[리뷰] Flopbot, 단풍나무 씨앗에 영감을 받은 작품

인터넷을 서핑하다가 흥미로운 신개념 비행체가 있어 소개하려 한다.

https://www.youtube.com/watch?v=JeJ6qmZzpug 

https://www.youtube.com/watch?v=4-bzkRC0yoo

이름은 Flopbot으로, 단풍나무 씨앗이 떨어지는 모습에 착안하여 만들었다고 한다.

단풍나무 씨앗은 아래 사진[4]과 같이 한쪽은 곤충의 날개와 같은 형태를 띄기 때문에,

빙글빙글 돌면서 떨어진다.[3]

연구 내용 소개[1-2]

 해당 연구자들은 무게중심을 잘 맞추어 빠르게 회전시키면서 조종면을 치면 멀티로터처럼 3차원 공간상에서 잘 날아갈 수 있다고 이야기를 시작한다. 나의 주요 관심은 어떤 생각으로 해결했을까를 위주로 시청했기 때문에 이를 중점으로 다룬다.

 영상에서 연구자들이 말하는 시행착오의 내용은 다음과 같다.

첫 비행에서 

- 회전은 빠른데 날개 길이가 여유가 있어서 날개가 파닥이는 flapping 현상이 일어나서 적당히 잘랐다. 이게 비행 성능이 더 좋았다고 한다.

수 많은 시도 끝에 첫 체공이 성공하자 환호하는 연구자들을 볼 수 있다.[1]

 

새로운 버전을 만들면서 개선한 점들은 다음과 같다고 한다.[2]

- 스파를 항공합판을 썼더니 앵간한 충격에 박살나서 카본 봉으로 바꿨다.

- 원래는 프로펠러가 날개 반대편에 달려있는데 이를 날개 끝으로 옮기고 원래 자리에는 무게 중심 조절을 위해 장비를 보호하고 담는 하우징을 설치했다. 그리고 지상 충돌로 프로펠러가 자꾸 부셔졌는지 프롭 가드를 달았다.

- 조종면을 치면 캠버가 커져서 양력의 상승을 기대했지만 시위선이 앞으로 기우는 틸팅도 함께 발생한다는 점을 간과했다고 한다. 그렇게 시위선이 앞으로 기울면 의도와는 다르게 양력이 떨어지게 된다.

- 날개의 회전에 따라서 양력 분포를 분석하면 뿌리 쪽은 상대풍 속도가 너무 낮아서 매우매우~ 길어져야 했다는 점.. 그래서 그냥 사다리꼴 형태의 날개로 결정했다.

- 날개 끝에 프로펠러를 달았는데 프로펠러의 회전방향은 프롭의 후류가 날개 끝에 감겨 올라가는 말굽 와류를 카운터쳐서 공력 성능을 높히는 방향으로 설정했다.

 

 마지막 비행에서 고도 조절 및 좌우 이동까지 되었지만, 프로펠러와 모터가 순차적으로 튕겨져 나가면서 파손되었다.

연구자의 분석에 따르면 양력을 내기 위해 매우 빠른 회전을 하게 되는데, 이게 너무 큰 원심력을 만들어내서 프로펠러가 모터에서 떨어져나가게 되고 모터도 날아갔다고 한다.

 파손 후에 수리하지는 않기로 했는데, 더 할 수는 있지만 팀원들이 시간이 부족한 관계로 그리하진 않았다고 한다.

 

나의 생각

 캡스톤 디자인과 같은 팀 프로젝트로 진행 한 것 같은데, 성공하는 모습을 보니 꼭 나의 졸업작품을 진행했었을 때가 생각나는 영상이였다.

 저러한 부분에서 자연에 영감을 받아서 프로젝트를 진행했다는 점에서 놀라웠고, 영상에 프로젝트의 과정이 잘 담겨있어서 흥미로웠다. 저런 개인 프로젝트 하나 하면 정말 재미있을 것 같다. 물론 학부생 졸업과제로 하면 졸업 작품에 학기를 말아 먹는 학생이 있어야 성공할 것 같다.

 그리고 설계 과정에서 날개의 시위선과 프로펠러의 회전 축이 거의 일치되어 있는데, 이 점에서 조금 의문은 있었다. 적당히 호버링 하기 위한 날개의 받음각이 있을 것 같은데, 이에 맞추어 프로펠러 추력선을 기울여주면 좋을 것 같다라는 생각이다.

 공간 이동 관련해서는 헬리콥터처럼 싸이클릭, 콜렉티브 피치 조절을 통해서 제어가 이루어지는 것 같다. 흥미로운 부분은 호버링 제어 구조가 어떻게 될지가 궁금하다. 내 생각에는 수직축 제어 구조는 다음과 같을 것 같다. 수평축 제어는 수직축 제어 이후에 싸이클릭 피치로 조절할 것 같다.

추력	->	요 각속도 제어	->	고도 제어
		타면(콜렉티브 피치)	->

 

Reference

[1] Roos V., Carl B., Crhistophe W., and Partick B., "Flopbot," https://www.youtube.com/watch?v=JeJ6qmZzpug 

[2] Roos V., Carl B., Crhistophe W., and Partick B., "Flopbot 2.0 Roxanne," https://www.youtube.com/watch?v=4-bzkRC0yoo 

[3] 국립산림과학원, Available at https://know.nifos.go.kr/book/Mo.file?cid=169651&moi=12610&rid=5

[4] 박세용, "[취재파일] 단풍나무 씨앗... 고속 회전의 비밀은?," SBS, Oct. 2013, Available at https://news.sbs.co.kr/news/endPage.do?news_id=N1002051033