프로펠러 2개가 반대로 돌면서 추진효율 높인다

[파이낸셜뉴스] 한국전기연구원(KERI) 전동력시스템연구센터 홍도관 박사팀이 선박과 항공기의 추진효율을 10% 이상 향상시킬 수 있는 '비접촉 마그네틱 기어 기반 상반회전 프로펠러' 기술을 세계 최초로 개발했다. 전기연구원은 "이 기술은 국방분야의 저소음 어뢰 개발과 육해공 무인 이동체 동력원, 산업분야의 공작기계 등 자동화, 모빌리티분야의 선박·항공·자동차 등 다양한 분야에서 기계식 기어를 대체할 것"이라고 설명했다.

상반회전 프로펠러는 서로 반대로 회전하는 2개의 프로펠러가 한축에 있다.

앞에 있는 프로펠러에서 나온 회전 에너지를 후방 프로펠러가 반대 방향으로 회전하면서 재활용한다. 따라서 추진 효율이 높고 에너지 절감 효과까지 있다.

홍도관 박사는 7일 "기존 방식인 '전동기와 단일 프로펠러'를 뛰어넘는 것이 '전동기와 복잡한 기계식 기어, 상반회전 프로펠러'인데, 우리 성과는 여기서도 한 단계 더 나아가 기계식 기어를 대체하는 비접촉 마그네틱 기어를 적용한 세계최초의 시도"라고 말했다.

연구진은 3년간의 시행착오 끝에 부품의 조합 및 설계, 전기-기계 간 성능해석, 시제품 제작을 마치고 성능시험 평가까지 통과했다. 이를 이용해 최근에는 KERI 창원본원 인근의 저수지에서 수중 추진기를 테스트 한 결과, 비접촉 마그네틱 기어의 최대 효율 99%를 달성했다.

현재 연구진이 개발한 비접촉 마그네틱 기어 기반 상반회전 프로펠러는 무인이동체용 3㎾급 출력을 내고 있다. 꾸준한 연구를 통해 올해에는 무인이동체용 10㎾급을 달성하고, 내년에는 사람이 수십명 탈 수 있는 정도의 100㎾ 이상급 프로펠러를 개발할 계획이다.

연구진은 자석의 N극과 S극이 서로 밀고 당기는 힘을 활용해 기어 부품들의 접촉 없이 동력을 전달해 상반회전 프로펠러의 추진력을 만들어 낼 수 있는 '비접촉 마그네틱 기어'를 대안으로 제시했다. 마그네틱 기어가 태생적으로 상반회전이 가능하다는 점에 포인트를 두고, 이를 수중 및 항공 추진체에 적용한 것이다.

전기연구원에 따르면, 비접촉 마그네틱 기어가 활용된 상반회전 프로펠러의 장점은 매우 많다. 높은 추진 효율성과 연료비 절감 효과는 물론이고, 비접촉 자석의 힘을 활용하기 때문에 소음과 진동이 거의 없다. 해당 장점은 특히 국방 분야에서 크게 주목받을 것으로 보고 있다. 이 밖에도 수명이 반영구적이라 유지보수가 크게 필요 없다는 점도 큰 강점이다.

연구진은 원천기술과 관련한 특허 출원, 국내외 성과 논문 게재 등을 완료했다. 전기연구원은 관련 기업으로의 기술이전을 통해 사업화에 나선다는 계획이다.

홍도관 박사는 "수중용·항공용을 넘어 다양한 모빌리티 분야에도 우리의 비접촉 마그네틱 동력 전달 기술이 확대 적용될 수 있도록 연구개발에 힘쓰겠다"고 밝혔다.

[e-mail] 김만기 기자