문서의 임의 삭제는 제재 대상으로, 문서를 삭제하려면 삭제 토론을 진행해야 합니다. 문서 보기문서 삭제토론 멀티콥터 (문단 편집) === R/C 분야에서 멀티콥터가 많이 보이는 이유 === 일반적인 싱글로터 헬리콥터의 스와시플레이트를 통한 콜렉티브/사이클릭 피치 조절로 자세제어를 하는 구조는 이미 20세기 초 자이로콥터의 개발로 완성되어 있었다. 초창기 헬리콥터에서는 로터의 토크 상쇄를 위해 2개 이상의 메인로터를 사용하는 경우가 있었지만,[* 의외로 동축반전도 초창기 헬리콥터에서 볼 수 있었다.] 터보샤프트 엔진 실용화 이전의 피스톤 엔진은 중량 대비 출력이 떨어져 복잡하고 무거운 변속기와 동력전달구조 및 제어체계가 필수적인 멀티콥터를 만들기 힘들었다. 이후 기계적으로 훨씬 단순하고 가벼운 테일로터 방식이 대세가 되면서 대부분의 헬기는 1개의 메인로터를 사용하게 된다. 또한 공기역학적으로 1개의 대형 로터를 1/n면적의 소형 로터 n개로 나눈다고 1개의 대형 로터와 동일한 추력을 내진 않는다. 로터의 회전면이 좁아질수록(로터 자체만 보자면 로터 깃의 길이가 짧아질수록[* 정확히 말하자면 로터의 가로세로비가 작아질수록. 가로세로비가 작아지면 같은 면적이라도 레이놀즈수가 더 높아진다.]) 공기역학적인 비효율성이 증가하고, 회전속도의 증가로 인해 같은 추력일 때 모터에 걸리는 역기전력도 그만큼 커져서 효율성이 더 떨어진다. 여기에 사람이 타는 대형 헬기는 이착륙장의 크기나 격납고의 크기도 생각해야 하는데 멀티콥터가 되면 차지하는 면적이 장난 아니게 커진다. 그렇다고 로터의 크기를 작게 유지하는 대신 RPM을 올려버리면 일단 효율성이 떨어지는건 둘째치고 소음이 너무 강해진다. 거기다 프로펠러들이 만드는 공기흐름끼리 충돌해서 생기는 소음 증폭이 더욱 커지고, 같은 추력을 만드는데 필요한 출력까지 높아져서 연료소모율이 늘어나 비행 시간이 짧아지는 건 덤. 단순히 R/C용 쿼드콥터의 크기를 키우고 전기모터가 아니라 내연기관을 사용해 사람이 타는 크기의 쿼드콥터를 만든다면 단순 계산으로 각 로터 장착부마다 비싸고 무거운 엔진 1개, 구동계 1개, 그리고 복잡하고 무거운 가변피치 로터가 1개씩 달려야 하므로 비효율적이기 짝이 없다. 물론 엔진을 동체 가운데에 탑재하고 여기에 변속기를 물린 다음, 그 변속기에 4개의 구동축을 물려서 각 로터는 이 구동축하고만 연결하게 하는 방법을 생각해볼 수도 있으나, 이 방식은 각 로터별로 회전수가 달라지는 상황을 만들기 힘들고, 회전수를 신속하게 제어하기도 힘들다. 그러나 대부분의 현용 헬리콥터는 주 동력원으로 제트엔진의 일종인 터보샤프트를 쓰고 있다. 헬기들은 자체 동력만으로 자체 중량 + 추가 하중을 부양시켜야 하며, 때문에 1차적으로 가능한 가볍게 설계 되어야만 한다. 이런 이유로 중량 대비 출력이 높은 터보샤프트 엔진을 사용하는데 문제는 터보샤프트 엔진은 자세 제어가 가능할만큼 신속하게 회전수 제어를 하기도 힘들 뿐더러, 최적 회전수 영역도 대단히 좁다는 단점까지 가지고 있다는 것이다. 따라서 RC용 전동 멀티콥터와 같이 각 로터의 개별 RPM을 고속으로 제어하는 방식은 쓸 수 없으며, 최소한 추력 제어를 위한 로터 깃 각도를 바꿀 수 있는 관절은 필요하다. 결국 1~2개의 메인로터만을 가지는 일반적인 헬리콥터가 3개 이상의 로터를 가진 멀티콥터에 비해 오히려 더 많은 부품수와 복잡한 구조를 갖게 된다. 실제로 헬리콥터는 로터 회전수를 일정 수준으로 유지시키고 로터의 피치를 변화시키며 고도 및 비행방향을 조절한다. 또한 헬리콥터는 길고 무거운 로터의 회전관성과, 엔진/모터 제어가 아닌 로터의 받음각 제어를 통해 비행하는 특성상 만약 엔진/모터의 고장으로 시동이 꺼져도 콜렉티브 피치를 내리고 어느 정도 활공할 수 있다. 쉽게 말해 풍차 상태로 바람이 메인로터(+구동축이 연결된 테일로터)를 돌리는 오토로테이션[* 그렇다고 수직으로 떨어지면 로터가 와류에 빠질 뿐이고, 비스듬하게 활강하면 풍차 상태+로터의 양쪽 받음각 차이로 로터가 회전하게 된다.] 상태로 활강이 가능하며, 일단 로터가 돌아가고 있다면 피칭, 요잉, 롤링의 3축 회전 제어가 가능하므로 자세를 유지한 채 활강하다가 지면이 가까워지면 기수를 들고 콜렉티브 피치를 올려 순간적으로 양력을 증가시켜 착륙이 가능하다. 하지만 멀티콥터의 경우 활강이 불가능한데, 헥사콥터 이상의 경우 엔진/모터 하나가 고장나도 추력만 충분하다면 고장난 모터와 맞은편 모터를 제외한 나머지 모터로 비행이 가능하지만,[* 물론 어디까지나 이론상으로 그렇다는 것이지, FC 펌웨어에 따라서는 추락할 수도 있다.] 멀티콥터의 주류를 이루는 쿼드콥터의 경우 4개의 모터 중 하나만 고장나도 추락을 피할 수 없다. 그럼 헥사콥터 이상의 멀티콥터는 헬기보다 유리한가 하면, 딱히 그것도 아니다. 엔진 하나가 고장나면 나머지 엔진으로 대처할 수 있게 여러 개의 엔진을 다는 건 비행기나 헬기도 마찬가지다. 여기까지 읽었다면 그러면 내연기관 대신 그냥 전기모터를 쓰면 되는 거 아니야?라는 의문이 들 수 있다. 그러나 그것이 불가능한 이유는 바로 동력원 문제 때문이다. 현재의 배터리는 에너지 밀도가 화석연료에 비해 턱없이 낮기 때문이다. 각 동력원의 에너지 밀도(1kg당 Wh) (1) 리튬이온 배터리: 270 Wh/kg(테슬라 전기차용) (2) 가솔린: 12,889 Wh/kg (3) 디젤: 12,667 Wh/kg 물론 전기모터가 내연기관에 비해 효율이 훨씬 우월하지만(90%: 30%) 그것을 감안해도 내연기관쪽이 16배 가량 에너지 밀도가 높은 것이다. 전기모터가 내연기관에 비해 훨씬 더 가볍다곤 하지만 극복해내기 힘든 차이이다. 현재 소형 드론도 30분 남짓밖에 비행하지 못하며 당연히 인간이 탈 정도로 큰 대형 기체가 된다면 아무리 효율적으로 만들어도 10분 남짓밖에 비행할 수 없을 것이다. 10분마다 착륙해서 배터리를 교체하는 것은 현실적이지 않으므로 이를 돌파하고자 배터리 대신 [[수소연료전지]]를 사용하려는 시도가 있고 실기도 이미 시장에 나와있다. 수소드론은 배터리드론에 비해 압도적인 체공 시간(1시간 30분 이상)을 가지지만, 그만큼 가격도 압도적이다() 피루엣 속도의 문제도 있다 헬기의 경우 테일로터가 발생시킨 추력과 커다란 메인로터 회전의 반작용으로 인한 토크가 기체의 YAW축 회전을 제어하지만, 멀티콥터의 경우 이웃한 프롭의 회전 방향이 다르므로 시계 방향 프롭과 반시계 방향 프롭의 회전속도를 다르게 하여 그 반작용으로 인한 카운터토크의 차이를 이용해 기체를 회전시킨다. 문제는 프롭이 발생시키는 추력에 비해 회전으로 인한 카운터 토크는 훨씬 약하다는 것이다. 헬기의 경우 프롭(테일로터)의 추력이 기체를 직접 회전시키는데, 그 작은 테일로터의 추력이 길고 무거운 메인로터의 카운터토크를 간단히 상쇄시키는 걸 넘어 그 반대 방향으로 충분히 빠르게 회전시키는 걸 생각하면, 작고 가벼운 멀티콥터 프롭의 카운터토크는 말할 것도 없다. 물론 멀티콥터는 프롭이 작고 가벼운만큼 숫자가 많아 어느 정도는 커버되지만, 동급 중량의 헬기 메인로터의 카운터토크에는 훨씬 못 미치고 테일로터의 추력에는 더더욱 못 미친다. 더욱이 프롭의 회전 속도를 다르게 하여 회전을 제어한다는 것은, 다시 말해 회전을 위해서는 프롭 중 절반은 기체가 회전하지 않을 때보다 회전속도를 느리게, 나머지 절반은 빠르게 해야 한다는 의미다. 다시 말해 기체를 회전시키는 동안에는 모터의 힘을 단순히 100% 발휘할 수 없으며, 극단적으로 최대속도로 회전하기 위해서는 추력이 절반으로 떨어진다는 뜻이다. 참고로 이 문제는 좌우선회만이 아닌, 기체를 전후좌우로 기울이는 롤/피치 조작 시에도 마찬가지로 적용되므로 이런 조작을 동시에 할 경우 추력은 더 떨어지며, 심지어 자세를 유지하고 안정시키는 것도 각 프롭 회전수의 차이를 이용하므로 그 낮은 이론상 추력조차 다 낼 수가 없다. 물론 실제로는 FC가 기체의 안정을 우선하고 충분한 추력이 유지되도록 억제해 주기 때문에, 키를 친다고 기체가 중심을 잃거나 고도가 떨어지는 일은 수동제어 모드를 쓰지 않는 이상 어지간해선 없다. 문제는 안정성과 추력을 우선하기 위해 안 그래도 느린 회전 속도를 더 낮춘다[* 즉, 테일 키를 끝까지 쳐도 절반의 모터가 완전히 멈추거나 다른 절반의 모터가 최대 출력으로 돌지는 않는다.]는 것이다. 소형 기체들은 기종을 불문하고 워낙 민감하고 빠르게 움직이기 때문에, 이렇게 속도가 낮아져도 3D헬기 같은 ---정신나간---- 피루엣 속도가 나지 않는 정도일 뿐 일반적인 비행에 문제가 될 정도로 느리지는 않다. 하지만 크기가 커질수록 같은 추중비로도 회전속도는 느려지기 때문에, 실기 사이즈에서는 멀티콥터의 느린 회전 속도가 문제가 될 가능성이 크다. 또 비행 자체가 목적인 기체가 아닌 한 실기는(사실 무인기도) 실용 목적으로 사용시 탑재장비와 연료(배터리)가 많아지며 추중비가 떨어지게 되는데, 헬기의 경우 단순히 무거워진 만큼 관성이 커져 회전이 느려지는 것뿐이지만, 멀티콥터는 거기에 더해 줄일 수 있는 추력의 감소가 회전 힘의 감소로 이어져서 극단적으로 느려지게 된다[* 예컨데 최대추력 2t의 헬기 비행총중량이 900kg에서 1800kg으로 늘어나면 단순 계산으로 질량만 두 배 늘고 나머지는 그대로라 회전 속도가 절반이 된다면, 멀티콥터는 질량이 두 배 늘고 회전을 위해 여유추력이 1100kgf에서 200kgf으로 감소했으므로 회전 속도는 1/11이 된다. 900kg일 때의 회전속도부터 헬기보다 느렸는데 말이다!][* 사실 피루엣 문제는 간단히 해결 가능하다. 헬기처럼 수직으로 테일프롭을 달면 된다. 전후좌우 조작 시에도 가변피치 프롭을 이용하면 모터 출력을 100% 사용하면서 키를 칠 수 있다. 근데 여기까지 오면 간단한 구조에서 오는 여러 장점도 사라지므로 차라리 헬기를 쓰는 게 낫다.]. 때문에 헬리콥터는 아래와 같이 특별한 경우가 아니고서야 이미 완성되고 검증된 스와시 피치제어와 테일로터 혹은 탠덤이나 동축반전 등의 1~2개의 메인로터만을 사용하는 방식을 놔두고 굳이 3개 이상의 로터를 가진 멀티콥터 형식으로 만들 필요성이 없다. 미래에 배터리 기술이 어마어마하게 발전한다면 전기모터를 사용하는 멀티콥터가 내연기관을 사용하는 싱글로터 헬기를 대체할 가능성은 있으나, 언제쯤이 될 지는 알 수 없다. 냉전시절 러시아에서 초대형 수송용 헬기를 만들면서 로터 2개로는 도저히 답이 안나와 3개의 로터를 사용하는 [[Mi-32]]라는 멀티콥터를 만들 생각까진 하긴 했는데 실용화는 안되었다.[* 이 마이너한 헬기를 [[가이낙스]]에서 어떻게 알았는지 [[에반게리온]]에서 지나가는 장면으로 이 수송헬기가 나온다.] [[파일:external/www.aviastar.org/mi-32.jpg]] RC의 경우에는 아무래도 체급이 체급이다보니 실제 헬기 이상으로 중량에 더 민감하며 외란[* 바람이나 외부 충격 등등 비행 성능을 떨어뜨리는 모든 요소.]에 극도로 취약하기 때문에 제어도 훨씬 빠르게 수행 되어야 하는데다 용도가 용도이기 때문에 접근성도 좋아야 하고 가격도 저렴해야 한다. 위에서도 언급했듯 내연기관, 특히 터보샤프트 등의 제트엔진은 전기모터에 비해 반응속도가 느리기 때문에 현용 RC 멀티콥터와 같이 순간적인 RPM 조절을 통한 제어가 불가능하다. 때문에 전자제어 기술 및 배터리, 모터 기술이 발달하기 전에는 농업이나 항공촬영 등의 용도에서 내연기관+스와시플레이트를 이용하는 실제 헬기와 구조가 동일한 RC헬리콥터가 오랜 기간 사용되었다. 그러나 2000년대 이후로 급격히 발전한 경량 고출력 브러시리스 모터와 리튬이온 배터리, 전자제어 기술에 힘입어 RC분야에서 내연기관 대용으로 전기 모터가 대중화되었고, 로터의 피치 제어에는 다소 못 미치지만 전기 모터 특유의 자유로운 RPM 제어 성능과 터보샤프트만큼은 아니지만 썩 괜찮은 성능[* 헬리콥터에 사용하는 [[터보샤프트]] 엔진은 RPM이 만 단위가 넘어가지만(롤스로이스 앨리슨 250 가스터빈 엔진의 경우 52,000rpm에서 최고출력이 나온다.) 헬기 로터의 적정 RPM은 보통 몇 백 수준이기 때문에 변속기가 필수적이고 이는 무게와 가격 증가 요인이다. 다만 어차피 RPM변동폭이 작기 때문에 일반 자동차 같은 다단변속기와는 달리 1단 감속기로도 충분한 점은 있다. 간단히 말해 큰 톱니바퀴 하나랑 작은 톱니바퀴 하나.], 그리고 터보샤프트 이상으로 동력 계통을 소형화 할 수 있으며 모터가 직결된 고정피치 프롭을 돌릴 뿐이라는 극단적으로 간단한 구조 등 여러가지 장점이 겹쳐서 소형 멀티콥터가 실용화될 수 있었다. 다시 말해 현재의 멀티콥터와 같은 방식은 고효율의 배터리와 고도의 전자제어 및 모터 기술이 뒷받침되어야 하고, 전통적인 헬리콥터에서는 터보샤프트의 출력과 효율을 뛰어넘을 만큼의 배터리와 모터 기술이 개발되지 못했기 때문에 아직까지 소형 RC분야에서만 사용되고 있다. 그나마 2020년대 들어서 겨우 유인멀티콥터가 개발되고 있는 수준이다. 대표적으로 [[2024 파리 올림픽]]에서 드론 택시 서비스 시범 운영을 할 것이란 소식이 전해지기도 했다. 2010년대 말기부터 유인 멀티콥터를 연구하는 걸로 이름 좀 날리던 독일의 VoloCopter(볼로콥터) 사도 참가할 예정.[[https://www.reuters.com/business/aerospace-defense/air-taxi-maker-races-serve-paris-olympics-sector-struggles-funds-2023-06-19/|#]]저장 버튼을 클릭하면 당신이 기여한 내용을 CC-BY-NC-SA 2.0 KR으로 배포하고,기여한 문서에 대한 하이퍼링크나 URL을 이용하여 저작자 표시를 하는 것으로 충분하다는 데 동의하는 것입니다.이 동의는 철회할 수 없습니다.캡챠저장미리보기