우리 업계를 휩쓸고 있는 거대한 혁신의 물결이 있습니다.

우리는 새로운 추진 기술, 초음속 항공 여행 및 도심항공교통 즉 eVTOL 차량의 하이퍼 신흥 시장이 출현하는 것을 목격하고 있습니다. 혁신과 복잡성을 모두 해결하기 위해 디지털화된 솔루션을 파악하는 것은 성공과 빠른 시장 진출의 열쇠입니다.

eVTOL "혁신" 시리즈의 두 번째 에피소드에서는 eVTOL 차량의 공기역학적 설계와 성능 및 효율성에 영향을 미치는 관련 요소에 대해 설명합니다. 의심의 여지 없이 eVTOL은 외관이 가장 멋져 보이는 항공기인데요, 틸트로터나 틸트윙을 사용할까요? 아니면 둘의 조합을 사용할까요?

eVTOL의 공기역학적 설계에서 중요한 역할을 하는 결정 사항은 굉장히 많습니다. 이 에피소드에서는 그중 몇 가지를 살펴보겠습니다.

지금 팟캐스트를 들어보세요.

다음은 5부작 시리즈의 두 번째 에피소드입니다.

팟캐스트 대본 :

스콧 잘츠베델 (Scott Salzwedel) : 안녕하세요, 오늘의 청취자들에게 내일의 기술에 대한 약속을 전해주는 항공우주/국방 산업 전담 팟캐스트인 오늘날 항공우주 이야기 입니다. 저는 진행자인 스콧 잘츠베델입니다. 5부작으로 구성된 시리즈 "디지털 트랜스포메이션을 통한 혁신 추진"의 두 번째 에피소드에 오신 것을 환영합니다. 우리는 업계 전반에 퍼져 있는 거대한 혁신 물결의 초기 단계에 있으며, 여기서 올바른 기술을 찾는 것이 성공과 상당한 이윤을 확보하는 열쇠입니다.

오늘 두 번째 팟캐스트에서는 eVTOL 항공기의 공기역학적 설계에 대해 논의하겠습니다. eVTOL의 엄청나게 멋진 외관 외에도, 우리는 공기역학 설계에서 매우 중요한 역할을 차지하는 틸트로터와 틸트윙 역시 고려해야 합니다.

시작하기 전에 지난번 에피소드를 요약하자면, A&D 산업의 초기 혁신과 디지털 트랜스포메이션을 수용하는 기업이 새로운 혁신 물결을 빠르게 실현하는 방법에 대해 이야기했습니다. 놓쳤다면 꼭 들어보시길 권합니다.

이번 팟캐스트에서는 eVTOL 공기역학적 설계에 대해 논의할 텐데요, 현재 이 내용은 유체역학, 열 전달 등 염두에 두어야 할 엔지니어링 원칙이 너무 많아서 다소 까다로운 부분입니다. eVTOL 항공기의 공기역학적 설계는 성능, 효율성 및 순항 거리에도 영향을 미치며, 따라서 공기 역학은 여기서 굉장히 중요합니다. Siemens Digital Industries Software의 항공우주/국방 담당 부사장인 데일 투트(Dale Tutt)를 특별 게스트로 소개하게 되어 기쁘게 생각합니다 데일, 환영합니다. 참석해주셔서 감사합니다.

데일 투트 (Dale Tutt) : 스콧, 안녕하세요. 오늘 이 자리에 참석하게 되어 기쁘고 또, 이런 주제를 다루게 되어 굉장히 즐겁게 생각합니다.

스콧 (Scott) : 혁신, 이 새로운 팟캐스트 시리즈를 어떻게 전개할 계획인지 청취자들께 알려 주시겠습니까?

데일 (Dale) : 네. 도심항공교통(UAM)과 관련된 모든 혁신에 대해 설명할 텐데요, 오늘은 공기역학적 설계에 대해 이야기하겠습니다. 후속 팟캐스트에서는 eVTOL 설계의 또 다른 측면, 즉 출력 밀도와 열 관리에 관한 내용을 설명할 것입니다. 그다음에는 복합 재료 및 적층 제조를 사용한 구조 설계에 대해 이야기하고, 마지막으로 전기 시스템 설계에 대한 설명으로 마무리하겠습니다. 이렇게 해서 도심항공교통, 즉 eVTOL 항공기 엔지니어링의 가장 중요한 몇 가지 측면을 다루게 됩니다.

스콧 (Scott) : 데일, 감사합니다. 또한 에피소드 후반에서는 Siemens Digital Industries Software의 Simcenter 항공우주/국방 담당 이사인 듀렐 리텐버그(Durrell Rittenberg)가 합류할 예정임을 알려드리며, 오늘 듀렐이 출연하게 된 것을 기쁘게 생각합니다. 그럼 먼저, 데일, eVTOL의 공기역학적 설계 측면에서 볼 때 이 항공기를 이렇게 독특하게 만드는 한 가지는 무엇인가요? 블레이드인가요, 추진력인가요? 뭐라고 생각하세요?

데일 (Dale) : 공기역학적 설계의 차이라고 생각합니다. 지금의 수많은 비행기와 헬리콥터를 생각해 보면, 모든 시대에 걸쳐 디자인 방식에서 동일한 모양과 느낌을 갖고 있습니다. 그런데 오늘날의 새로운 드론과 UAM 차량들은 모두 훨씬 다른 디자인이 적용되고 있죠. 그래서 많은 사람들은 지난 20년 동안 V-22가 나왔을 때를 틸트로터의 실제 출발점이라고 생각합니다. 하지만 이 개념은 프랑스계 스위스인 형제인 앙리(Henri)와 아르망 뒤포(Armand Dufaux)의 활동기인 1902년으로 거슬러 올라가는데, 그들은 실제로 1904년 2월에 특허를 받았고 1905년에 제품을 공개했습니다. 이 틸트로터의 개념은 과거에 비롯되었지만 실제로 전면에 등장한 건 지난 몇 년 동안이었습니다. 이 도심항공교통 차량에 대해 이야기하자면 틸트로터, 틸트윙 등 매우 다양한 구성을 볼 수 있고 로터 수도 다양하며(4개, 6개, 8개...) 크기와 모양도 전부 다르죠. 그 중 일부에는 추진 프로펠러가 있습니다. 이는 공기역학적 설계 측면에서 상당히 어려운 과제이죠. eVTOL의 "e"(전기 부분)는 정말 중요하기 때문에, 배터리 용량 관리에 도움이 되도록 중량, 성능, 속도 및 효율성 관리 방법에 훨씬 더 신경을 써야 합니다. 이것이 실제로 eVTOL 설계에서 공기역학과 관련된 문제를 제기하며, 로터 역학에 관한 내용, 호버링 또는 크루즈 비행 중에 다양한 비행 단계 관리 방법에 주목하고, 지면에 가까이 있거나 공중에 높이 있는 경우는 변경된다는 점에 유의해야 합니다. 지면 가까이 낮게 있을 경우에는 다른 비행 체계에서 비롯된 바람과 난기류를 관리해야 하므로 eVTOL 항공기 설계에는 움직이는 부품들이 상당수 있습니다.

스콧 (Scott) : 기업은 그 모든 요소를 가지고 무엇을 하고 있습니까? 이런 문제를 어떻게 해결하죠? 그냥 너무 복잡해 보이는데요.

데일 (Dale) : 제 생각에는 다수의 예전 관행과 새로운 관행을 조합하는 것 같습니다. 즉 전산 유체 역학(CFD) 분석과 풍동 테스트를 함께 사용하는데, 이를 함께 활용하는 방법, 지상 테스트 및 비행 테스트 수행 방법은 과거의 방법과는 다릅니다. 그런 다음, 이 모든 것을 단일 항공기에 통합하는 과정에서 실제로 다분야 설계, 분석 및 최적화 방법을 파악할 수 있습니다. 이제 기업들은 이런 최적화 방식을 적용함으로써 초기 시뮬레이션을 통해 새로운 설계안을 보다 빨리 발견하게 되었습니다.

스콧 (Scott) : 그럼 이 시점에서 듀렐을 우리 대화에 초대하겠습니다. 듀렐은 제품 라이프사이클 개발의 모든 단계에서 A&D 시뮬레이션의 전문가입니다. 듀렐, 데일이 방금 전산 유체역학을 언급했습니다. 이것이 어떤 의미이며 eVTOL의 공기역학적 설계에 왜 중요한지 설명해 주시겠습니까?

듀렐 리텐버그 (Durrell Rittenberg) : 대화에 초대해주셔서 고맙습니다. 회사에서 다중 물리학 CFD를 활용하여 엔지니어링 이해 영역을 확장하고 실제로 나중에 발생 가능한 다양한 유형의 질문 방식을 고려했을 때, 기본적으로 단순화된 기하구조의 외부 공기역학에 대한 메커니즘으로서 CFD 활용을 생각했습니다. 이건 기본적으로 옛날 이야기가 되었죠. 이게 실질적으로 효과가 발휘되도록 사람들은 차량의 실제 성능, 현실적 성능을 이해하기 위해 유체역학과 열 전달에 대해 충실한 분석 자동화 기능을 활용하고 있습니다. 이를 통해 항공기의 범위와 안정성을 모두 확장하는 공기역학적 설계 작업에 실제로 도움을 줍니다.

스콧 (Scott) : 꽤 복잡하군요. CFD가 올바른 방법이라는 것을 어떻게 압니까?

듀렐 (Durrell) : 글쎄요, 저는 지난 15~20년 동안 어느 정도의 시뮬레이션을 활용하지 않은 프로그램은 없었다고 생각합니다. 조직이 CFD 활용 방법을 이해하려면 실제로 몇 가지 사항을 고려해야 합니다. 먼저, 오랜 시간 검증된 적용 가능한 방법론과 모범사례가 있는가? 그리고, 그 결과를 어떻게 검증하는가? 하는 것이죠. 이들 설계의 대다수는 아날로그 기록이 남아 있지 않기 때문에 eVTOL 커뮤니티에서는 그 내용이 매우 중요합니다. 다시 돌아보면서 "와, 초기 시코르스키(Sikorsky) 항공기와 아주 흡사한 항공기를 만들어봐야겠어"라고 말할 수 있는 자료가 전혀 없습니다. 따라서, 그런 데이터를 검증, 즉 풍동 및 비행 테스트 데이터를 살펴보고 숫자를 검증할 수 있어야 합니다. 인증 획득을 위한 전체 프로세스의 일부로 시뮬레이션을 활용하려면, 수치와 애플리케이션의 모든 메커니즘을 살펴보고 그것이 올바른지 전부 확인해야 합니다. 이 말은, 가능하다면 비행 테스트에 대비해서 그런 중요한 사례들을 검증하는 과정이 필요하다는 것입니다.

스콧 (Scott) : 듀렐, 방금 설명한 내용과 관련해서 우리가 고객을 지원하는 방법의 예를 한두 가지 말해 주시겠어요?

듀렐 (Durrell) : 실제로 가장 좋은 사례는 조비 에비에이션(Joby Aviation)이라고 생각합니다. 모르시는 분들을 위해 간단히 알려 드리자면, 캘리포니아 산타크루즈에 있는 조비 에비에이션(Joby Aviation)은 eVTOL을 실제로 살펴보고 궁극적으로 VTOL을 전진 비행으로 전환하는 혁신적인 전략을 개발하기 위해서는 무엇을 해야 할지에 대한 질문을 시작한 최초의 회사 중 하나입니다. 물론 그들의 문제는 "Blown Wing 구성"이라는 걸 사용하고 싶어했다는 것입니다. 기본적으로, 프로펠러가 있는 작은 전기 모터 다수를 날개에 장착했는데요, 수직 이착륙 시에는 이들이 기울어져서 실제로 상승 비행이 가능했고, 그 다음 주요 미션으로 들어가서는 나셀을 기울여서 순항할 수 있었죠. 이제 순항 중에는 그 많은 추진 엔진이 필요하지 않으며, 프로펠러를 나셀에 밀어 넣어서 효과적으로 에너지 사용을 줄일 수 있습니다. 문제는, "자, 누군가 이미 이 작업을 수행했는데, 작동 여부를 어떻게 알 수 있죠?"라고 지적하고 말할 수 있는 아날로그 자료가 정말로 없었다는 사실이었습니다.
초기에 그들은 전기 모터에서 열이 많이 발생하기 때문에 공기역학과 냉각을 모두 이해하기 위해 공기역학을 검토할 목적으로 지멘스와 협력했습니다 NASA를 불러들였고, NASA는 실제로 X57 Maxwell이라는 제품을 개발했는데, 이는 조비 에비에이션의 기술을 적용한 Blown Wing 형태의 고정익 항공기입니다. 여기에는 두 가지가 있는데, 하나는 공기역학이고 두 번째는 그 검증 방법입니다. 그래서 조비 에비에이션은 NASA 및 지멘스와 협력하여 공기역학을 전반적으로 살펴보고 이 방법론의 효과 유무를 이해하기 위한 전략을 개발했어요. 이는 정부 및 일반 기업과 모두 제휴 관계를 맺고 있는 지멘스에서 이런 설계가 진행되도록 실제로 어떻게 지원할 수 있는지를 보여주는 좋은 예입니다. 조비 에비에이션은 현재 도심항공교통을 한 차원 높이는 마지막 단계에 있으며 앞으로 6개월 내에 테스트 단계로 이동할 예정입니다. 그 기간 동안 많은 발전이 있었죠.

스콧 (Scott) : 와, 정말 훌륭하고 설득력 있는 사례였습니다. Xcelerator 포트폴리오가 그 내용과 상당히 관련이 있다고 생각할 수 있겠네요?

듀렐 (Durrell) : 물론이죠. 몇 가지 염두에 둬야 할 사항이 있습니다. 잠깐 언급했는데요, 인증은 가까운 장래에 어떤 프로그램에서든지 비용이 가장 많이 드는 부분이 될 것입니다. 조비 차량을 예로 들면, 기록 데이터가 없는 상태에서 FAA를 방문하고는 "우리는 감항성에 대한 형식 증명서를 받을 자격이 있어요"라고 말합니다. 그런데 그들은 사례를 찾고 있으므로 "시장에 이런 제품은 없어요"라고 말하는 거죠. 바로 여기에서 Xcelerator가 제 역할을 하게 됩니다.
시뮬레이션이나 테스트를 통해 그리고 궁극적으로 그 내용을 규정준수 수단의 일부로 사용하여, 전체 시연 과정에서 해당 요구사항으로부터 디지털 스레드를 확보한다는 아이디어입니다. 해당 디지털 스레드가 없다면 그 프로그램이 인증 단계에서 중지될 위험성이 매우 높습니다. 이 내용은 인증 측면에서도 중요하지만 실험용 항공기를 제작할 때 쉬운 품목 중 하나를 만드는 방법에 대해 생각할 때도 매우 중요합니다. 도심항공교통의 경우 수천 대는 아니더라도 수백 대의 차량에 대해 이야기를 합니다. 따라서 그들은 이 모든 것이 디지털 제조 전략에 어떻게 부합하는지에 관한 생각을 시작해야 합니다. 마지막으로 언급할 내용은 유연성 측면입니다. 지멘스는 조비에서 사용되는 도구 세트의 구성요소 중 하나지만 다른 도구도 있습니다. 이들을 쉽고 개방적인 방식으로 디지털 스레드에 연결할 수 없다면, 어느 시점부터는 이 디지털 스레드에 문제가 발생하는 위험에 직면하게 됩니다. 따라서 유체 역학은 앞으로 많은 상황에서 언급될 광범위한 기능 세트 중 하나일 뿐이며, 실제로 이를 결집하여 가상 또는 실제 디지털 엔지니어링 전략을 지원하게 됩니다. 바로 그 과정에서 우리는 고객이 혁신적인 아이디어를 통해 인증된 항공기를 실제로 도출하도록 지원합니다.

스콧 (Scott) : 듀렐, 멋진 설명 감사합니다. 데일, 우리는 지금 디지털 트랜스포메이션에 대해 이야기하고 있는데요, 덧붙이고 싶은 말이 있습니까?

데일 (Dale) : 듀렐이 설명을 정말 잘해줘서, 저는 몇 가지만 언급하겠습니다. Xcelerator를 사용하면, 도구 키트에 프로그램의 전체 수명주기 동안 작업 시 이용할 수 있는 도구가 굉장히 많이 있습니다. 듀렐이 언급했듯, 이처럼 포괄적인 디지털 트윈을 통해 실제로 복잡성을 해결한다는 건 기업에게 혁신적인 일이며, 전체 수명주기 동안 이를 수행할 수 있고 연결성이 확보됩니다. 우리는 종종 디지털 트랜스포메이션과 이것이 생산성에 어떤 도움을 주는지에 대해 이야기합니다. 하지만 저는 이것이 여러분에게 다가올 혁신과 작업 자동화 및 워크플로 자동화를 시작하고 다양한 애플리케이션 간에 데이터를 원활하게 전달하도록 지원하는 방법에 대해서도 생각합니다. CAD에서 시뮬레이션으로, 제조 환경으로 이동하고 그 과정의 연결성과 작업 자동화를 확보함으로써 기술팀, 엔지니어, 기술자가 까다로운 문제를 해결하고 보다 창의적인 해결책을 제시할 수 있는 여유를 갖게 됩니다. 그래서 저는 항상 디지털 트랜스포메이션 전반에 대해 생각하고, 기업이 이처럼 새로운 해결책으로 신속히 혁신하도록 지원하는 능력에 대해 생각하는 것입니다.

스콧 (Scott) : 자, 이제 아쉽게도 마무리할 시간입니다. 듀렐, 함께 해주셔서 감사합니다.

듀렐 (Durrell) : 스콧, 데일 두 분과 함께해서 즐거웠습니다.

스콧 (Scott) : 듀렐, 고마워요. 오늘 우리는 지멘스 우주항공 & 국방 부문이 혁신의 선두에 있다는 점을 알게 됐습니다. 듀렐이 얘기한 것처럼 우리가 매우 현실적이고 입증된 다양한 방법으로 오늘의 고객들에게 미래의 기술을 제공하고 있다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 데일, 오늘 함께해 주셔서 감사합니다.

데일 (Dale) : 천만에요. 저도 즐거웠고 듀렐도 함께 해주셔서 감사합니다.

스콧 (Scott) : 데일, 마지막으로 청취자들에게 다음 에피소드가 무엇인지 말씀해 주시겠어요?

데일 (Dale) : 물론이죠. 다음에 얘기할 내용은 eVTOL 전기 추진 장치에 관한 것인데요, 이는 단순한 배터리 전원을 훨씬 넘어 출력 밀도, 열 관리 및 항공기의 모든 시스템 관리에 관한 것입니다. 다음 시간이 너무 기다려지네요!

스콧 (Scott) : 고마워요, 데일. 좋은 내용이군요. 청취자 여러분께도 깊이 감사드립니다. 이번 에피소드를 들어주셔서 감사합니다.

시작할 때 이번 팟캐스트가 5부작 시리즈라고 말씀드렸죠. 이 에피소드가 마음에 드셨고 다음 에피소드를 놓치고 싶지 않다면 Apple iTunes, Spotify 또는 원하는 팟캐스트 수단을 통해 오늘날 항공우주 이야기를 구독하여 에피소드를 놓치지 마시기 바랍니다. 이 팟캐스트의 설명에서 링크를 확인할 수도 있습니다.

저는 스콧 잘츠베델이고, 이 방송은 지멘스 오늘날 항공우주 이야기입니다. 다음 팟캐스트에서 또 뵙기를 바랍니다. 그때까지 안녕히 계세요.

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