■ 톱니 대신 자석 쓰는 프로펠러용 기어 개발

■ 톱니 대신 자석 쓰는 프로펠러용 기어 개발

 

● 저소음 어뢰·고효율 항공기에 적용, 추진 효율 10% 향상

 

국내 연구진이 프로펠러를 돌리는 기어(gear) 톱니바퀴 대신 자석(magnet)을 쓰는 기술을 세계 최초로 개발했다. 프로펠러에서 생기는 열과 소음은 줄이고, 회전력을 만들 때 들어가는 에너지는 아껴서 추진 효율을 10% 향상할 방안이 될 것으로 연구진은 기대했다. 한국전기연구원 홍도관 박사팀은 선박과 항공기 등에 적용할 수 있는 ‘비접촉 마그네틱 기어 기반 상반 회전 프로펠러’ 기술을 개발했다고 2022년 02월 07일 밝혔다.

 

상반 회전 프로펠러는 서로 반대로 회전하는 프로펠러 2개를 축 방향으로 나란히 배치한 기술이다. 전방 프로펠러에서 나온 회전 에너지를 후방 프로펠러가 반대 방향으로 회전하면서 재활용하는 방식으로 움직인다. 그런데, 상반 회전 프로펠러를 돌리려면, 톱니가 맞물려 동력을 전달하는 ‘기계식 기어’를 꼭 장착해야 한다. 기계식 기어에선 필연적으로 마찰이 생긴다. 열과 소음, 진동이 크게 발생하고, 마모 방지를 위해 윤활유를 공급해야 하는 등 꾸준한 유지·보수도 필요하다.

 

연구진은 톱니바퀴 대신 자석(magnet)을 쓰는 새로운 기어를 고안했다. 자석의 N극과 S극이 서로 밀고 당기는 힘을 조합하여 부품들이 서로 닿지 않고 동력을 전달하는 ‘비접촉 마그네틱 기어’를 개발한 것이다. 기본 원리는 자기력으로 선로 위에 기차를 띄우는 자기 부상 열차와 비슷하다. 자기 부상 열차는 바퀴가 레일과 접촉하지 않고 달리기 때문에 기차 특유의 소음과 진동을 해소할 수 있다.

 

연구진에 따르면, 비접촉 마그네틱 기어가 들어간 상반 회전 프로펠러는 소음과 진동이 거의 없었다. 프로펠러를 돌리는 데 들어가는 에너지를 줄일 수 있어 추진 효율도 10% 올라갔다. 수명이 반영구적이어서 큰 유지·보수도 필요 없었다. 연구진은 지난 3년간 부품 설계와 시제품 제작, 성능시험 등을 거쳤다고 설명했다. 연구진은 이번 기술이 군수 분야에선 저소음 어뢰나 무인 이동체에, 민수 분야에선 선박, 항공기, 자동차, 공작 기계 등에 활용될 것으로 전망했다. 홍도관 박사는 “이번에 개발한 기어가 들어간 프로펠러는 무인 이동체에 적용할 수 있는 3㎾(킬로와트)급 출력을 낸다. 2023년에는 선박에 사람을 수십명 태우고 운항할 수 있는 100㎾급 이상의 성능을 구현할 것이다” 라고 말했다.