항공기 구조물을 기울일 필요 없이 추력의 크기와 방향을 변경할 수 있는 추진 장치이다. 이는 중앙 회전축을 중심으로 회전하는 여러 개의 평평한 blade가 포함되어 있다. 추력은 각 blade에서 발생하는 로터를 통과하는 공기 흐름과 한 회전 동안 피치 각도의 주기적인 변화에 의해 생성된다. 이는 1초 이내에 일정한 회전 속도와 방향으로 회전축을 중심으로 360도 즉각적인 추력 생성을 가능하게 하는 추력 벡터 시스템이다.
그림 1. CycloTech 공식홈페이지
<작동 원리>
Cyclorotor는 중앙을 중심으로 하는 blade 회전과 blade의 AOA(angle of attack)의 변화를 통해 추력이 생성된다. 호버링의 경우 회전의 위쪽에 있는 blade는 로터 중심에서 바깥쪽으로 작동하며, 회전의 아래쪽은 로터 중심에서 안쪽으로 작동하여 Net Rotor Force는 위쪽으로 항한다.
그림2. WIKIPEDIA
<Cyclorotor의 특징>
즉각적인 추력 제어
기존의 프로펠러, 로터, 제트 엔진은 회전축을 따라서만 추력을 생성하며 추력 방향을 변경하려면 전체 장치를 회전하여야 한다. 따라서 추력 제어에는 비교적 큰 힘과 긴 시간이 필요하다. 이와 대조적으로 사이클로로터는 blade 피치 동작만 변경하면 추력을 회전축 중심으로 360도로 방향과 크기를 제어할 수 있으므로 방향 변경이 빠르다.
낮은 실속 속도
Cyclorotor의 blade의 회전 중심 운동과 피치 운동은 복잡한 공기역학적 현상을 만들어 냅니다. 이는 블레이드의 AOA을 빠르게 증가시켰다가 감소시켜 실속을 지연시키고, blade 양력 계수를 증가시킨다. 이는 기존 실속 속도를 낮출 수 있어, 낮은 속도에서 더 효율적으로 만든다.
그림3. WIKIPEDIA
<국외 연구 현황>
CycloRotor CR-42 (CycloTech)
이는 Cyclotech에서 개발한 로터로 전동 모터와 기어박스가 구동렬로 장착된 완전 전기식 Cyclorotor이다. 구체적인 스펙은 다음과 같다.
-spanwidth: 420mm
-max. thrust: 253N
-trust/weight ratio: 2.4
-rotation: 3.100rpm
-weight: 10,5kg(including drivetrain and suspension)
그림4. Cyclotech 공식홈페이지
D-DALUS (IAT21)
이는 쿼드로터 형태의 사이클로콥터로 네 개의 사이클로이달 로터에 유선형의 동체 형상을 이용해 비행하는 컨셉을 가지고 있다.
그림4. IAT21 공식홈페이지
Cyclorotor는 앞서 말했듯이, 신속하게 원하는 방향으로 추력의 크기와 방향을 바꿀 수 있어, UAM과 드론과 같은 복잡한 공역환경에서 이용하기에 적합한 추력 시스템이다. 추가적으로 Cyclorotor를 수력 발전기 또는 풍력발전기로 적용이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 국내에서 Cyclorotor에 관한 연구는 서울대학교 항공우주구조연구실에서 이루어졌으며, 국내 기업에서 실질적으로 개발되지는 않았다. 따라서 해당 시스템에 대한 적극적인 연구/개발이 이루어진다면 항공 분야 뿐만 아니라 신재생에너지 분야에서의 발전이 이루어 질 수 있을 것이다.
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J. Leger, J. Páscoa, C. Xisto, 3D EFFECTS IN CYCLOROTOR PROPULSION SYSTEMS
