eVTOL Lab | 비행 기술과 미래항공

전기비행기와 eVTOL(전기 수직이착륙기)은 같은 배터리를 실어도 갈 수 있는 거리가 다릅니다. 활주로에서 뜨는 전기비행기는 순항하는 동안 날개가 무게를 받쳐 주고, eVTOL은 뜨고 내릴 때마다 로터만으로 기체 무게를 모두 들어 올려야 합니다. 유럽항공안전청(EASA)은 2020년 6월 10일 피피스트렐(Pipistrel)의 2인승 훈련기 벨리스 일렉트로(Velis Electro)에 완전 전기 항공기로는 세계 첫 형식증명을 내줬습니다(EASA, 2020). 제가 확인한 수소·하이브리드 여객기 계획은 아직 시험 비행이나 설계 단계입니다. 600kg을 날개로 끌 때와 로터로 띄울 때 기준은 벨리스 일렉트로의 형식증명 자료집입니다. 최대 이륙 무게 600kg, 최대 연속 출력 49.2kW, 90초까지만 허용되는 이륙 출력 57.6kW, 11.0kWh 배터리 두 개가 적혀 있습니다(EASA 형식증명 자료집, 2025). 이 무게를 날개로 순항시킬 때와 로터로 호버링(제자리 비행)할 때를 견줬습니다. 순항 속도는 45m/s(162km/h), 양항비는 소형 일반항공기 수준인 10, 프로펠러 효율은 80%로 놓았습니다(독일항공우주센터, 2012). 디스크 로딩 15·64kg/m²와 성능지수 0.70은 미국 항공우주국(NASA) 6인승 참조 기체의 설계값입니다(NASA 에임스·랭글리, 2018). 순항 동력 = 무게 × 속도 ÷ 양항비 ÷ 프로펠러 효율 호버링 동력 = 무게 × √(무게 ÷ (2 × 공기밀도 × 회전면 넓이)) ÷ 성능지수 양항비는 양력을 저항으로 나눈 값이라, 10이면 무게의 10분의 1만 앞으로 밀면 됩니다. 호버링 식은 운동량 이론에서 나오며 공기밀도는 1.225kg/m³를 넣었습니다(NASA 글렌 연구센터, 2025). 비행 상태 축에 걸리는 동력 순항과 비교 날개로 순항 약 33.1kW 1배 넓은 로터로 호버링(15kg/m²) 약 65.2kW 약 2.0배 좁은 로터로 호버링(64kg/m²) 약 134.6kW 약 4.1배 순항에 드는 ...

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 항목 값 성격 뜨는 로터 8개 NASA 6인승 리프트+크루즈 참조 기체와 같은 수 배터리 팩 2개, 팩마다 로터 4개 계산을 보여 주려고 고른 배치 비행 상태 호버링(제자리 비행) 로터가 무게를 전부 드는 구간 무게 분담 로터마다 똑같이 실제 기체는 로터마다 다를 수 있음 고장 뒤 균형 멈춘 로터의 맞은편을 함께 줄임 NASA 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 문서...

전고체 배터리는 에너지 밀도와 불이 잘 붙지 않는 성질에서 리튬이온을 앞설 가능성을 보였고, 실제 eVTOL(전기 수직이착륙기)에 실려 시험비행도 했습니다. 다만 출력·급속충전·수명 칸은 회사 발표뿐이거나 비어 있고, 리튬황은 아직 실험실 셀 단계입니다. 비교 기준은 2021년 eVTOL 배터리 요구조건 연구 기준은 펜실베이니아주립대 연구진이 2021년 학술지 줄(Joule)에 낸 eVTOL 배터리 요구조건 연구에서 가져왔습니다. 연구진은 에너지 밀도, 출력, 급속충전, 수명, 안전 다섯 가지를 꼽고 모든 항목에서 전기차 배터리보다 기준이 높다고 봤습니다. 계산만 한 연구도 아닙니다. 에너지 밀도가 높은 리튬이온 셀 두 종을 직접 시험해, 80km 비행분을 5~10분에 채우면서 급속충전을 2,000번 넘게 견디는 결과를 함께 실었습니다(펜실베이니아주립대, 2021). 표의 '항공이 요구하는 수준'은 이 연구의 계산값입니다. 나머지 칸은 논문, 미국 항공우주국(NASA), 회사 발표에서 가져와 끝에 성격을 적었습니다. 회사 발표 숫자는 셀 값인지 팩 값인지 밝히지 않은 경우가 많아 같은 줄에 있어도 그대로 맞댈 수는 없습니다. 셀과 팩이 얼마나 벌어지는지는 Wh와 W 차이 에서 계산해 두었고, 배터리·전기추진 묶음의 다른 글은 전체 글 목록 에 모여 있습니다. 조건 항공이 요구하는 수준 리튬이온 전고체 리튬황 에너지 밀도 지금 전기차 팩은 약 170Wh/kg, 팩 250Wh/kg면 최대 230km 안팎 시험 셀 215·271Wh/kg, 팩으로 치면 157·200Wh/kg (연구) 셀 375Wh/kg(팩토리얼), 480Wh/kg(이항, 셀·팩 미표기) (회사 발표) 이론값이 높음, 고체 전해질 시제 셀은 500Wh/kg 넘김 (연구·NASA) 출력 호버링 때 팩 기준 2.5~4.5C를 30~120초 2,000회 뒤에도 착륙 때 전압 유지 (연구) 최대 4C 방전 발표, 고체 전해질은 방전이 느린 편 (회사 발표·NASA) 황과 황화물이 전기를...

Wh는 배터리에 담긴 에너지의 양이고, W는 그 에너지를 한순간에 꺼내 쓰는 세기입니다. 배터리 250Wh/kg은 1kg 안에 250Wh가 들어 있다는 말이라, 이륙할 힘이 되는지는 W/kg으로 따로 따져야 합니다. 기사 속 이 숫자는 대개 셀 하나의 값입니다. Wh는 얼마나 오래, W는 얼마나 세게 두 단위는 시간으로 이어집니다. 1kW를 1시간 쓰면 1kWh이고, 같은 1kWh를 10분 만에 쓰려면 6kW가 필요합니다. 한꺼번에 많이 쓰면 에너지보다 출력이 먼저 한계에 닿습니다. 단위 재는 것 기체에서 정하는 것 Wh, kWh 담긴 에너지 갈 수 있는 거리와 시간 W, kW 꺼내는 세기 이륙·착륙 때 버틸 힘 Wh/kg 1kg당 에너지 같은 무게로 더 멀리 가는지 W/kg 1kg당 출력 같은 무게로 더 세게 미는지 C레이트 출력 ÷ 용량 배터리를 얼마나 빨리 비우는지 C레이트로 말하면 1C는 가득 찬 배터리를 1시간에, 4C는 15분에 비우는 속도입니다. eVTOL(전기 수직이착륙기)에서는 이 값이 유난히 커집니다. 펜실베이니아주립대 연구진은 배터리가 기체 무게의 30%라고 놓고 여러 기체 방식을 계산해, 순항에는 배터리 1kg당 150~350W, 호버링(제자리 비행)에는 500~900W가 든다고 봤습니다(펜실베이니아주립대 요구조건 연구, 2021). 팩 에너지 밀도가 200Wh/kg이면 호버링 때 2.5~4.5C로 방전한다는 계산이 나옵니다. 같은 연구가 계산한 전기차 배터리의 평균 방전은 고속도로에서 0.3C, 시내에서 0.1C 안팎이었습니다. 호버링하는 eVTOL은 고속도로를 달리는 전기차보다 8~15배 빠르게 에너지를 꺼내 씁니다. 셀 250Wh/kg은 팩에서 얼마가 될까 기체에 실리는 것은 셀 수백 개를 묶고 배선, 냉각 장치, 구조물, 보호 회로를 더한 팩입니다. 그 부품 무게만큼 1kg당 에너지가 내려갑니다. 같은 연구진은 전기차 배터리의 팩 에너지 밀도가 셀의 0.55~0.75배에 그친다고 적었습니다. 모듈 없이 큰 셀을 팩에...