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이전글에서 제가 Composite Helicopter라고 잘못 썼습니다. Compound Helicopter가 맞는 용어입니다.

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Compound Helicopter, 우리말로 하자면 복합형 헬리콥터는 헬리콥터이면서 앞으로 향하는 추력을 만드는 프로펠러 등을 별도로 갖춘 헬리콥터를 말합니다. 기종에 따라선 여기에 날개를 추가하거나, 혹은 날개만 있고 추력 담당용 프로펠러가 없기도 합니다만...

밑에 논란이 된 시콜스키의 디파이언트는 ABC(Advnaced Blade Concept)라는, 1960년대부터 시작한 신개념 로터블레이드 개발에서 비롯됩니다.

일단 아래 X-2의 사진을 한 번 살펴보고, KA-50의 사진을 살펴 보겠습니다.





둘 다 동축반전 로터를 쓴다는 공통점이 있으나, 구동축(로터 허브) 부분은 상당한 차이가 있습니다. X-2는 두 로터 사이가 좁아 로터 구동축이 짧으며, 로터 허브는 거대한 페어링으로 감싸져 있습니다. Ka-50은 그 반대입니다.

이것은 X-2에 적용된 ABC가 관절구조나 탄성체가 아닌, 강체 구조의 로터를 쓰기 때문입니다. 일반적인 헬리콥터는 그 뿌리부분이 관절형 구조로되어있어 로터가 위아래, 앞뒤로 움직이며 비틀리는 방향으로 움직입니다. 이것들이 조화를 이루어 로터 회전면 자체의 방향을 결정하는 구조이며, 한편으로 로터에 걸리는 힘이 동체로 과도하게 전달되는 것을 막습니다.

헬리콥터가 아닌 자이로콥터 개발 초창기에 자이로콥터가 전진비행을 시도하려다 바로 옆으로 전복되는 사태가 발생했는데, 원인은 좌우로터의 양력불균형 때문입니다.

허나 Cierva가 로터 허브를 관절형으로 만들어서 이 문제를 해결했는데, 로터 자체가 설사 옆으로 기우는 힘을 받을 지언정 헬기 몸통 자체에는 그 힘이 전달되지 않기 때문입니다. 최근에는 이 관절을 탄성체를 써서 베어링리스, 힌지리스 같은 개념이 나오지만 이 부분이 관절처럼 움직인다는 점에서는 변화가 없습니다.

그러나 이같이 로터가 어느정도 자유롭게 움직일 수 있는 관절구조는 복잡하기 그지 없기 때문에 여기서 항력을 만듭니다. 또 동축로터 사용시에는 로터 블레이드가 위아래로 움직이는 것을 감안, 로터 사이를 멀찍이 떨어트려놓지 않으면 기동중 로터끼리 부딪히는 불상사가 생길 수도 있습니다.

또한 저 부분을 관절형으로 만들어 놓으면 회전하는 로터는 자이로스코픽 효과라는 것이 발생하여 앞으로 전진비행할 수록 좌우 로터간의 불균형한 힘이 90도 회전한 후에 나타나서 결과적으로 로터의 회전면이 뒤로 향하려는 특성이 나타납니다. 즉 헬기는 앞으로 비행하려면 로터 회전면을 앞으로 기울여야 하는데 양력불균형은 로터 회전면을 뒤로 기울게 하는 모순된 상황이 생깁니다.

1960년대에 시콜스키는 ABC 개념에서 이 관절을 아예 없애버렸습니다. 그래서 상하 로터간 간격을 최소화 할 수 있었으며, 로터가 움직이지 않으므로 허브 부분은 페어링을 씌워서 항력을 줄일 수 있었습니다.

문제는 좌우로터에서 발생하는 양력불균형인데, 만약 로터가 하나만 있다면 한쪽으로만 헬기가 기울어서 전복되겠지만 서로 반대방향으로 회전하는 로터는 서로 헬기를 옆으로 전복시키려는 힘이 반대가 되므로 결과적으로 그 힘이 상쇄됩니다.

그러나 거대한 로터는 고속회전시 헬기의 전진속도 + 로터의 회전속도가 더해져서 로터 깃 끝에서는 음속에 가까운 공기흐름이 생깁니다. 이것은 큰 소음과 진동을 유발하고 이것이 헬기가 고속비행이 어려운 또 하나의 이유였습니다.

그래서 AH-56 샤이언 이래로 헬기의 고속비행성능을 위하여 앞으로 추진력을 만드는 프로펠러를 만드는 시도가 계속 있어왔습니다. 즉 일정속도 이상에서는 무리하게 로터만으로 모든 추진력을 만들려 하는 것이 아니라 전진하는 힘을 만드는 것입니다.

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자이로콥터는 일단 프로펠러로 전진비행을 하면서 이때 발생하는 맞바람을 이용, 머리 위의 무동력인 로터를 회전시키는 개념입니다. 위에 말씀드린대로 이것을 개발하면서 현재 헬기 로터의 많은 구성품이 먼저 개발되었으나, 현재는 거의 쓰지 않는 개념입니다. 맞바람과 로터의 각도가 균형을 이루면 로터는 어느정도 스스로 회전하면서도 또 한편으로 뜨는 힘을 만들수 있고 이것의 대표적인 방법이 헬기의 비상착륙 방식인 오토로테이션입니다.

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그러나 시콜스키의 기술실증기인 X-2나 이것의 실전모델은 S-97 라이더, SB-1 디파이언트 등은 자이로콥터가 아니라 복합형 헬기의 일종입니다. 당여히 고속비행중에도 로터에는 계속 동력이 공급되며, 이것이 없으면 제대로 된 비행이 어려워집니다.