미국의 Burt Rutan이 부메랑 비행기를 만든 이유

미국의 Burt Rutan이 부메랑 비행기를 만든 이유

 

항공에서 비대칭 형태는 자연스러운 것으로 인식되지 않는다. 모든 항공기는 대칭으로 태어난다 - 두 개의 날개 반, 축의 엄격한 균형, 질량의 이상적인 균형, 하지만 이 규칙을 다르게 바라보는 것을 두려워하지 않은 사람이 있었다. 엔지니어이자 혁신가인 Burt Rutan은 마치 도면에서 왜곡된 것처럼

눈을 즐겁게 하는 항공기를 만들었다. 그럼에도 불구하고 Model 202 Boomerang에서는 모든 선이 아이러니하게도 상식에 부합하며, 전체 외관은

단순히 디자이너의 괴짜 같은 변덕이 아니다.

 

Project by Burt Rutan

 

1.대칭은 교리가 아니다.

Burt Rutan에게 "regular airplane"라는 개념은 항상 공학적 사고에 대한 모욕처럼 들렸고,그의 젊은 시절부터 그는 일반적인 규칙이 단지 환상의 제한에 불과한 프로젝트에 매력을 느꼈다. 그렇기 때문에 그의 포트폴리오는 이상한 형태의 기계로 가득 차 있다. 철 모양의 비행기부터 최소한의 연료로

대서양을 횡단할 수 있는 쌍동체 항공기에 이르기까지. 하지만 그의 각 프로젝트에서 보이는 터무니없음 뒤에는 항상 계산이 있었다. 이것이 바로 부메랑과 관련된 일로, 비대칭은 기행에 대한 경의가 아닌, 모든 경량 쌍발기 조종사가 익숙한 매우 현실적인 문제에 대한 답이었다.

 

Twin-engine Cessna

 

보통 엔진 하나가 고장 나면, 대칭 구조의 비행기는 방향 유지에 어려움을 겪는다. 파일럿은 특히 저속에서 강한 롤(roll)과 요(yaw)를 극복해야 한다.

이런 현상은 오랫동안 알려져 있으며 위험한 상황을 초래한다. 비행기가 비상 모드에서 제어력을 현저히 잃는 것은 동체의 측면에 위치한 대칭 엔진

때문이다. Burt Rutan은 이것을 엔지니어링 모순으로 보았다: 비행기는 종이 위에서는 대칭적이지만, 실제로는 어떤 고장도 그것을 매우 변덕스럽고

위험한 설계로 바꾸어 놓는다. 이것이 바로 처음부터 이 편향을 고려한 기계를 만들겠다는 아이디어가 탄생한 이유지만 엔지니어링 관점에서 말이다.

 

*롤(roll)과 요(yaw)

롤(roll)과 요(yaw)는 각각 항공기 또는 다른 물체가 3차원 공간에서 회전하는 것을 나타내는 용어다. roll은 항공기의 날개에서 날개를 잇는 축을 중심으로 좌우로 움직이는 회전, yaw는 항공기의 앞뒤 축을 중심으로 상하로 움직이는 회전을 의미한다. 

Project Boomerang

 

Boomerang을 설계할 때 Rutan은 대중을 놀라게 할 생각이 없었다.그는 실용적인 과제가 있었다.하나의 엔진이 고장 나더라도 순응적이고 안정적이며 안전한 가벼운 쌍발 항공기를 만드는 것이었다. 여기서 비대칭성을 의식적으로 추구하기 시작했으며, 이는 형태가 실제 특성을 개선하기 위해 거울 이미지가 되는 것을 중단하게 되는 지점이다. 이러한 철학은 그 이상한 비행기의 출현으로 이어졌고, 그 모습은 어떤 조종사라도 충격을 받을 수 있다.

 

Rutan Model 202 Boomerang

 

2.Boomerang은 왜 이상한 형태를 가지고 있을까?

Rutan Model 202의 주요 특징은 신중한 엔지니어링 계산을 기반으로 생성된 비대칭 레이아웃이다.한 엔진은 동체 중심에 더 가깝게 이동하고 두 번째 엔진은 축에서 더 멀리 이동한다. 동시에 오른쪽 날개 콘솔은 왼쪽보다 눈에 띄게 길고 동체는 일반적인 위치에 비해 회전하는 것처럼 보인다. 시각적으로는 항공기가 약간 기울어진 것처럼 보이지만 바로 이러한 질량 중심과 추력 배열이 놀라운 안정성을 달성할 수 있었다. 엔진 중 하나가 고장 나더라도 부메랑은 "넘어지기" 시작하지 않았고 위험한 회전으로 들어가는 경향이 없었다. 오프셋 레이아웃 덕분에, 작동 중인 엔진에 의해 생성된 순간은 차체와 날개의 공기역학적 힘에 의해 보상되었다.

비대칭 비행기

 

흥미롭게도, 이러한 구조는 쌍둥이 항공기의 문제를 해결했을 뿐만 아니라 더 효율적인 공기역학을 가능하게 했다. 날개 콘솔 간의 하중 분배가 훨씬 더 합리적이 되었고, 외부의 특이성에도 불구하고 동체의 형태는 낮은 항력성을 제공했다. 따라서 부메랑은 각 요소가 매우 실용적인 문제를 해결한 진정한 기술적 기적이 되었다.

Boomerang 전면

 

항공기의 균형은 보상이라는 아이디어를 중심으로 구축되었다. 다양한 엔진 추력 암, 날개의 하중 지지 능력, 오프셋 중심의 중력-이러한 모든 요소들은 정밀하게 선택되었다. 그 결과, 부메랑은 비행 중 훨씬 무겁고 비싼 기계처럼 행동했으며, 대칭 경쟁자들이 조종사에게 지속적인 집중을 요구하는 상황에서도 차분함을 유지했다. 하지만 그 진정한 잠재력은 비정상적인 형태가 실제 테스트에서 그 실용성을 입증했을 때 드러났다.

 

비행기는 매우 비표준이라는 것이 드러났다.

 

3.비대칭 Boomerang이 날아가는 방식

Rutan Model 202가 하늘에 첫 발을 내디뎠을 때, 심지어 회의론자들조차 그것이 장난감이 아니라 신중하게 설계된, 면밀히 설계된 비행기라는 것을 

인정했다. 일반 비행 모드에서는 부메랑이 안정적이고 민감하게 반응하는 기계처럼 행동하여, 지속적인 수정 없이도 차분하게 방향을 유지할 수 있었다. 동시에, 그 조종 가능성은 한계 모드에서도 편안함을 유지했으며, 이는 가벼운 쌍발 엔진 비행기에게는 심각한 성과다. 테스트 결과 비대칭이 비행에

방해가 되지 않고, 반대로 전통적으로 '불가피한' 것으로 여겨지는 그런 미세한 차이를 부드럽게 해준다는 것을 보여주었다.

비행기는 공중에서 성공적으로 성능을 입증했다.

 

부메랑의 장점은 특히 한 엔진의 고장을 시뮬레이션할 때 두드러졌다. 비치크래프트 바론과 같은 클래식 모델에서는 이러한 상황이 조종자에게 즉각적이고 정확한 행동을 요구하지만, Rutan Model 202는 그러한 시나리오에 대해 사실상 중립적이었다. 최소한의 yaw, 안정적인 roll, 유지된 속도는 모두 조종자의 작업 부담을 줄이고 비행 안전성을 높였다. 따라서 부메랑의 이상한 외관은 디자이너의 변덕이 아니라 이러한 설계의 논리적인 연장으로 판명되었다.

디자이너는 그의 가정이 옳았음을 입증했다.

 

성공에도 불구하고, 이 프로젝트는 단 한 대의 복제본만 남아 있었고, 그 이유는 전혀 기술적 한계 때문이 아니었다. 단지 고산 쌍발 항공기의 시장이 

매우 경쟁이 치열했고,Boomerang이 자신 있게 자리를 잡을 수 있는 틈새시장은 너무 좁았던 것이다.그럼에도 불구하고 비대칭 구조의 개념은 그 생존 

가능성을 증명하였고, Rutan의 독특한 항공기는 공학 문제에 대한 비전통적 접근의 상징과 같은 존재가 되었다.

 

Rutan Model 202 Boomerang

 

4.Rutan Model 202의 유산

비행기 프로젝트가 실제 제작에 들어가지 않았음에도 불구하고, Boomerang이 항공 커뮤니티에 미친 영향은 예상보다 훨씬 더 깊었다. 이 프로젝트는 고정관념을 거부하는 것이 어떻게 질적으로 새로운 결과로 이어질 수 있는지를 보여주는 명확한 사례가 되었다. Boomerang은 형태가 기능에 완전히 종속되고, 정해진 대칭의 기준에 의해 제한되지 않는 엔지니어링 사고의 예시로 대학에서 여전히 연구되고 있다. 게다가 Boomerang의 개발은 실험

항공기 디자이너들이 대체 설계 방식을 탐색하도록 영감을 주었다. 오늘날 비대칭은 경량 및 무인 항공기 개발자들의 관심을 다시 끌고 있으며, 이러한 접근 방식은 안정성을 크게 개선하고 운영 위험을 줄일 수 있다. 결과적으로 Boomerang은 일회성이고 매우 독특한 실험 프로젝트에서 완전히 새로운 디자인의 항공기를 만들기 위한 대담한 시도로 변모했다.

 

이 이상한 항공기는 항공 발전의 또 다른 단계를 나타내었으며, 이 산업에 강한 영향을 미친 많은 다른 항공기들과 함께 하였다.