자석의 힘으로 선박·항공 추진효율 높인다

자석의 힘을 이용한 프로펠러로 선박과 항공기 추진효율을 획기적으로 높이는 기술이 국내서 개발됐다.
한국전기연구원(이하 전기연) 홍도관 전동력시스템연구센터 박사팀이 선박과 항공기의 추진효율을 10% 이상 향상시킬 수 있는 '비접촉 마그네틱 기어 기반 상반회전 프로펠러' 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.
이 기술은 자석의 N극과 S극이 서로 밀고 당기는 힘을 활용해 기어 부품들의 접촉 없이 동력을 전달하여 상반회전 프로펠러의 추진력을 만들어 낼 수 있는 '비접촉 마그네틱 기어' 방식이다. 마그네틱 기어가 태생적으로 상반회전이 가능하다는 점에 포인트를 두고, 이를 수중 및 항공 추진체에 적용한 것이다.

비접촉 마그네틱 기어 기반 상반회전 프로펠러 원리. [사진 제공 = 한국전기연구원]

'상반회전 프로펠러'는 서로 반대로 회전하는 2개의 프로펠러가 축 방향으로 배치됐다. 전방 프로펠러에서 나온 회전 에너지를 후방 프로펠러가 반대 방향으로 회전하면서 회수·재활용하는 방식으로 추진 효율이 높고 에너지 절감 효과까지 기대할 수 있어 국내외에서 많은 연구가 이뤄지고 있다. 그러나 기존 기계식 상반회전 프로펠러 방식은 톱니가 맞물려 동력을 전달함으로써 마찰로 인한 열·소음·진동이 크고, 마모와 냉각을 위한 윤활유 공급 등 정기적인 유지보수도 해야 하는 단점이 있다.

홍도관 한국전기연구원 전동력시스템연구센터 박사. [사진 제공 = 한국전기연구원]

비접촉 마그네틱 기어가 활용된 상반회전 프로펠러는 여러가지 잇점을 가지고 있다. 추진 효율성과 연료비 절감 효과는 물론이고, 비접촉 자석의 힘을 활용하기 때문에 소음과 진동이 거의 없다. 또 수명이 반영구적이라 유지보수가 크게 필요 없다는 점도 큰 강점이다. 이 기술은 특히 국방 분야에서 크게 주목받을 것으로 전기연은 보고 있다.
비접촉 마그네틱 기어 기반 상반회전 프로펠러는 현재 무인이동체용 3kW급 출력 수준이다. 꾸준한 연구를 통해 올해 무인이동체용 10kW급을 달성하고, 내년에는 사람이 수십명 탈 수 있는 정도의 100kW 이상급 성능을 구현한다는 목표다. 전기연은 이 기술에 대한 관련 특허 출원, 국내외 성과 논문게재 등을 완료했다.
홍 박사는 "기계식 기어를 대체하는 비접촉 마그네틱 기어를 적용한 세계최초의 시도다"며 "수중용·항공용을 넘어 다양한 모빌리티 분야에도 우리의 비접촉 마그네틱 동력 전달 기술이 확대 적용될 수 있도록 연구개발에 힘쓰겠다"고 말했다.
[창원 = 최승균 기자]