드론은 어떤 원리로 크기가 작은데 날라다닐 수 있는 건가요?
제가 드론이 처음 나올 때부터 항상 궁금한게 있었는데 비행기처럼 크기가 큰 것도 아니고 엄청 작은 드론이 날아다니던데 어떤 원리로 이런게 가능한 건가요?
안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.
드론은 양력과 반작용 원리를 이용하여 비행합니다. 프로펠러가 회전하면서 공기를 아래로 밀어내고, 뉴턴의 작용 반작용 법칙에 따라 공기가 프로펠러를 위로 밀어 올리는 양력이 발생합니다. 드론은 이 양력을 이용하여 중력에 맞서 공중에 떠 있을 수 있습니다. 또한, 드론은 쿼드콥터 형태로 설계되어 있어 각 프로펠러의 회전 속도를 조절하여 추력, 항력, 요 등을 제어하고 방향을 조절할 수 있습니다. 이러한 원리 덕분에 비행기처럼 크지 않아도 작은 드론도 안정적으로 비행할 수 있는 것입니다
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.
드론의 비행은 과학적인 원리와 정교한 기술의 집합체입니다.
핵심 원리는 바로 프로펠러가 만들어내는 양력과 다수의 모터를 이용한 정밀한 자세 제어입니다.
양력 발생 : 드론의 프로펠러가 회전하면 아래쪽으로 공기를 밀어냅니다. 뉴턴의 작용-반작용 법칙에 따라 공기도 프로펠러를 위로 밀어올리는 힘, 즉 양력이 발생합니다. 이 양력이 드론의 무게를 이겨낼 만큼 충분히 강하면 드론은 공중으로 떠오를수있습니다. 또한, 베르누이의 원리에 따라 프로펠러 위아래 공기 흐름의 속도 차이가 압력 차이를 만들고 이 또한 양력 발생에 기여합니다.
다수의 모터와 자세 제어 : 드론은 보통 4개 이상의 프로펠러(모터)를 가지고 있습니다. 이 프로펠러들은 단순히 위로 뜨는 것뿐만 아니라 안정적인 비행과 방향 전환을 가능하게 합니다.
토크 상쇄 : 프로펠러가 한 방향으로마 돌면 드론 본체가 반대 방향으로 회전하게 되므로, 대각선에 위치한 프로펠러끼리 같은 방향으로 회전하고, 바로 옆 프로펠러와는 반대 방향으로 회전하도록 설계하여 회전력을 상쇄시켜 몸체가 돌지 않게 합니다.
비행 제어 : 드론의 비행은 각 모터의 속도를 조절하여 이루어집니다. 예를 들어,
피치 조종(전진/후진) : 앞쪽 모터와 뒤쪽 모터의 속도를 다르게 조절하여 드론이 앞뒤로 기울어지며 전진하거나 후진합니다.
롤 조종(좌우 이동) : 왼쪽 모터와 오른쪽 모터의 속도 차이를 이용해 드론이 좌우로 기울어지며 이동합니다.
요조종(회전) : 대각선에 위치한 모터의 속도를 조절하여 드론 몸체를 좌우로 회전 시킬수있습니다.
스로틀 조종(상승/하강) : 모든 모터의 속도를 동시에 조절하여 상승하거나 하강합니다.
이처럼 드론은 작으 크기에도 불구하고 프로펠러로 효율적인 양력을 만들어내고 정교하게 제어되는 다수의 모터 덕분에 균형을 잡고 자유자재로 움직일수있는 것입니다.
안녕하세요. 권창근 과학전문가입니다.
작은 드론이 날아다니는 원리는 주로 다음과 같은 기술을 사용합니다:
1. 회전 날개: 대부분의 작은 드론은 회전 날개를 이용하여 비행합니다. 이러한 날개는 공기를 밀어내어 드론을 위로 또는 앞으로 밀어줍니다. 드론의 제어 시스템을 통해 각 날개의 회전 속도를 조절함으로써 원하는 방향으로 비행할 수 있습니다.
2. 안정성을 위한 센서: 작은 드론은 안정성을 유지하기 위해 다양한 센서를 사용합니다. 가속도계, 자이로스코프, 지자기 센서 등을 이용하여 드론의 자세를 감지하고 안정적인 비행을 유지합니다.
3. 리모컨 또는 자율 비행 시스템: 드론은 리모컨을 통해 조종될 수도 있고, GPS와 같은 시스템을 통해 자율 비행이 가능합니다. 자율 비행 시스템은 드론이 주어진 경로를 따라가거나 특정 위치에 정확히 도착할 수 있도록 도와줍니다.
4. 배터리 구동: 대부분의 작은 드론은 충전 가능한 배터리를 사용하여 작동합니다. 이러한 배터리는 가벼우면서도 충분한 에너지를 제공하여 드론의 비행을 가능하게 합니다.
이러한 기술들의 조합을 통해 작은 드론이 비행할 수 있으며, 이러한 기술의 발전으로 작은 크기의 드론이 다양한 용도로 활용되고 있습니다.
안녕하세요. 이상현 과학전문가입니다.
드론은 가벼운재료를 이용해 작은 양력만 만들어주어도 높이날수있고 민첩하게 움직일 수 있습니다.양력은 헬리콥터와 같은원리로 프로펠러를 아래쪽방향으로 바람이 나오도록하여 공중에 날아오르게 됩니다.
프로펠러의 회전속도가 빠르거나 크기가 크면 양력이 크게 발생해 날아오를 수 있습니다.
안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.
드론은 프로펠러를 이용하여 공기를 밀어내어 상승하고 날아다니는 원리로 작동합니다. 프로펠러가 회전함에 따라 공기를 밀어내어 역력이 발생하고, 이 역력을 이용하여 드론이 비행할 수 있습니다
안녕하세요. 정철 과학전문가입니다.
드론은 모터에 각각 프로펠러가 직결되어 모든 출력을 동일하게 높이거나 낮추면 올라가거나 내려오고
앞으로가는것은 뒤출력을 낮추고 뒤로는 앞출력을 낮추는 것입니다.
안녕하세요. 설효훈 과학전문가입니다. 드론의 이륙 원리는 두 가지인데 하나는 베르누이 원리에 의한 양력이고, 다른 하나는 프로펠러에 의한 반작용력이야. 베르누이 원리란 유체의 유속이 빨라지면 그 유체가 점유하고 있는 공간의 압력이 낮아진다는 원리야. 쉽게 말해 날개의 매끈한 아랫면에 비해 볼록한 윗면은 공기가 지나가야 하는 거리가 멀어서 유속이 빨라지고 이로 인한 압력 차이에 의해 날개가 위로 뜨는 양력이 생성되는 거지. 그런데 날개가 작은 드론은 양력만으로 이륙 원리를 설명하기가 어려워. 그건 드론을 띄우는 또 하나의 힘, 반작용력 덕분이야. 다들 뉴턴의 제3 법칙인 작용-반작용 법칙 들어봤어? 드론의 프로펠러를 보면 날개가 경사지게 붙어있는 것을 확인할 수 있는데, 프로펠러가 회전하면 경사면이 공기를 아래로 밀어내면서(작용) 밀려 나가는 공기가 드론을 위로 밀어 올리게(반작용) 돼.
출처 : 포항공과대학교 - POSTECH - 2023 178호 / 공대생이 보는 세상
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