中, 플라즈마 기술로 고고도 드론 효율성 향상...비행시간 대폭 연장

중국 과학자들이 실시한 풍동 실험 결과, 플라즈마 기술이 고고도 드론의 공기역학적 성능을 크게 향상해 비행시간을 대폭 연장할 수 있는 것으로 나타났다고 17일(현지시각) 홍콩에서 발행되는 사우스차이나모닝포스트(SCMP)가 보도했다.

중국 공기역학 연구개발센터(CARDC) 산하 국가핵심공기역학연구소의 장 신 선임 과학자가 이끄는 연구팀은 고전압 전류에 의해 생성된 플라즈마가 항공기 날개의 양력 대 항력 비율을 최대 88%까지 향상시킬 수 있다는 사실을 발견했다. 양력 대 항력 비율은 비행 효율성을 나타내는 핵심 지표로, 이 값이 높을수록 우수한 비행 성능을 의미한다.

연구팀은 "이 기술은 고고도 장지구(HALE) 드론의 내구성을 확장할 수 있는 잠재력을 가지고 있다"고 밝혔다. 이 연구 결과는 4월 중국 최고의 공기역학 저널인 '중국 이론응용역학 저널(Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)'에 게재됐다.

쓰촨성 몐양에 본사를 둔 CARDC는 비행 조건을 시뮬레이션하는 데 필수적인 세계에서 가장 크고 발전된 풍동 시설을 운영하고 있다. 이곳에서 진행된 실험을 통해 연구팀은 드론 성능의 주요 한계점을 확인했다.
미국의 RQ-4 글로벌 호크와 중국의 CH-9 같은 최첨단 군용 드론은 이미 1만 미터(32,800피트) 이상의 고도에서 40시간 동안 비행할 수 있지만, 공기역학 전문가들은 이러한 드론이 더 오래 비행할 수 있는 잠재력이 있다고 믿고 있다.

문제는 드론이 속도를 늦출 때 발생한다. 저속 비행은 내구성을 향상할 수 있지만, 고고도에서 공기가 희박해지면 효율성이 급격히 저하된다. 장 박사와 연구팀은 풍동 시뮬레이션을 통해 드론 속도가 초당 15미터에서 초당 8미터(시속 30km 미만)로 떨어지면 양력 대 항력 비율이 60% 이상 급락한다는 사실을 발견했다.

이 문제를 해결하기 위해 연구팀은 날개에 플라즈마 발생기를 설치했다. 이 장치는 16,000볼트의 전기로 초당 8,000회 공기를 이온화하여 하전 입자 폭발을 생성한다. 에너지가 공급된 플라즈마는 날개에서 공기가 무질서하게 분리되는 현상인 '기류 분리'를 방해함으로써, 드론이 고고도에서 매우 느린 속도로 비행할 때에도 상당한 양력을 유지할 수 있도록 한다.

그러나 연구팀은 이 기술이 양날의 검과 같다고 지적했다. 플라즈마가 만드는 소용돌이는 특히 상승이나 급선회 시 항공기를 불안정하게 만들 수 있다. 따라서 연구의 다음 단계는 플라즈마 코팅 드론을 위한 효과적이고 실용적인 "폐쇄 루프 제어 시스템"을 개발하는 것이다. 연구팀은 "고주파 실험을 통한 최적의 제어 전략"을 제안할 계획이라고 밝혔다.

연구팀은 "장시간 드론은 정찰, 감시, 재난 평가 등 군사 및 민간 임무에 필수적이며, 그 수요는 계속 증가하고 있다"고 강조했다. 이러한 고고도 장기 체공 드론은 국경 감시, 해양 순찰, 자연재해 모니터링, 통신 중계 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다.

중국의 항공우주 기술 발전은 최근 눈에 띄게 가속화되고 있다. 올해 초 중국은 6세대 전투기 J-36의 시험 영상을 공개했으며, 일부 군사 전문가들은 이 스텔스 항공기의 미래형 설계가 중국의 공기역학 연구가 세계적인 수준에 도달했음을 보여준다고 평가했다.

플라즈마 여기 기술은 드론뿐만 아니라, 다양한 항공기의 성능을 향상시킬 잠재력을 가지고 있으며, 민간 항공 분야에서도 연료 효율성 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 특히 저속에서의 공기역학적 성능 향상은 전기 항공기와 같은 친환경 항공 기술 발전에도 중요한 역할을 할 수 있다.

이번 연구는 중국이 첨단 항공우주 기술 분야에서 독자적인 발전을 이루고 있음을 보여주는 또 하나의 사례로, 앞으로 군사 및 민간 분야에서 광범위한 응용이 기대된다.


신민철 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com