FAA, 버티포트 설계를 위한 eVTOL 다운워시 문제 강조
- 2025-02-10 13:21:00
- 월항
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FAA는 2024년 9월에 버티포트에 대한 개정된 설계지침 초안을 발표했다. FAA는 전기수직이착륙기(eVTOL)의 수직 이착륙 중 로터에서 발생시키는 강력한 다운워시로부터 주변을 보호하기 위해 ‘주의 구역’을 설정해야 한다는 요건을 강조했다. 이 같은 다운워시 주의 구역(DCA)의 도입은 FAA가 다양한 eVTOL 항공기 프로토타입의 비행을 조사한 결과를 바탕으로 결정된 것이다. 지난해 12월 27일, FAA는 완성된 엔지니어링 브리프(EB) 105A와 테스트 보고서를 조용히 공개했다.
버티포트 설계를 위한 지침은 ‘풍속이 보퍼트 풍력 계급상 “강풍” 수준인 시속 34.5마일에 도달하거나 이를 초과할 수 있는 모든 구역에 DCA를 설정’하도록 요구하고 있다. FAA 보고서에 따르면, 실측된 순간 최고 풍속은 착륙 및 이륙(TLOF) 구역 중심에서 41피트 떨어진 지점에서 허리케인 수준인 시속 100마일에 달했다. 3초 평균 속도의 최고치는 중심에서 23피트 떨어진 지점에서 시속 84마일로 기록됐으며, 중심에서 100피트 떨어진 지점에서도 시속 60마일을 초과하는 속도가 측정됐다.
Image : Volocopter
다운워시는 수직 비행에서 양력을 생성하는 추진 장치가 만들어내는 공기 흐름을 의미한다. 다운워시가 지면에 닿으면 수평으로 퍼져나가는 아웃워시(Outwash)로 변하며, 이는 사람· 재산·장비 및 다른 항공기에 위험을 초래할 수 있다. FAA 보고서는 “조사한 eVTOL 항공기들은 높은 속도의 DWOW(다운워시/아웃워시)를 생성했으며, 이는 버티포트의 안전 구역을 쉽게 넘어설 수 있다”고 설명했다.
안전 구역은 최종 접근 및 이륙 구역(FATO)과 착륙 및 이륙 구역(TLOF)을 둘러싸며, 접근 중 호버링 또는 착륙 과정에서 항공기가 의도치 않게 이탈할 경우 발생할 수 있는 피해를 줄이기 위해 설정됐다.
EB 105A에 따르면, 안전 구역의 크기는 프로펠러가 회전 중인 eVTOL 항공기를 완전히 둘러싸는 원의 지름의 2.5배로 설정된다. 대부분의 eVTOL 항공기는 표준 헬리콥터 TLOF 크기인 50피트 X 50피트 공간 안에 수용될 수 있도록 설계된다.
영국 민간항공국(UK CAA)에 따르면, eVTOL은 다운워시에 영향을 미치는 두 가지 주요 측면에서 헬기와 다를 수 있다. 첫째, 대부분의 eVTOL은 헬기보다 디스크 로딩(모든 추진기의 디스크 면적을 항공기 중량으로 나눈 값)이 더 높다. 이는 일반적으로 속도가 더 빠른 다운워시를 발생시킨다.
Photo : Volocopter
둘째, eVTOL은 보통 다수의 추진 장치를 갖추고 있으며, 영국 CAA의 CAP 2576 간행물에 따르면, 군용 틸트로터 및 VTOL 항공기들은 여러 개의 프로펠러, 로터 또는 제트 엔진에서 발생하는 복합적인 기류가 단일한 메인로터를 사용하는 헬기의 다운워시와는 성격이 다르다는 점을 보여줬다.
또한, 대체로 대칭적이고 원형인 헬리콥터의 다운워시 패턴과 달리, 여러 기류가 겹치는 경우 더 불규칙한 형태의 다운워시가 발생할 수 있다. 여러 개의 개별 기류 패턴이 상호 작용하면서 평균적인 속도보다 훨씬 빠른 다운워시 또는 아웃워시 영역이 생길 수 있다.
FAA는 버티포트 설계 지침 개발에 활용할 다운워시/아웃워시 데이터를 수집하기 위해 네 개의 eVTOL 제조업체와 계약을 맺고 테스트를 진행했다. 보고서에는 eVTOL 항공기의 번호만 기재돼 있으며, 제조사는 명시되지 않았지만, <에비에이션 위크>에 따르면 FAA와 테스트를 진행한 업체는 아처 에비에이션(이하 아처), 베타 테크놀로지스(이하 베타), 조비 에비에이션(이하 조비), 볼로콥터 등이다.
아처와 볼로콥터는 테스트 참여 사실을 공개했다. 보고서에 따르면, 4번 eVTOL은 ‘OEM 측에서 제공하지 않아 조사 대상에 포함되지 않았다’고 설명했다. 베타는 FAA 테스트와 관련해 ‘자사 항공기가 군사 활동에 투입돼 FAA와의 테스트에 참여할 수 없었다’고 밝혔다.
볼로콥터는 자사의 FAA 다운워시 조사 비행이 플로리다주 탬파에서 진행됐으며, 당시 미국 투어에서 선보이고 있던 유인 조종식 2X 프로토타입이 사용됐다고 발표한 바 있다.
조비 역시 FAA의 조사에 참여했음을 확인해 줬다. 조비는 2024년 5월의 ‘Forum 80’에서 진행된 테스트 관련 발표에서, 조비 S4와 경량 헬기인 로빈슨 R44의 아웃워시 규모가 유사하다고 밝혔다. 조비는 ‘S4는 R44보다 프로펠러당 디스크 로딩이 더 높고, 전체 중량은 약 두 배 정도 된다’고 설명했다.
기종이 구체적으로 명시되지는 않았지만, 몇 가지 단서를 통해 추정해 볼 수 있다. FAA는 eVTOL #1이 원격 조종, eVTOL #2가 자율 비행, eVTOL #3이 조종사에 의해 비행됐다고 밝혔다. 이에 eVTOL#1는 조비 S4, #2는 아처 미드나이트, #3는 볼로콥터 2X, #4는 베타의 eVTOL로 추정된다.
Image : Archer Aviation
다운워시/아웃워시를 측정하기 위해서는 다양한 방법이 사용됐다. 순간 최대 속도, 3초 이동 평균, 3초 이동 95% 등 다양한 값이 측정됐다. 95% 최대 속도는 상대적으로 더 낮았지만, 보고서는 순간적인 바람이 지속적인 바람보다 사람들에게 더 큰 불안감을 줄 수 있다고 지적했다.
eVTOL #1, 즉 조비 S4의 경우, 측정된 순간 최대 다운워시/아웃워시 속도는 TLOF 중심으로부터 23피트 거리에서 시속 99.3마일, 69피트 거리에서는 시속 55.1마일로 나타났다. 반면, 같은 거리에서 측정된 95% 최대 속도는 각각 시속 83.6마일과 시속 40.1마일이었다.
조비는 “2023년 8월, FAA와 항공기 프로펠러의 아웃워시를 측정하기 위해 협력했다”고 밝히며, “측정 결과 데이터에 따르면, 조비 항공기의 아웃워시는 전통적인 경량 헬리콥터에 비해 위험하지 않으며, 모든 규모의 헬리포트에 설정된 안전 구역 내에서 허용되는 수준”이라고 덧붙였다.
eVTOL #2인 아처 미드나잇의 경우, 측정된 순간 최대 다운워시/아웃워시 속도는 TLOF 중심으로부터 27피트 거리에서 시속 98.5마일, 126피트 거리에서 시속 69마일로 나타났다. 반면, 같은 거리에서 측정된 95% 최대 속도는 각각 시속 83.6마일과 시속 40.1마일이었다.
볼로콥터 2X 기종으로 추정되는 eVTOL #3의 경우, 측정된 순간 최대 다운워시/아웃워시 속도는 TLOF 중심으로부터 25피트 거리에서 시속 75.3마일, 90피트 거리에서 시속 36.5마일로 나타났다. 반면, 같은 거리에서 측정된 95% 최대 속도는 각각 시속 37.2마일과 시속 30.6마일이었다.
FAA의 보고서는 “속도를 분석하는 방식과 관계없이, eVTOL 항공기는 지면의 사람과 재산에 영향을 미칠 수 있는 높은 속도의 다운워시/아웃워시를 생성한다. 이는 버티포트 영역 이내뿐만 아니라 영역 밖의 사람과 재산에도 영향을 미칠 수 있다”는 결론을 내렸다.
Image : Volocopter
글| Graham Warwick (그레헴 워윅, 기술 분야 수석 편집장)
버티포트 설계를 위한 지침은 ‘풍속이 보퍼트 풍력 계급상 “강풍” 수준인 시속 34.5마일에 도달하거나 이를 초과할 수 있는 모든 구역에 DCA를 설정’하도록 요구하고 있다. FAA 보고서에 따르면, 실측된 순간 최고 풍속은 착륙 및 이륙(TLOF) 구역 중심에서 41피트 떨어진 지점에서 허리케인 수준인 시속 100마일에 달했다. 3초 평균 속도의 최고치는 중심에서 23피트 떨어진 지점에서 시속 84마일로 기록됐으며, 중심에서 100피트 떨어진 지점에서도 시속 60마일을 초과하는 속도가 측정됐다.
Image : Volocopter
다운워시는 수직 비행에서 양력을 생성하는 추진 장치가 만들어내는 공기 흐름을 의미한다. 다운워시가 지면에 닿으면 수평으로 퍼져나가는 아웃워시(Outwash)로 변하며, 이는 사람· 재산·장비 및 다른 항공기에 위험을 초래할 수 있다. FAA 보고서는 “조사한 eVTOL 항공기들은 높은 속도의 DWOW(다운워시/아웃워시)를 생성했으며, 이는 버티포트의 안전 구역을 쉽게 넘어설 수 있다”고 설명했다.
안전 구역은 최종 접근 및 이륙 구역(FATO)과 착륙 및 이륙 구역(TLOF)을 둘러싸며, 접근 중 호버링 또는 착륙 과정에서 항공기가 의도치 않게 이탈할 경우 발생할 수 있는 피해를 줄이기 위해 설정됐다.
EB 105A에 따르면, 안전 구역의 크기는 프로펠러가 회전 중인 eVTOL 항공기를 완전히 둘러싸는 원의 지름의 2.5배로 설정된다. 대부분의 eVTOL 항공기는 표준 헬리콥터 TLOF 크기인 50피트 X 50피트 공간 안에 수용될 수 있도록 설계된다.
영국 민간항공국(UK CAA)에 따르면, eVTOL은 다운워시에 영향을 미치는 두 가지 주요 측면에서 헬기와 다를 수 있다. 첫째, 대부분의 eVTOL은 헬기보다 디스크 로딩(모든 추진기의 디스크 면적을 항공기 중량으로 나눈 값)이 더 높다. 이는 일반적으로 속도가 더 빠른 다운워시를 발생시킨다.
Photo : Volocopter
둘째, eVTOL은 보통 다수의 추진 장치를 갖추고 있으며, 영국 CAA의 CAP 2576 간행물에 따르면, 군용 틸트로터 및 VTOL 항공기들은 여러 개의 프로펠러, 로터 또는 제트 엔진에서 발생하는 복합적인 기류가 단일한 메인로터를 사용하는 헬기의 다운워시와는 성격이 다르다는 점을 보여줬다.
또한, 대체로 대칭적이고 원형인 헬리콥터의 다운워시 패턴과 달리, 여러 기류가 겹치는 경우 더 불규칙한 형태의 다운워시가 발생할 수 있다. 여러 개의 개별 기류 패턴이 상호 작용하면서 평균적인 속도보다 훨씬 빠른 다운워시 또는 아웃워시 영역이 생길 수 있다.
FAA는 버티포트 설계 지침 개발에 활용할 다운워시/아웃워시 데이터를 수집하기 위해 네 개의 eVTOL 제조업체와 계약을 맺고 테스트를 진행했다. 보고서에는 eVTOL 항공기의 번호만 기재돼 있으며, 제조사는 명시되지 않았지만, <에비에이션 위크>에 따르면 FAA와 테스트를 진행한 업체는 아처 에비에이션(이하 아처), 베타 테크놀로지스(이하 베타), 조비 에비에이션(이하 조비), 볼로콥터 등이다.
아처와 볼로콥터는 테스트 참여 사실을 공개했다. 보고서에 따르면, 4번 eVTOL은 ‘OEM 측에서 제공하지 않아 조사 대상에 포함되지 않았다’고 설명했다. 베타는 FAA 테스트와 관련해 ‘자사 항공기가 군사 활동에 투입돼 FAA와의 테스트에 참여할 수 없었다’고 밝혔다.
볼로콥터는 자사의 FAA 다운워시 조사 비행이 플로리다주 탬파에서 진행됐으며, 당시 미국 투어에서 선보이고 있던 유인 조종식 2X 프로토타입이 사용됐다고 발표한 바 있다.
조비 역시 FAA의 조사에 참여했음을 확인해 줬다. 조비는 2024년 5월
기종이 구체적으로 명시되지는 않았지만, 몇 가지 단서를 통해 추정해 볼 수 있다. FAA는 eVTOL #1이 원격 조종, eVTOL #2가 자율 비행, eVTOL #3이 조종사에 의해 비행됐다고 밝혔다. 이에 eVTOL#1는 조비 S4, #2는 아처 미드나이트, #3는 볼로콥터 2X, #4는 베타의 eVTOL로 추정된다.
Image : Archer Aviation
다운워시/아웃워시를 측정하기 위해서는 다양한 방법이 사용됐다. 순간 최대 속도, 3초 이동 평균, 3초 이동 95% 등 다양한 값이 측정됐다. 95% 최대 속도는 상대적으로 더 낮았지만, 보고서는 순간적인 바람이 지속적인 바람보다 사람들에게 더 큰 불안감을 줄 수 있다고 지적했다.
eVTOL #1, 즉 조비 S4의 경우, 측정된 순간 최대 다운워시/아웃워시 속도는 TLOF 중심으로부터 23피트 거리에서 시속 99.3마일, 69피트 거리에서는 시속 55.1마일로 나타났다. 반면, 같은 거리에서 측정된 95% 최대 속도는 각각 시속 83.6마일과 시속 40.1마일이었다.
조비는 “2023년 8월, FAA와 항공기 프로펠러의 아웃워시를 측정하기 위해 협력했다”고 밝히며, “측정 결과 데이터에 따르면, 조비 항공기의 아웃워시는 전통적인 경량 헬리콥터에 비해 위험하지 않으며, 모든 규모의 헬리포트에 설정된 안전 구역 내에서 허용되는 수준”이라고 덧붙였다.
eVTOL #2인 아처 미드나잇의 경우, 측정된 순간 최대 다운워시/아웃워시 속도는 TLOF 중심으로부터 27피트 거리에서 시속 98.5마일, 126피트 거리에서 시속 69마일로 나타났다. 반면, 같은 거리에서 측정된 95% 최대 속도는 각각 시속 83.6마일과 시속 40.1마일이었다.
볼로콥터 2X 기종으로 추정되는 eVTOL #3의 경우, 측정된 순간 최대 다운워시/아웃워시 속도는 TLOF 중심으로부터 25피트 거리에서 시속 75.3마일, 90피트 거리에서 시속 36.5마일로 나타났다. 반면, 같은 거리에서 측정된 95% 최대 속도는 각각 시속 37.2마일과 시속 30.6마일이었다.
FAA의 보고서는 “속도를 분석하는 방식과 관계없이, eVTOL 항공기는 지면의 사람과 재산에 영향을 미칠 수 있는 높은 속도의 다운워시/아웃워시를 생성한다. 이는 버티포트 영역 이내뿐만 아니라 영역 밖의 사람과 재산에도 영향을 미칠 수 있다”는 결론을 내렸다.
Image : Volocopter
글| Graham Warwick (그레헴 워윅, 기술 분야 수석 편집장)
