(Toroidal propellers: a radically quieter and more efficient design that can boost fuel economy by 20% when swapped onto a marine motor. Credit: Sharrow Marine)
(MIT's super-quiet, 3D-printed toroidal propellers fitted to a commercial drone for testing. Credit: MIT Lincoln Laboratory)
(The biggest noise reductions occur right where people will want them: in the 1-5 kHz frequency range. Credit: MIT Lincoln Laboratory)
(The gain in efficiency is ridiculous in the water at midrange RPMs, filling in a pronounced hole in a boat's acceleration curve and conserving huge amounts of energy. Credit: Sharrow Marine)
물속에서 추진력을 얻거나 혹은 공기 중에서 추진력을 얻는 프로펠러 디자인은 비슷해 보이지만, 지난 수십 년간 끊임 없는 연구를 통해 소음은 줄이고 효율은 높이는 방향으로 진화했습니다. 하지만 여전히 많은 소음이 발생하는 것은 어쩔 수 없습니다. 이 문제는 최근 점점 더 많은 선박과 드론이 등장하면서 커지고 있습니다. 선박의 소음은 해양 생물에 악영향을 끼치고 드론의 소음은 점점 우리의 귀에 거슬리고 있습니다.
MIT 링컨 연구소의 과학자들은 프로펠러의 소음 문제를 크게 줄일 수 있는 새로운 디자인을 제시했습니다. 뫼비우스의 띠처럼 뒤틀린 이 독특한 디자인은 뭔가 현대 미술처럼 생각되지만, 사실은 유체 속에서 소음을 최소화 하기 위한 디자인입니다.
쿼드롭터형 드론의 문제점 중 하나는 발생하는 소음이 인간의 귀에 가장 민감한 1-5kHz 대에 몰려 있다는 것입니다. 이 소리는 사람의 말소리처럼 인간이 집중하는 영역이기 때문에 쿼드롭터형 드론 소음에 민김할 수밖에 없습니다. 드론 배송이나 근거리 드론형 에어 택시가 상용화되기 위해서는 여기서 발생하는 소음 문제의 해결이 필수적입니다.
연구팀이 개발한 원환체 프로펠러 (toroidal propellers)의 특징은 이 영역대에서 소음을 크게 줄였다는 것입니다. 더 나아가 공기와의 마찰을 줄여 효율도 높였다는 것이 연구팀의 주장입니다. 더 나아가 연구팀은 이 기술을 실제 상용화 하기 위해 라이선스를 주고 개발을 진행 중입니다.
(Standard vs Sharrow MX™ Noise Comparison)
(The Sharrow Propeller™ EXPLAINED)
이 기술은 아무래도 저항이 큰 물속에서 더 큰 효과를 발휘할 수 있는데, 이를 상업화하고 있는 쉐로우 프로펠러 (Sharrow Propller)는 소음을 최대 절반으로 줄이고 에너지 효율을 20%까지 끌어올릴 수 있다고 주장하고 있습니다. 해양 생물은 물론 선박 소유주에게도 큰 이득이지만, 현실적으로 가격이 기존 프로펠러보다 10배 비싸다는 점이 보급에 걸림돌로 작용하고 있습니다.
드론용 프로펠러 역시 마찬가지 문제에 부딪힐 수 있는데, 3D 프린터 기술이 가격을 낮출 수 있는 대안이 될 수 있습니다. 어떤 기술이든 실제로 상용화가 되기 위해서는 가격이나 내구성 등 여러 가지 요소가 맞아야만 합니다. 과연 이 문제를 극복하고 기존의 프로펠러 디자인을 획기적으로 바꿀 수 있을지 주목됩니다.
참고
https://newatlas.com/aircraft/toroidal-quiet-propellers/
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