지난 호에서 이어지는 내용입니다.

 

28. RC의 역사(2010년대)

2000년대에 RC(무선 조종) 분야에서 모터와 배터리를 기반으로 한 동력 시스템이 급속히 발전하며 2010년 전후로 멀티콥터 형태의 비행체가 본격 등장하게 됐다.

 

멀티콥터는 일반 대중에게 ‘드론’이라는 개념을 처음으로 널리 알린 대표적인 RC 비행 장치 중 하나다. 기존 RC에 관심이 없던 사람들에게도 친숙하게 다가갔다.

 

또 ESC(전자속도제어기) 통신 프로토콜의 고속화는 비약적인 제어 정확도와 반응 속도를 가능하게 했다. PWM 기반의아날로그 방식 ESC에서 디지털 기반의 DSHOT, CAN 등으로 진화하면서 가스 제어 시스템의 정밀도가 크게 향상됐다.

 

▲ 무인비행기

 

▲ 무인헬리콥터

 

2010년대 초반까지 비행이 가능한 동력 RC는 비행기(고정익)와 헬리콥터(회전익)로만 구분됐다. 그래서 ‘항공법’에도 비행이 가능한 RC는 초경량비행장치 내 무인동력비행장치 중 각 무인비행기와 무인회전익비행장치로만 명시돼 있었다. 

 

여기서 무인비행기는 고정익 형태의 기체, 무인회전익비행장치는 헬리콥터와 같이 회전익 단일로터 형태의 기체다.

 

그러나 2010년대 들어 새로운 회전익 기체 형태인 멀티콥터가 등장했다. 멀티콥터는 다중 로터로도 불린다. 메인 로터가 2개 이상인 회전익 기체라는 의미다.

 

기존 헬리콥터의 경우 추력을 담당하는 메인 로터(모터와 프로펠러 등 동력계통 통칭) 한 개와 메인 로터 회전 시 반작용을 상쇄해주며 방향을 제어해주는 역할을 하는 테일 로터로 이뤄져 있다.

 

반면 멀티콥터는 메인 로터가 두 개 이상으로 이 메인 로터들이 동시에 추력을 내면서 서로 반대 방향으로 회전 시 발생하는 반작용까지 상호 상쇄해 줄 수 있는 형태다. 가장 일반적인 멀티콥터 형태는 로터가 4개인 쿼드콥터다.

 

로터 개수	멀티콥터 명칭	로터 개수	멀티콥터 명칭
2개	바이콥터(병렬) 탠덤로터(직렬)	3개	트라이콥터
4개	쿼드콥터	5개	펜타콥터
6개	헥사콥터	8개	옥토콥터

 

▲ 차동 추력 제어 방식(멀티콥터)

 

▲ 기계식 로터 제어 방식(헬리콥터)

 

멀티콥터는 로터 개수뿐 아니라 비행 제어 메커니즘에서도 기존 헬리콥터와 큰 차이가 있다. 헬리콥터는 스와시 플라이트를 통해 블레이드의 피치(받음각)를 조절하면서 기체 비행 움직임을 제어하는 기계식 로터 제어 방식이다.

 

그러나 멀티콥터는 각 로터의 회전수 제어로 비행 움직임을 제어하는 차동 추력 제어 방식을 사용한다. 이처럼 동일한 회전익 기체 형태라도 로터 개수가 많고 비행 제어 메커니즘이 전혀 다르다.

 

따라서 2017년 3월 개정된 ‘항공안전법’에서는 무인헬리콥터와 무인멀티콥터를 별개의 무인비행장치로 분류하고 있다.

 

항목	멀티콥터	헬리콥터
제어 방식	차동 추력	로터 블레이드 피치 조절
추력 변화	모터 회전수 변화로 조절	피치각으로 조절
방향 제어	각 방향 로터의 추력을 제어	로터 방향(위치)에 따른 피치각 차이
동력 장치 구성	전기모터 직결 + 고정 피치	메인 모터 + 기어박스 + 서보
기계적 설계	단순	복잡
자세 전환 속도(기동성)	매우 빠름(모터 반응 즉시)	빠름
공기역학적 제어(오토로테이션 등)	불가능	가능

 

RC는 과거 일부 마니아층만의 취미였지만 멀티콥터는 등장하자마자 드론이라는 명칭과 함께 대중적 관심을 끌게 됐다. 구조적으로 간단하고 비교적 조종이 쉬워 초보자에게도 입문 장벽이 낮았다.

 

드론이 대중화된 배경에는 시대적 기술 발전이 크게 작용했다. MEMS(초소형 전자기계 시스템) 기술로 인해 GPS, IMU 등 정밀 센서를 일체형 부품으로 탑재할 수 있게 됐다. 이를 통해 자세 제어와 위치 인식 정밀도가 크게 향상됐다.

 

무선 통신 기술의 발전으로 조종기와 멀티콥터 간 통신 거리도 수백 m에서 수 ㎞까지 확장됐다. 배터리 성능 향상은 출력과 비행시간을 동시에 끌어올렸다. 이런 기술 발전을 바탕으로 드론은 장난감 수준부터 산업용까지 성능과 용도, 가격, 크기에 따라 다양하게 상용화됐다.

  

▲ 멀티콥터 카메라

 

▲ 멀티콥터 카메라

 

멀티콥터의 안정적인 비행 성능을 바탕으로 짐벌과 고해상도 카메라를 장착해 안정적인 항공 촬영까지 가능해졌다. 기존 RC 조종은 자동 위치ㆍ제어 기능이 없어 고도의 비행 기술이 필요했다.

 

하지만 드론은 자동 위치ㆍ제어 기능을 기본 탑재해 상대적으로 짧은 시간 내에도 안정적인 조종이 가능해졌다. 비행 목적 역시 단순 곡예비행을 즐기는 게 아닌 항공 촬영ㆍ관측 등 기능을 적극 활용하는 실용 중심으로 변화하고 있다.

 

멀티콥터 등장을 계기로 드론은 단순한 RC 레저ㆍ취미에서 출발해 이젠 산업ㆍ안전ㆍ재난 대응 등 다양한 분야에 필수 기술로 자리 잡는 중이다. 쓰임이 많아짐에 따라 2013년부터는 안전한 비행을 위해 기본 비행 능력을 증명하는 국가 조종자격시험도 시행하고 있다.

 

 

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참조

Unmanned Aviation(A Brief History of Unmanned Aerial Vehicles)

THE AIRCRAFT BOOK 비행기 대 백과사전 

https://discourse.mcneel.com/t/helicopter-swashplatesimulation/82429

https://www.cantorsparadise.org/how-control-allocation-formultirotor-systems-works-f87aff1794a2/

https://www.rchelicopterfun.com/rc-helicopter-autolevel.html 

  

서울 서대문소방서_ 허창식 : hcs119@seoul.go.kr

 

<본 내용은 소방 조직의 소통과 발전을 위해 베테랑 소방관 등 분야 전문가들이 함께 2019년 5월 창간한 신개념 소방전문 월간 매거진 ‘119플러스’ 2025년 8월 호에서도 만나볼 수 있습니다.>  

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