태권브이는 날개도 없이 어떻게 하늘을 날까요? 태권브이의 비행기술!

지난 글에서는 하늘을 나는 영웅들과 로봇들의 포즈를 살펴보았죠.
그런 것들을 보고 있노라면 당연히, 아 그럼 과연 어떤 방법으로 하늘을 나는 걸까? 하고
궁금해지는 것이 당연합니다.
그래서 이번에는 로보트태권브이가 과연, 어떤 방법으로 하늘을 날 수 있는 것인가?!
그 궁금증을 한번 함께 풀어보려고 해요.

태권브이는 특이하게도 날개도 없이 비행하는 로봇입니다.
다른 많은 슈퍼로봇들은 떠오르는 힘인 양력을 증가시킬 수 있는 날개를 달고,
제트엔진이 분사되거나 하는 방식으로 비행하는 경우가 많지요.

사진은 태권브이와 비슷한 크기의 로켓인 아리안5의 모습입니다.
높이는 54m, 발사할 때 무게는 746t 이라고 해요.
날개가 없는 태권브이의 모습으로 짐작해 봤을 때, 이렇게 로켓 기술을 사용해서 난다는 추측이 가능하겠지요?

태권브이가 지구궤도까지 날아갈 필요가 없다면 이륙추력은 총 무게 1400t의 1.21배인 1700t이면 가능할 것입니다.

이건 러시아에서 개발한 RD-171 로켓엔진인데,
이 것이 아니라 좀 더 신형인 RD-172 로켓엔진은 851t의 추력을 낸다고 해요.
그럼 RD-172 로켓엔진이 2개 있으면 태권브이가 위로 솟아오를 수 있겠네요.
1400t이라고 하는 태권브이의 무게에서 70%인 980t을 로켓 추진체로 사용한다면,
약 200초 정도 비행이 가능하다고 합니다.
추진체는 아마 양 다리와 몸통에 온통 체워야겠지요.

즉, 현재 기술로도 키 56m, 무게 1400t인 태권브이를 200초 정도 비행하게 하는 것은 가능하다는 얘기입니다.


로켓 엔진이 아니라 제트 엔진을 장착한다면?
로켓 엔진은 우주로 나간다는 특성 때문에 산소를 엔진 내부에 저장하고 있는데요
제트 엔진의 경우 점화할 때 필요한 산소를 외부에서 끌어들이지요.
두 엔진이 배기구로 연소가스를 내뿜어서 그 반작용으로 추진력을 얻는다는 점은 동일합니다.

이 녀석은 강력한 터보팬 엔진 중의 하나인 F119-PW-100입니다.
추진력 11톤짜리 엔진이지요.

F-22랩터에 탑재된 엔진으로, 점화되면 저런 모습으로 분사를 합니다.

그런데 추진력 11톤이라.. 태권브이가 비행하려면 1700톤,
조금 더 정확하게 얘기해서 1680톤 정도의 추진력이 필요하기 때문에,
이 F119-PW-100엔진이 153개 필요하게 됩니다.
태권브이의 발바닥 밑에 분사구가 있다고 가정한다면 무릎 아랫부분부터 발바닥 사이의 공간에 이 엔진들을
장착해야 하겠죠?

태권브이 다리 하나의 길이는 대충 30m, 그리고 무릎 아랫부분은 지름 10m의 원통으로 가정한다면
무릎 아래 다리의 단면적은 78.5제곱미터 정도가 됩니다.
F119-PW-100엔진은 길이 4m, 지름이 0.85m이므로 단면적은 0.57제곱미터 정도...
그렇다면 태권브이 한쪽 다리에만 최대 137개 정도의 터보팬 엔진을 장착할 수 있겠군요.
엄청 많은 엔진이 들어간다고 걱정했는데, 의외로 공간은 충분합니다.
양 다리에 77개씩 총 154개의 터보팬 엔진을 장착하면 되겠네요.
단, 방열 문제라던가 각 엔진에서 나온 배기가스가 서로 간섭하는 문제는 너무 복잡해지는 까닭에 논외로 합니다.  

그렇다면 연료는 얼마나 들어갈까요?
터보팬 엔진 한 기는 초당 2.5kg의 연료를 소모합니다.
태권브이가 일반 전투기 수준으로 2시간 정도를 비행한다고 가정한다면...
엔진 한 기의 연료소모율(2.5kg/초) x 비행시간(7200초) x 엔진 개수(154)를 곱하면 되겠네요.
계산기 두드리고 계신가요? ㅎㅎㅎ
2772000kg, 즉 2772톤이 나오네요.
즉, 2시간 비행에 필요한 연료량이
태권브이의 무게인 1400톤을 넘어버립니다.
1시간 비행한다고 쳐도 연료량이 1386톤으로 태권브이의 무게와 비슷해지네요;;

그럼 태권브이의 총 중량의 66% 정도만 연료로 채운다고 한다면?
태권브이가 한번 급유로 비행할 수 있는 시간인 40분 정도가 되겠습니다.

로켓 엔진으로는 200초 정도 비행할 수 있었던 반면,
그래도 터보팬 엔진을 많이 달면 조금 더 긴 시간 비행이 가능해 지는군요. ㅎㅎㅎ
터보팬 엔진을 달 경우, 공기 흡입구가 필요한데요
태권브이의 몸체에는 공기 흡입구 같은 것이 보이지 않지요.
어깨 부분에 공기흡입구를 만들면 괜찮을 것 같습니다.

하지만 날개가 없는 태권브이는 어떻게 비행 도중 자세를 제어하고 착륙할 수 있을까요?
영국의 해리어나 미국의 F-35는 뛰어난 수직이착륙 성능으로 유명하죠?

해리어의 경우, 이 페가수스 엔진을 사용해 수직으로 뜨고 내립니다.
앞쪽 노즐 2개에선 공기를 뿜어 자세를 제어하고,
뒤쪽 2개에선 배기가스를 뿜어 추진력을 내는 방식이지요.

F35같은 경우에는, 엔진 배기구가 거의 90도까지 회전하여 아래쪽으로 가스를 뿜어내 수직 이착륙이 가능합니다.

태권브이는 배기가스가 나오는 발목을 움직이는 것으로 방향을 바꿀 수 있겠네요.
하지만 공중에 정지하거나 자세 조절을 위해서는, 해리어나 F-35처럼
태권브이의 몸통에 자세제어용 노즐이 필요하겠지요.

이 정도 움직임은 현재의 과학으로도 가능하지만,
만화 속에서처럼 자유롭게 움직이려면?

공상과학 소설 등에 등장하는 반중력 기술이 개발되어야 할겁니다.
태권브이의 몸무게가 순간적으로 아주 가벼워져야 가능한 움직임 들이거든요.


자, 지금까지 태권브이의 비행 기술에 대해 살펴보았습니다.
당연히 제 머릿속에서 나온 이야기는 아니구요 ^^;
과학동아에서 나온 '로보트태권브이 10대기술 심포지엄' 자료집의 이야기들을 참조했답니다.
특히 현재 한국항공대 교수로 근무중이신 장영근 교수님의 글에서 많이 따왔어요.

과연 영화 속에서도 태권브이가 멋지게 비행하는 모습이 나올까요?
그럼 저는 발 부분의 분사구를 열심히 지켜보렵니다. ㅎㅎ
물론 아직은 공상에 불과한 상상들을 실재화 시킨 이미지들이겠지만
이렇게 과학적 방법들을 추측해보고 생각해보는 재미도 참 쏠쏠하네요.
태권브이가 정말 하늘을 자유롭게 나는 그 날을 상상합니다.