버티포트와 관련된 재미있는 특허

▲ 최승욱 화인특허법률사무소 대표 변리사

코로나가 기승을 부리지만 봄은 찾아왔고, 어느덧 초여름이다.  

지난 달 독자와 약속한 바와 같이 이번 달은 버티포트에 관한 특허 명세서를 찾아 그 내용을 공유하려고 한다. 

UAM(도심항공교통)이 중요하지만 UAM을 운용하기 위한 여러가지 인프라 구축도 역시 중요하며, 과거와 달리 고도로 집적화되고 밀집화된 도시에 새로운 인프라를 유기적으로 녹아들게 하는 것은 많은 노력이 필요할 것이라고 지난 기고에서 밝혔음을 환기한다.

▲ 미래 도시 상상도(출처: https://happyppiggy.tistory.com/205, 심시티) - 기존에 구축된 인프라에서 새로운 인프라를 추가하기 쉽지 않은 환경일 것임.

약속한대로 이번 달은 버티포트 관련된 특허를 검토할 것인데, 어느 정도 독자에게 알려진 출원인이 흥미로운 발명을 출원한 것이어야 한다. 필자는 이런 조건하에 특허문헌을 쭉쭉 넘겨보다가 너무 어렵지도 않고 버티포트와 관련된 재미있는 특허를 발견하여 소개한다.

먼저, 출원인이 꽤 유명한 오로라 플라이트 사이언스(Aurora Flight Sciences)이다. 오로라 플라이트 사이언스를 소개하자면, 일단 세계 최대 항공기업인 보잉이 2017년 자율주행 비행기 사업부분 개발을 위해 인수한 업체로 잘 알려져 있다. 오로라 플라이트 사이언스는 페가수스 PAV를 공개하고, 그 동안 2019년 전기를 사용하는 수직 이착륙기의 자율비행 시험을 성공하였다.

▲2019년 시험비행에 성공한 오로라(보잉)의 기체-페가수스 PAV (출처: Youtube OUR FIRST FLIGHT: Boeing’s Passenger Air Vehicle)- 2인이 탑승 가능한 기체로, 양력을 발생시키는 8개의 프로펠러가 각각 다른 각도를 갖도록 고정된 것이 특징적이다. 본 기체에 대한 자세한 내용은 김명집님이 운영하는 항공과 비평 블로그를 참조하시기 바란다.

이런 오로라는 UAM이나 개인용비행체(PAV) 등 보잉의 신사업을 담당하고 있는 스타트업 중 하나라고 할 수 있다. 이번에 오로라가 버티포트에 관한 특허를 공개했는데, 먼저 내용을 간단히 파악하기 위해 그 대표 도면을 공유한다.

▲도 1 대표도. 동그란 팬케익과 같이 납작한 원통 형태의 버티포트에 기체가 랜딩한 모습. 버티포트의 랜딩 표면에 수많은 관통구(14)가 존재하고, 옆면에 공기를 이송하기 위한 통풍구 형태의 공기 이동 장치(40)를 볼 수 있음.

독자들은 도 1을 보면 어떤 생각이 드는가? 오로라는 이런 형상을 통해 도대체 어떤 목적이나 효과를 노리고 있는가? 상상이 가는가? 그렇다. 헬리콥터와 같은 형태의 회전익의 경우, 하향기류를 생성하게 되는데, 이런 하향기류가 바닥에 충돌하고 나서 방사로 흩어지게 된다. 헌데, 그 흩어지는 기류는 다시 위로 튕겨져 나올 수 있으며, 이를 분수효과(fountaining effect)라고 한다. 이런 분수효과는 회전익 형태의 항공기의 안전한 착륙을 저해하고, 안전한 착륙을 위해서는 추가적인 시간을 소모하게 한다.

그렇게 때문에 오로라는 이러한 버티포트 형상을 통해 UAM이 신속하면서도 안전하게 이착륙하도록 하는 것이다. 이를 지하철이나 선박에 대비하여 보자. 지하철이 역의 플랫폼에 진입하였는데, 스크린 도어에 지하철 출입문이 정확하게 정렬되지 않아 앞뒤로 반복적으로 왔다갔다 한다면 승객은 얼마나 심리적으로 불편할 것인지. 또한, 선박의 경우도, 한 번에 접안하지 못하고, 부두에 도착했는데, 계속 접안을 위해 엔진 출력을 높이고 낮춘다면 그다지 사랑받지 못하는 탈 것이 될 것이다.

더욱이, UAM의 경우는, 단순한 승객 불편함을 넘어서 안전 및 재산상의 손해와 그대로 직결될 수 있다. 그러므로 이런 분수효과를 줄이면서 안전하고 신속하게 이착륙할 수 있는 버티포트가 필요한 것이다.

▲도.1의 버티포트를 잘라 놓은 단면도임. 단면도를 살펴보면, 도.1에 봤던 관통구(14)가 보이며, 관통구를 통한 공기(f)가 통풍구(40)를 통해 밖으로 빠져나가는 것을 볼 수 있음. 그 밖에 소음억제기(60), 음향 공진기(62), 구조물을 버티게 하는 보강부재(24)를 볼 수 있음.

본 발명은 단순한 안전한 이착륙만 아니라 이착륙 과정에서 생기는 소음을 줄일 수 있다. 도 2를 보면, 여러 개의 챔버(28, 64)를 두고, 챔버의 체적을 변경하여 공기 흐름으로 인한 소음을 줄이고자 하는 것이다.

▲ 본 그림은 도시된 바와 같이, 버티포트를 위에서 바로 본 도면으로 다수의 관통구(14)가 표면에 존재함을 알 수 있음. 그 밖에 점선으로 표시된 보강재(20)가 보임.

▲본 도면 역시 버티포트를 반으로 자른 단면도임. 본 도면에서 보이는 특징은 착지 플랫폼(12)을 수직 방향으로 움직이게 할 수 있는 선형 액추에이터(80)임. 본 액추에이터(80)의 동작을 통해 D1의 높이를 조절하여 최종적으로 소음의 파장과 동일하게 만들어 소음을 억제함. 이 얼마나 신선한 개념인가?

‘이착륙 시 발생할 수 있는 소음을 줄이기 위해 버티포트의 두께(?), 실제로는 챔버의 체적을 조정한다. ‘ 사실상 간단한 개념인데, 이를 UAM에 접목하는 것은 위대한 발명이라고 볼 수 있다. 좋은 발명은 이렇게 단순한 것에서 시작한다. 또한, 선형 보조 액추에이터(65)도 보이는데, 보조 챔버(64)의 깊이(D2)를 조정하는데 사용되며, 이를 통해 공기가 부딪치면서 발생하는 소음을 줄이게 된다.

▲버티포트의 표면에 형성된 관통구는 블레이드(13)가 엑추에이터에 의해 그 홀의 크기가 조정됨. 이를 통해 다양한 UAM에서 발생하는 하향기류에 대응할 수 있음.

이번 달 기고는 단순하지만 그 효과는 충분할 것으로 예상되는 오로라의 버티포트에 대한 발명을 검토해 보았다. 앞으로 버티포트에 어떠한 스팩이 기본적으로 적용될지 모르지만, 다른 탈 것들이 그랬던 것처럼 다양한 안전장치 등이 적용될 것이다. 도심지에서 안전하게 비행을 해야 하는 UAM을 고려하여 미리미리 기본 개념을 바탕으로 좋은 특허를 확보하길 바라마지 않는다. 

2010년쯤 아이폰1이 국내에 출현했고, 어느새 거의 모든 사람의 손에 스마트폰이 들리게 되었다. 2030년 쯤에는 사무실 창 밖으로 하늘 위로 날아다니는 UAM을 볼 수 있길 예견해 보며, 마지막으로 이번 달 기고에 항공과 비평 블로그를 참조했으며 그 운영자에게 감사드린다. 

※ 최승욱 변리사는 고려대학교을 졸업하고 2008년 변리사 자격을 취득 후 다양한 기술분야 특허 관련 업무 및 자문 경력을 바탕으로 2015년에 화인특허법률사무소를 설립하였다. 화인특허법률사무소/화인컨설팅 및 아이피 인터내셔날은 드론 및 UAM 기술에 특화된 컨설팅을 제공하기 위해 다양한 활동을 전개 중이다.