헬리콥터는 전형적인 회전익기(rotorcraft)로서, 기체 중심 부분에 수직방향으로 나와 있는 회전축에 메인로터(주 회전날개)가 달렸고, 꼬리부분에는 이와 함께 돌아가는 테일 로터(꼬리 회전날개)가 달려 있는 형태가 대부분이다.
메인로터에는 블레이드가 달려있어 수평방향으로 회전하면서 양력을 얻어 상승과 하강을 할 수 있고, 회전면에 경사를 주어 전후좌우 방향의 비행을 마음대로 할 수 있다.
이러한 수직이착륙(VTOL Vertical Take-Off Landing) 특성에 따라 고정익기에 비해 매우 좁은 공간에서도 뜨고 내리는 것이 가능하고, 또 특별한 이착륙 시설이 필요하지 않은 장점이 있다.
그러면서도 자동차나 기차 등에 비해 속도가 빨라서 군사용, 의료용 응급수송, 화재 진압, 여행 등에 사용되고 있다.
헬리콥터 하면 가장 먼저 떠오르는 것이 잠자리 같은 모양과 “타타타타hellip”하는 특유의 소리일 것이다.
헬리콥터의 소리는 기종마다 다르고, 아직까지는 그 소리를 줄이는 획기적인 방법이 없어서 비행 중인 헬리콥터를 찾는 가장 쉬운 방법은 헬리콥터가 내는 시끄러운 소리를 찾는 것이라고까지 말할 정도다.
그러면 “타타타타hellip”, “두그두그hellip” 등 여러 가지의 소리는 과연 헬리콥터의 어디에서 나는 소리일까?
헬리콥터에서 나는 소리 대부분은 엔진에서 나는 소리와 로터블레이드에서 나는 소리이다.
헬리콥터의 엔진은 대부분 터보 샤프트 엔진을 쓰는데, 일반 제트엔진과 비슷하기 때문에 다른 제트엔진 항공기의 엔진 소리와 크게 다르지 않다고 할 수 있다.
고정익 항공기는 앞으로 나감으로써 날개에 공기 흐름을 만들어 양력을 발생시키는 반면, 헬리콥터는 고정익 항공기의 날개역할을 로터 블레이드가 맡아서 한다.
그래서 양력을 발생시키기 위해서는 로터 블레이드를 회전시켜 블레이드에 공기 흐름을 생기게 해야 한다.
그런데 로터 블레이드는 회전운동을 하기 때문에 한 블레이드에서도 회전축과 가까운 곳은 선속도가 느리고, 회전축과 먼 곳은 선속도가 빠르다.
(* 선속도 : 같은 속도로 빙글빙글 도는 운동을 하는 물체에 있어서 어떤 한 점에서의 속도)
선속도는 회전속도가 빠를수록, 블레이드 길이가 길수록 빨라지기 때문에 긴 블레이드가 고속회전하면 블레이드 끝은 음속에 가까운 선속도를 가지게 되어 고속충격음(HIS high-speed impulsive noise)이 발생하게 된다.
또, 고정익기는 날개가 공기를 한 번 지나고 나면 그만이지만 헬리콥터에서는 블레이드가 지나고 난 다음 다음번의 블레이드가 지나가기 때문에 앞 블레이드가 만든 공기의 소용돌이가 뒤이어 오는 블레이드와 간섭하게 되어 시끄러운 소리(BVI blade/vortex interaction noise)를 내게 된다.
그렇다면 헬리콥터의 이런 소음을 줄이는 방법은 없을까? 헬리콥터의 소음을 줄이기 위한 방법은 크게 수동적인 방법과 능동적인 방법으로 나눌 수 있다.
수동적인 방법은 블레이드 수를 바꾸어서 블레이드가 받는 압력을 줄이는 방법, 블레이드 끝단의 모양을 바꾸어서 공기의 흐름에 있어서 강도를 줄이는 법, 로터 끝단 속력을 줄이는 법 등이 있다.
능동적인 방법으로 미항공우주국(NASA)에서 연구하는 것을 예로 들자면, 엑츄에이트로 구동되는 회전 경사판을 블레이드에 달아서 블레이드의 피치가 적절한 ‘고조파조화진동’하도록 하는 HHC(higher harmonic control) 방법, 기존의 피치 조절연결부를 고주파 엑츄에이터로 대체하여 각 블레이드의 피치를 바꾸어주는 IBC(individual blade control) 방법, 압전효과로 블레이드의 플랩을 구동하고, 블레이드가 변형되어 비틀리도록 하는 ATR(active twist rotor) 등과 같은 방법이 있다.
이외에도 이와 유사한 방법들이 여러 곳에서 연구되고 있는데 블레이드가 구불구불한 형태, 떨리는 형태, 블레이드에 플랩이 들어가는 형태 등이 연구의 결과로 발표되고 있다.
현재는 헬기의 소음을 줄이기 위해 많은 연구를 하고 있지만, 한편으로 헬리콥터의 소음은 과거에 희망의 메시지로 작용해왔다.
베트남전에서 월맹군에게 포위되어 있는 미군에게 “투투투투hellip” 소리를 내며 나타났던 헬리콥터 소리는 죽음을 삶으로 전환시키는 소리였고, 다치거나 병들어서 후송을 기다리고 있을 때 멀리서 들려오는 헬리콥터 소리는 희망의 상징으로 여겨지곤 했다.
은밀히 침투하기 위해서, 혹은 좀 더 쾌적한 환경을 위해서 헬리콥터 소리는 줄여야 하는 것이 일반적인 상식이고, 분