요즘같이 항공기 연착이 일상화된 시대에 뉴욕에서 마이애미까지 스케줄에 맞춰 정확히 3시간 내로 날아간다는 것은 거짓말처럼 들린다. 하지만 항공기 설계사 에이브 카렘은 앞으로 10년 이내에 이 같은 일이 가능해진다고 말한다.
틸트로터 여객기를 이용해 붐비는 활주로를 거칠 필요 없이 곧장 하늘로 날아가면 된다는 것.
두 개의 로터를 위쪽으로 세우고 헬기장에 앉아있는 그의 틸트로터 여객기 ‘에어로트레인’은 수직으로 이륙해 헬리콥터처럼 날아갈 수 있다. 비행을 위한 안전 고도인 15m에 도달하면 로터를 수평 방향으로 바꿔 일반적인 프로펠러 항공기처럼 비행하게 된다.
물론 틸트로터 항공기의 안전성에 대한 의문이 있는 것은 사실이다. 실제 최초의 군용 틸트로터 수송기인 ‘V-22 오스프리’는 과거 실험비행 과정에서 30명이 사망하는 사고를 겪었다.
하지만 카렘은 이 같은 초기의 실패에서 많은 교훈을 얻었다고 한다. 에어로트레인의 경우 난류 발생을 알려주는 경보장치는 군용이지만 조종 계통에 복잡한 유압장치를 쓰지 않고 전기모터를 이용해 조종이 이뤄지도록 돼있다.
또한 착륙할 때 로터 회전에 의해 발생하는 난류를 막기 위한 소프트웨어도 적용돼 있다. 조지아 공대의 군용첨단회전익기기술센터장인 대니얼 슈레이지는 “에어로트레인은 V-22 오스프리와는 완전히 다르다”고 말한다.
탑승정원이 120명인 에어로트레인의 최고 속도는 시속 660km로 동급 제트 여객기인 보잉 737보다 약 20% 정도 느리다.
하지만 지상에서 기다리는 시간이 절약되기 때문에 느린 비행속도를 만회할 수 있다.
특히 단거리 비행을 할 때 이 같은 이점이 부각되기 때문에 카렘은 약 300~1,600km 정도의 거리를 운행하는 것이 가장 적당할 것으로 보고 있다.
주전기식 액츄에이터
조종 계통에 고압의 유압장치를 쓰는 구형 항공기에 비해 에어로트레인은 승강타와 방향타 작동, 로터 방향전환 등에 전기모터를 사용한다. 로터의 방향전환 중 유압장치가 파열될 위험을 사전에 제거한 것이다.
2중 변속장치
에어로트레인의 2중 변속장치는 고속뿐만 아니라 저속으로의 속도전환이 가능하다. 즉 많은 동력을 필요로 하는 수직 이착륙 때는 고속으로, 이륙 후 순항비행 때는 최대 속도의 40% 정도를 내면서 연료를 절약하는 비행이 모두 가능하다는 것이다.
틸트로터 비행
에어로트레인의 TR53 쌍발로터는 이착륙할 때 수직으로 세워져 공중정지 비행을 한다. 이륙 직후에는 로터의 방향이 앞쪽으로 바뀌어 순항고도 9,000m에서 시속 60km를 낸다.
■ 안전성 강화된 틸트로터 항공기
틸트로터 항공기의 성공은 안전성 여부에 달려있다. 즉 이착륙을 위해 수평 비행에서 수직비행으로 전환할 때 로터의 방향을 얼마만큼 자연스럽게 전환하느냐에 달려있는 것이다.
조종사가 너무 빨리 강하하면 미처 방향전환이 이뤄지지 못한 상태에서 만들어지는 나선형 공기흐름[녹색] 속으로 로터가 휘말리게 된다. 이를 VRS(Vortex Ring State)라고 하는데, 소용돌이치는 난류 속에서 로터가 회전은 하지만 착륙에 필요한 수준의 양력을 만들어내지 못하는 현상이다. 만일 양쪽 날개에 있는 각각의 로터 중 하나라도 VRS를 일으키면 항공기는 균형을 잃고 추락할 가능성이 있다.
미 해병대의 V-22 오스프리 1대가 임무수행 중 추락하면서 장병 19명이 사망한 사건도 바로 VRS 때문이었다. 이후 미군은 강하 속도가 너무 빨라 VRS가 일어날 경우 조종사에게 위험을 경고하는 조기경보 소프트웨어를 개발했다.
에어로트레인은 여기에서 한 단계 더 나아가 항공기가 VRS에 빠질 경우 비행제어장치를 잠그는 소프트웨어를 개발했다. 그리고 현재 대부분의 조종사들은 위험한 VRS를 일으키지 않는 조종법을 배우고 있다.
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