분산전기추진(DEP), eVTOL 모터 하나가 멈추면 남은 로터는 얼마나 더 밀어야 할까?

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로터 8개로 뜨는 eVTOL에서 하나가 멈추면 맞은편 로터까지 줄여 균형을 잡아야 해서, 남은 6개가 평소보다 33% 큰 추력을 내야 합니다. 배터리 2개가 로터를 4개씩 맡는 구조라면 팩 하나를 잃는 순간 남은 4개가 평소의 2배를 밀어야 합니다.

모터와 로터를 여러 벌로 나눠 기체 곳곳에 다는 방식을 분산전기추진(DEP)이라고 부릅니다. 작은 전기 모터 여러 개가 큰 모터 몇 개보다 무겁지 않다는 것이 미국 항공우주국(NASA) 참조 기체 설계의 전제였습니다(NASA 에임스·랭글리, 2018). 하나가 멈춰도 나머지로 버틴다는 장점이 늘 따라붙지만, 그 여유는 로터 수와 배선에 따라 크게 갈립니다.

로터 8개 기체를 기준으로 잡은 값

항목값성격
뜨는 로터8개NASA 6인승 리프트+크루즈 참조 기체와 같은 수
배터리 팩2개, 팩마다 로터 4개계산을 보여 주려고 고른 배치
비행 상태호버링(제자리 비행)로터가 무게를 전부 드는 구간
무게 분담로터마다 똑같이실제 기체는 로터마다 다를 수 있음
고장 뒤 균형멈춘 로터의 맞은편을 함께 줄임NASA 참조 기체 문서가 쓴 방식

배터리 배치는 단순하게 잡았습니다. NASA도 참조 기체의 크기를 정할 때는 배터리 하나가 모든 모터에 물린 모델을 썼고, 여러 배터리가 모터를 나눠 맡는 구성은 따로 따질 과제로 남겼습니다(NASA 에임스·랭글리, 2018).

로터 하나가 서면 맞은편도 줄여야 한다

여덟 개가 무게를 똑같이 나눠 들다가 한쪽 귀퉁이 로터가 멈추면, 그쪽 추력이 비면서 기체가 기울기 시작합니다. 나머지 일곱 개가 똑같이 조금씩 더 미는 것으로는 기울기가 잡히지 않습니다. 가장 단순한 방법은 멈춘 로터의 맞은편을 같이 줄이는 것이고, 그러면 실제로 무게를 드는 로터는 여섯 개가 됩니다.

정상일 때 로터 하나의 몫 = 1 ÷ 8 = 12.5%

로터 1개 정지, 맞은편 감속 뒤 = 1 ÷ 6 ≈ 16.7%

추력 배수 = 16.7% ÷ 12.5% ≈ 1.33배

NASA 참조 기체 문서도 같은 숫자를 적었습니다. 로터가 6개 이상이면 짝을 지어 끄고 나머지 출력을 올리는 방식으로 모터 하나의 고장에 대비할 수 있고, 이때 남은 로터에 필요한 정지 추력은 로터 6개짜리에서 50%, 8개짜리에서 33% 커진다고 봤습니다(NASA 에임스·랭글리, 2018).

로터 8개 기체에서 고장 시 남은 로터의 부담정상 12.5퍼센트, 로터 1개 정지 시 6개가 약 17퍼센트, 배터리 1개 정지 시 4개가 25퍼센트.REDUNDANCY하나가 멈추면남은 로터의 몫은?Load on the remaining rotors반대편 로터도 낮춰 균형을 맞추므로 6개가 든다Opposite rotor throttles down, six carry the loadeVTOL Lab12.5%정상 · 8개Normal, 8 rotors17%로터 1개 정지One rotor out25%배터리 1개 정지One battery out
로터 8개 기체에서 고장 때 남은 로터가 맡는 몫. 정상일 때 12.5%, 로터 1개가 멈추면 6개가 약 17%, 배터리 1개가 멈추면 4개가 25%를 맡는 배치도

모터 쪽에서 보면 부담은 더 큽니다. 호버링 원리 글에서 쓴 운동량 이론대로라면 회전면이 그대로일 때 이상적인 호버링 전력은 추력의 1.5제곱에 비례합니다.

로터 하나의 전력 배수 ≈ 1.33 × √1.33 ≈ 1.54배

추력은 33%만 늘어도 모터는 평소보다 54% 큰 전력을 내야 한다는 계산입니다. 회전면 넓이의 합도 8분의 6으로 줄었으니 기체 전체의 호버링 전력은 약 15% 늘어납니다.

배터리 팩 하나가 서면 로터 넷이 같이 선다

모터 개수보다 먼저 물어야 할 것은 그 모터들이 어디서 전기를 받느냐입니다. 팩 2개가 로터를 4개씩 맡는 구조에서 팩 하나가 멈추면 로터 넷이 한꺼번에 섭니다. 부품 하나가 아니라 여러 부품이 함께 기대는 것이 멈춰서 생기는 이런 고장을 공통 원인 고장이라고 부릅니다.

격납고에서 장갑 낀 정비사가 날개 앞쪽 모터 덮개를 열고 주황색 고전압 배선을 만지는 장면. 같은 날개를 따라 프로펠러 달린 모터 네 개가 나란히 늘어서 있다. 이해를 돕기 위해 만든 이미지

남은 로터 하나의 몫 = 1 ÷ 4 = 25%

추력 배수 = 25% ÷ 12.5% = 2배

로터 하나의 전력 배수 ≈ 2 × √2 ≈ 2.83배

살아남은 팩도 같습니다. 평소 기체 전체 전력의 절반을 대던 팩이 이제 혼자 전부를 대야 하고, 회전면이 절반으로 줄어 그 전체 전력마저 약 1.41배가 됩니다. 그 팩은 평소의 약 2.83배 출력을 짧은 시간에 뽑아야 하고, 배터리가 그만큼 높은 방전율을 견디느냐가 새 문제가 됩니다. 출력(kW)과 용량(kWh)의 차이는 배터리의 Wh와 W를 다룬 글에 있습니다.

유럽항공안전청(EASA)의 수직이착륙기 특별 조건은 에너지 저장·공급 계통이 여럿이면 한 계통의 부품 하나가 고장 나거나 불이 나도 다른 계통의 저장이나 공급을 잃지 않도록 서로 독립되게 설계하라고 요구합니다(EASA, 2024). NASA 참조 기체 문서는 전원이 끊기면 로터 회전수 제어 자체가 불가능하니 전력 계통에도 이중화가 있어야 한다고 적었습니다. 제어 컴퓨터가 하나뿐이면 그것도 공통 원인이 되는데, 컴퓨터가 로터마다 명령을 나눠 주는 과정은 비행제어 컴퓨터 글에서 다뤘습니다.

로터 수와 팩 배선을 바꿔 보면

로터 하나가 멈추고 맞은편을 함께 줄이는 경우를 로터 수별로 놓았습니다.

뜨는 로터 수평소 몫고장 뒤 몫추력 배수전력 배수(이상값)
6개16.7%25%1.50배1.84배
8개12.5%16.7%1.33배1.54배
12개8.3%10%1.20배1.31배
18개5.6%6.25%1.13배1.19배

로터 8개에서 팩을 묶는 방법만 바꾸면 이렇습니다.

배선 방식팩 하나가 멈출 때 서는 로터남은 로터추력 배수전력 배수(이상값)
2개 팩에 4개씩4개4개2.00배2.83배
4개 팩에 맞은편 짝끼리 2개씩2개(이미 대칭)6개1.33배1.54배
4개 팩에 같은 쪽 이웃끼리 2개씩2개 + 맞은편 감속 2개4개2.00배2.83배

로터를 늘리면 부담이 줄지만 줄어드는 폭은 점점 작아집니다. 8개에서 18개로 두 배 넘게 늘려도 추력 배수는 1.33에서 1.13으로 내려갈 뿐입니다. 배선은 차이가 더 큽니다. 같은 팩 4개라도 맞은편 짝끼리 묶으면 팩 하나를 잃어도 모터 하나 고장과 부담이 같고, 같은 쪽 이웃끼리 묶으면 팩 2개짜리 기체와 다를 바 없습니다. 팩을 잘게 나눌수록 케이스와 배선, 보호 장치가 늘어 무게가 붙으니, 팩 수는 이 표의 배수와 무게를 함께 놓고 정하게 됩니다.

인증 기준과 시험이 요구하는 수준

EASA 특별 조건 2판은 좌석 9석 이하, 최대 인증 이륙 질량 5,700kg 이하 기체에 적용됩니다. 2019년 첫판의 상한은 3,175kg이었는데, 2024년 6월 개정에서 배터리를 더 실을 수 있도록 올렸습니다(EASA, 2024). 혼잡한 도시 위를 날거나 승객을 태우는 상업 운송에는 강화 등급(Category Enhanced)을 요구하고, 이 등급의 기체는 고장이 나도 비행을 이어 가 버티포트에 착륙할 수 있어야 합니다. 단일 고장이 치명적인 결과로 이어지지 않아야 한다는 조항도 따로 있습니다. 고장 순간만 버티면 되는 것이 아니어서, 앞의 1.33배나 2배를 버티포트에 내려앉을 때까지 낼 수 있어야 한다는 쪽에 가깝습니다.

미국은 전기 모터를 항공기 엔진으로 인증하는 일반 기준이 아직 없어 모델마다 특별 조건을 냅니다. 미국 연방항공청(FAA)은 2024년 12월 베타 테크놀로지스의 H500A 전기 엔진에 특별 조건을 내면서, 전기 모터와 모터 컨트롤러, 고전압 계통을 주 추진원으로 쓰는 설계를 기존 엔진 감항 기준이 다루지 못한다고 적었습니다(FAA, 2024). 2026년 3월에도 제로에이비아의 ZA601 전기 엔진에 같은 방식으로 특별 조건을 냈습니다(FAA, 2026).

고장 시험 자료는 공개된 것이 드뭅니다. NASA는 대부분의 회사가 기체 거동 자료를 내부에만 둔다며 조지아공대와 함께 1,000파운드(약 450kg)급 무인 연구 기체 RAVEN을 설계하고 있고, 그 전 단계로 38파운드(약 17kg)짜리 축소 기체 RAVEN SWFT를 랭글리 연구센터에서 날리고 있습니다. 과제 책임자는 모터가 멈추는 것처럼 예상하지 못한 상황에서 기체가 어떻게 되는지 확인하고, 그 데이터를 누구나 쓸 수 있게 공개하겠다고 밝혔습니다(NASA, 2025).

똑같이 나눠 든다는 가정을 걷어 내면

위 계산은 로터마다 같은 몫을 들고, 멈춘 쪽의 맞은편을 똑같이 줄인다고 놓은 이상적인 경우입니다. NASA 문서는 남은 로터 가운데 일부에 토크를 더 몰고 나머지는 덜 쓰는 배분도 가능하다고 적었으니(NASA 에임스·랭글리, 2018), 실제로는 모터 몇 개가 1.33배보다 큰 짐을 질 수도 있습니다. 고장 순간 기체가 기우는 몇 초 동안의 움직임과 모터가 그 출력을 몇 분이나 견디는지도 이 계산 밖에 있습니다. 리프트+크루즈처럼 순항 중에는 뜨는 로터를 세우는 기체라면, 이 부담은 이착륙과 전환 비행 구간에 몰립니다.

확인일 2026-10-16

출처

규제기관 문서

연구