체로 구성되어 옐냐 돌출부(Yelnya Salient) 전투에 참가했습니다. 그러나 당시 적군이 공중에서 절대적인 우위를 점하고 있었기 때문에, 이러한 느린 기체는 낮 동안 실질적인 정찰을 수행하지 못했고, 주로 밤에, 특히 적군 진지 위에 선전물을 흩뿌리는 용도로 사용되었습니다. 의미심장한 점은 비행대의 기술자가 M.L. 밀(Mikhail Mil), 즉 후일에 “Mi” 헬리콥터 시리즈를 설계한 공학자였다는 사실입니다.
오토자이로는 적국도 사용했습니다. 독일의 잠수함 함대는 **“포케찰리스(Focke-Achgelis) FA-330”**라는 무동력 장치를 특수 제작했는데, 본질적으로 이것은 연 날리기 방식의 오토자이로였습니다. 이 기체는 몇 분 만에 조립이 가능했고, 로터를 인위적으로 회전시켜서 잠수함이 최대 속도로 이동하는 동안 최대 220미터 높이까지 날아올랐습니다. 이 고도에서는 반경 50km까지 관찰할 수 있었습니다.
영국 또한 대담한 시도를 했습니다. 북부 프랑스 침공을 준비하면서, 그들은 아예 오토자이로와 군용 지프를 결합해, 대형 폭격기에서 공수 작전에 투입하려는 계획을 세웠습니다. 이러한 실험이 상당히 성공적이었음에도 불구하고, 문제는 결국 철회되었습니다.
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오토자이로의 장점과 단점
세르기예프포사드에서 제작된 핸드메이드 오토자이로
오토자이로 제작자들은 항공기나 헬리콥터에서는 해결하기 어려웠던 여러 안전성과 경제성 문제를 해결할 수 있었습니다:
순항 엔진 고장의 경우, 런던 기체가 속도를 잃더라도 실속과 나선 강하를 피할 수 있습니다.
로터의 자회전은 전진 운동이 완전히 상실되었을 때도 부드러운 착륙을 가능하게 합니다. 참고로, 이 기능은 헬리콥터에서도 응용되어 비상 상황에서 자회전 모드가 작동합니다.
이륙 거리와 착륙 공간이 짧습니다.
열류와 난기류에 민감하지 않습니다.
경제성이 뛰어나며, 제작이 간단하고, 생산 비용이 상당히 저렴합니다.
항공기나 헬리콥터보다 조종이 훨씬 간단합니다.
풍속이 초속 20미터 수준일 때도 정상적으로 작동합니다.
그러나 물론, 여러 단점도 있으며, 이것을 보완하기 위해 열정적인 설계자들이 끊임없이 연구하고 있습니다:
착륙 시, 특히 꼬리 안정 장치가 약한 모델에서는 전복 가능성이 있습니다.
로터 회전이 멈추는 원인인 “자회전의 사각지대(dead zone)” 현상이 완전히 해명되지 않았습니다.
결빙 조건에서는 오토자이로를 비행할 수 없습니다. 이는 로터가 자회전 모드에서 벗어나는 문제를 초래할 수 있기 때문입니다.
전반적으로 장점이 단점을 훨씬 능가하며, 이는 오토자이로를 가장 안전한 항공기 범주 중 하나로 올려놓는 데 기여합니다.
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미래는 있는가?
자체 제작된 자이로콥터
이 미니 항공기의 팬들은 이런 질문에 대해 “자이로콥터의 시대는 이제 막 시작됐다"고 입을 모아 대답합니다. 최근 몇 년간 관심이 다시 커졌으며, 현재 세계 여러 나라에서 이러한 비행 기계의 대량 생산 모델이 제작되고 있습니다.
승차 용량, 속도, 그리고 연료 소비에서 자이로콥터는 기존의 경량 자동차와 비교해 뒤처지지 않으며, 도로에 얽매이지 않는 다재다능함에서 그들을 능가합니다.
단순한 운송 기능 외에도 자이로콥터는 숲, 해안선, 산악 지역, 그리고 번잡한 고속도로를 순찰하는 업무에 활용되며, 항공 사진 촬영, 비디오 녹화, 또는 감시 작업에도 사용할 수 있습니다.
현대 일부 모델은 ‘점프식’ 이륙 메커니즘을 탑재하고 있으며, 다른 모델은 8km/시간 이상의 바람이 있으면 제자리에서 성공적으로 이륙할 수 있어 자이로콥터의 기능성을 더욱 높여줍니다.
현대 시장에서 주요 제조사는 독일 회사 **「Autogyro」**로, 연간 약 300대를 생산하고 있습니다. 또한 러시아 역시 경쟁에서 뒤처지지 않으려 노력하며, 여러 대량 생산 모델을 제작하고 있습니다. 대표적으로 ‘이르쿠츠크’ 이르쿠츠크 항공공장, ‘트위스트’ 트위스터 클럽 비행 클럽, ‘오호트니크’ NPC ‘아에로-아스트라’ 등이 있습니다.
하늘을 정복하고자 하는 이 새로운 취미에 대한 팬들의 수는 급격히 증가하고 있습니다.
자이로콥터 사진 갤러리
