드론(초경량비행장치)의 비행장치시스템 구성
무인비행장치에는 무인비행기, 무인헬리콥터, 무인멀티콥터, 무인비행선이 포함됩니다.
앞선 포스팅에서도 조종기에도 나라마다 사람의 특성 및 선호에 따라 조종방식이 조금씩 차이가 있는 것과 같이 조종원리, 조종방식, 장착장비 등은 매우 다양하고 계속해서 업그레이드되고, 신기술이 개발되고 있습니다. 드론(초경량비행장치)의 비행장치시스템의 구성에 대해서 알아보겠습니다.
드론이 기동하기 위해서는 반드시 필요한 구성으로 크게는 기체, 송수신장치, 동력장치의 3가지 파트로 구성됩니다. 좀 더 세부적이고 전문적인 구분은 교관과정 교재를 참고했습니다. 아래 그림을 보시면~
기체에 해당하는 사항이 기체시스템, 탑재체시스템,
송수신장치에는 비행제어시스템과 지상통제시스템
동력장치가 추진시스템입니다.
각각의 시스템들이 잘 연동되어야 정상적인 기동이 가능하겠죠? 그래서 비행 전 육안으로 점검하고, 관리하는 이유입니다.
드론의 모터(Motor)
그럼 추진시스템에 해당하는 모터에 대해서 알아보겠습니다.
지금도 과학시간에 배웠을 것이라 생각되지만, 옛 기억을 더듬어 보면 입력되는 전기의 종류에 따라 AC모터와 DC모터로 구분했던 기억이~ ^^;;; 드론 자격증을 취득하면서 이론 공부에서는 전기의 종류에 따른 모터 구분은 중요하지 않습니다. 왜냐하면 드론은 모두 직류전원을 사용하기 때문입니다.
시험에도 나오는 항목으로 브러쉬 유무에 따라 모터를 구분합니다.
브러쉬DC모터(Brushed DC Motor)와 브러쉬리스DC모터(Brushless DC Motor)
모터가 회전하는 원리는 자기장의 유도와 플레밍의 왼손법칙이구요.
| 구분 | 브러쉬 모터 | 브러쉬리스 모터 |
| 구동방식 | 브러쉬(정류기)와 정류자를 이용하여 전자석의 극성을 변경하여 회전 |
브러쉬(정류기)가 없이 전기적인 제어(전자변속기 ESC)를 이용하여 회전 |
| 장점 | 낮은 가격과 간단한 구동 | 수명과 내구성 우수, 고속회전 가능 발열이 적고, 회전수 변동 가능 |
| 단점 | 수명이 짧고, 발열이 있으며, 소음 발생 | 높은 가격과 회전수 제어를 위한 전자변속기(ESC)가 반드시 필요 비행 전후 베어링 및 이물질 확인 필요 |
브러쉬모터는 우리가 문구점에서도 쉽게 구할 수 있어 소형 드론에 적합하고요. 중대형 드론은 브러쉬리스 모터를 사용합니다.
브러쉬리스모터 사진에서 왼쪽은 인러너모터라 하고, 오른쪽은 아웃러너모터라 합니다. 자석의 위치에 따른 구분이구요. 대부분의 브러쉬리스모터는 아웃러너모터 방식입니다.
브러쉬리스모터는 모터에 인가되는 전류가 클수록(더 빨리 움직이거나 고도를 상승시키는 기동을 할 때입니다.) 강한 토크가 발생 합니다. 그것은 모터의 속도상수(Kv)와 연관이 됩니다.
모터의 속도상수(Kv)는
무부하 상태에서 모터에 전압 1V 인가될 때 모터의 회전수(부하시 회전수 감소)를 말합니다.
예) 100Kv 모터에 10V 전압 인가시 회전수 1000RPM(이론상)
[출처 :초경량비행장치 조종교육교관과정 교재]
당연히 동급 사이즈 모터에서 다양한 Kv를 가진 모터가 있습니다.
Kv가 작을수록 동일한 전류로 큰 토크를 발생하고, 클수록 작은 토크를 발생합니다.
이론적으로 무거운 물체를 들어야 할 경우에 낮은 Kv값을 가진(토크가 큰) 모터와 큰 프로펠러를 사용하는 게 유리합니다.
다만, 모터와 프로펠러만 고려해서는 안되고, 소모되는 전력량(배터리)도 고려해야 합니다.
위로 들어 올리는 힘이 추력이라는 것은 앞선 포스팅에서 설명드렸습니다.
드론이 비행을 가능하기 위해서는 드론의 전체 무게, 즉 총이륙중량 이상으로 추력이 발생해야 하며,
이론적으로 필요한 최소 추력은 전체 무게를 1.5배 정도 버틸 수 있는 추력이 있어야 합니다.
따라서 프로펠러 효율을 최적화할 수 있는 적절한 Kv값을 가진 적절한 모터가 필요하며, 모터의 회전수가 전력소비와 비행성에 많은 영향을 끼치므로 낮은 Kv값의 모터가 좋지만, 높은 비용의 비용 부담 문제도 고려해야 합니다.
이상으로 드론의 비행장치시스템과 모터에 대해서 알아보았습니다.
읽어주셔서 감사합니다.
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