한국항공대 장조원 교수 연구팀이 곤충 날개가 만들어내는 소용돌이가 비행성능을 두 배 가까이 향상시키는 것을 발견했다. 10일 한국연구재단에 따르면 이번 연구 성과는 유체역학저널 11월 3일 자에 게재됐다.

날아가는 곤충은 앞으로 가는 전진비행과 제자리비행이 가능하고 돌풍에도 뛰어난 안정성을 보인다. 곤충은 빠른 날갯짓으로 날개 주위에 복잡한 소용돌이를 만들어낸다.

그동안 소용돌이가 유지되는 원인을 알아내기 위해 연구가 진행됐지만 크기가 작고 날갯짓이 빨라 실험 연구에 한계가 있었다.

연구팀은 제자리비행에 능숙하다고 알려진 박각시 나방을 바탕으로 약 5배 크기를 갖는 날갯짓 로봇 모델을 제작해 공기보다 밀도가 높은 물로 채우는 등 실제 곤충 비행과 동일한 환경을 만들었다. 연구팀은 전진속도에 따라 달라지는 힘의 변화를 측정하고 DPIV 기법(유동 구조를 보기 위한 가시화 기법의 하나)을 이용해 날개 주위에 발생하는 소용돌이의 변화를 관찰한 결과 곤충이 날개를 파닥일 때 발생하는 날개 위 소용돌이의 안정성이 곤충의 최대 비행속도를 결정하고 양력 세기를 2배 가까이 향상시키는 것을 발견했다.

또 연구팀은 곤충 날개의 가로세로 형상이 소용돌이에 미치는 영향을 분석한 결과 날개 면적이 넓은 경우는 날개 끝에서 날개면적이 좁은 경우는 가슴에 붙어 있는 날개 뿌리에서 강하고 복잡한 소용돌이 구조를 생성한다는 것을 밝혔다.

장 교수는 “이번 연구로 향후 생체 모방형 차세대 드론, 프로펠러, 터빈 등 다양한 공학적 개발에 폭 넓게 응용될 수 있을 것이다”라고 말했다.

강정의 기자 justice@ggilbo.com