작성자: Lauren Nagel
오늘날 가장 큰 드론과 eVTOL은 사람, 화물 등을 수천 파운드까지 운반할 수 있습니다. 그렇다면 드론이 얼마나 많은 무게를 운반할 수 있는지 어떻게 알 수 있을까요?
드론이 운반할 수 있는 무게는 무엇보다도 프로펠러에서 발생하는 추력에 달려 있습니다.
한마디로 말하면, 드론이 운반할 수 있는 무게는 드론의 총 추력과 드론을 비행하는 데 필요한 추력의 차이와 같습니다.
이 수치는 드론이 수행하도록 설계된 비행 유형에 따라 달라지며, 이에 대해 아래에서 자세히 살펴보겠습니다.
이 글에서는 다음 내용을 다룹니다:
- 드론 추력 대 중량비
- 기본 작동에 필요한 추력
- 드론이 운반할 수 있는 무게 계산 방법
그림 1: 화물 운반 드론
드론 추력 대 중량비
드론이 제자리에서 호버링할 때(무풍 조건), 발생하는 추력은 드론의 무게와 같습니다.
예를 들어 드론의 질량이 35kg이라면:
드론이 호버링하려면 프로펠러에서 343N 또는 35kgf의 추력을 발생시켜야 합니다. 프로펠러 4개로 구성된 쿼드콥터를 제작한다면, 프로펠러당 86N 또는 약 9kg의 추력이 필요합니다.
하지만 대부분의 경우 드론은 이착륙하고 기동해야 하므로 가속과 더 큰 추력이 필요하기 때문에 그렇게 간단하지는 않습니다.
드론 프로펠러의 정적 및 동적 밸런싱 방법에 대해 자세히 알아보려면 여기를 클릭하세요.
기본 작동에 필요한 추력
대부분의 드론에서 프로펠러가 호버링에 필요한 추력의 두 배를 발생시킬 수 있다면 대부분의 작동을 충분히 제어할 수 있다는 기본 원칙이 있습니다. 안정적인 제어를 위해서는 추력 대 하중비 2:1을 목표로 합니다.
이러한 원칙이 존재하는 이유는 실제 환경에서 드론을 비행할 때 항상 직선으로 수평 비행을 할 수 있는 것은 아니기 때문입니다. 돌풍, 난기류, 급격한 움직임에는 회전하거나 가속하기 위한 추가 추력이 필요합니다. 이 과정에서 드론 모터는 한쪽 면에 다른 쪽보다 더 큰 힘을 가하게 됩니다. 따라서 감시, 영상 촬영 또는 기본 비행용 드론을 제작한다면 이 원칙은 지키기 매우 쉽습니다.
우리의 35kg 드론의 경우, 안정적인 제어를 위해 각 프로펠러는 약 18kgf의 추력을 발생시켜야 합니다.
그림 2: IF1200 고중량 드론
드론이 운반할 수 있는 무게 계산 방법
드론이 자체 무게 외에 추가 하중을 운반하도록 하고 싶다고 가정해 봅시다. 추가로 운반해야 할 질량이 얼마인지 계산한 다음, 프로펠러가 충분한 추력을 발생시킬 수 있는지 확인하기만 하면 됩니다.
우리의 35kg 드론이 5kg의 하중을 운반하여 총 40kg이 된다고 가정해 봅시다.
앞서 사용한 것과 동일한 공식을 사용하면:
호버링을 위해 쿼드콥터가 40kgf의 추력을, 안정적인 제어를 위해 80kgf의 추력을 발생시켜야 한다는 것을 알 수 있습니다. 프로펠러 4개로 나누면 프로펠러당 20kgf입니다.
프로펠러가 각각 20kgf의 추력을 발생시킬 수 있는지 확인하는 데 사용할 수 있는 몇 가지 방법이 있으며, 이에 대해서는 프로펠러 추력 계산 및 측정 방법에 관한 이 글에서 다룹니다.
결론
결론적으로 드론이 운반할 수 있는 무게는 몇 가지 요인에 따라 달라지지만, 가장 중요한 것은 프로펠러에서 발생하는 추력입니다.
프로펠러가 충분한 추력을 발생시킬 수 있는지 추정하는 방법은 여러 가지가 있지만, 확실하게 확인하는 유일한 방법은 적절한 테스트를 하는 것입니다.
드론, 추진 시스템 및 성능 향상 방법에 대해 더 자세히 알고 싶다면 저희의 글 모음을 확인해 보시기 바랍니다.