날개 위 소용돌이의 구조.한국연구재단 제공
[대전=일요신문] 박하늘 기자 = 한국연구재단은 항공대 장조원 교수팀이 곤충이 비행시 날개로 소용돌이를 만들어 비행성능을 두배 향상시킨다는 사실을 발견했다고 10일 밝혔다.
장조원 교수팀은 제자리비행에 능숙하다고 알려진 박각시 나방을 모델로 약 5배 크기를 갖는 날갯짓 로봇을 제작했으며 실제 곤충 비행과 동일한 환경을 구현하기 위해 수조를 활용해 주변 밀도를 높이는 수조상사기법을 사용했다.
이 실험으로 곤충 날갯짓에 비해 250배 느리게 움직이면서도 10배 증폭된 힘을 생성할 수 있어 공력특성을 쉽게 분석할 수 있었다.
곤충이 날갯짓을 할때 날개 위 소용돌이의 지속성 유지가 곤충의 최대 비행속도를 결정할 수 있고, 양력의 세기를 2배 가까이 향상시킬 수 있다는 사실을 알아냈다.
이는 곤충이 선호하는 비행속도가 날갯짓 속도의 약 25%에서 결정된다는 것과 연결된다.
이와 함께 연구팀은 곤충 날개 면적이 넓은 경우 날개 끝에서, 날개면적이 좁은 경우는 가슴에 붙어 있는 날개 뿌리에서 강하고 복잡한 소용돌이 구조를 생성한다는 사실을 밝혔으며 가로와 세로가 3:1 비율인 날개에서는 안정된 소용돌이와 큰 공기력이 만들어지는 것도 입증했다.
장조원 교수는 “이 연구는 곤충 비행에서 최적의 가로세로 날개 형상과 최적의 비행속도 영역이 있다는 것을 최초로 규명한 연구”라며 “향후 생체 모방형 차세대 드론은 물론 프로펠러, 터빈 등 다양한 공학적 개발에 폭 넓게 응용될 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구결과는 ‘유체역학저널(Journal of Fluid Mechanics)’ 11월3일자에 온라인 게재되었다.
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