1903년에 이루어진 라이트형제의 고정익 비행기 최초 비행 이후 얼마 되지 않은 시점에 프랑스의 Oehmichen이 1920년에 독창적으로 최초 회전익 쿼드콥터를 발명함과 동시에 제작하여 시험비행을 하였다. 무려 1,000회를 비행했으며 360m를 비행했다.
쿼드콥터 최초 비행은 유튜브의 동영상 Etienne Oehmichen padre dell’elicotterp=Documentario를 시청해보기 바란다.
이 동영상을 시청해 보면 레오나르도 다빈치 이래로 일단 떠서 비행하기 위해 온갖 형태의 비행체에 대한 아이디어들을 시험했었다는 사실을 알 수 있다. 1900년대 초에 라이트 형제가 비행기를 띄우기 위해서 고군 분투했듯이 1920년까지 회전익인 쿼드콥터 비행을 위해 그 이상 많은 노력이 경주되었던 것 같다.
비행 모습은 현재의 드론 초보자들이 드론을 띄웠을 때에 좌우로 조금씩 왔다 갔다 흔들리는 호버링하는 모습과 흡사하다.
1923년에 회전익 항공 엔지니어였던 Bothezat는 미육군의 지원 하에 4개의 6엽 프로펠러를 가진 가장 성공적인 헬리콥터의 원조라고 할 수 있는 유인 쿼드콥터를 제작하여 100회 이상 시험 비행을 했으며 9m까지 상승 기록을 남겼다.
위의 Bothezat 출원 특허 내용에 따른 쿼드콥터의 각각의 프로펠러의 회전 방향은 오늘 날 우리가 만드는 DIY 드론과 동일하다. CW는 clockwise 즉 시계방향 회전이며 CCW 는 counterclowise의 약어로 시계 반대방향 회전을 뜻한다. 하지만 구조가 너무 복잡했고 조종하기기 대단히 어려웠으며 조종사의 과중한 부담이 문제가 될 정도였다. 바람이 좋은 조건 하에서 전진만이 가능하였다고 한다.
이를 기점으로 이차대전 이후 무려 1950년대까지 쿼드콥터 개발은 묻혀버렸다가 위 사진에서 처럼1956년의 Convertawings 사가 1920년대의 아이디어를 리바벌해 제대로 된 쿼드콥터를 제작하여 비행하였다. 다음 유튜브의 동영상을 감상해 보자.
Convertawings model “A” Quadcopter
Convertawings 유인 쿼드콥터의 수직 이륙 및 전진 비행 장면을 보면 현대의 취미용 드론의 비행 형태와 거의 유사한 점을 발견할 수 있다. 일단 이륙해서 호보링 하다가 진행방향으로 일정 각도 기울인 후 날라가는 모습을 볼 수 있다.
Convertawings 쿼드콥터의 로터 제어는 동체에 설치된 내연기관 엔진으로부터의 동력을 벨트로 각 윙에 보낸 후 조종사가 각각의 로터의 피치를 집합적으로 제어하는 방식이었다. 실험적으로 비행 자체를 성공은 시켰으나 실제로 한명의 조종사가 각각의 로터의 상태를 느끼고 제어하기 위해서 수행해야할 조종업무 부하가 너무 과중한 편이었다. 따라서 실용적인 측면에서 항공업계가 이러한 기체를 도입하기는 곤란하였으며 오랜 기간 동안 기억에서 사라질 수밖에 없었다.
초음속 전투기 모델까지 포함하는 고정익 비행기에서는 쿼드콥터와는 대조적으로 비행제어 컴퓨터가 출현하기 전에도 조종사가 충분히 조종을 감당할 수 있었다.하지만 최초의 스텔스 전폭기인 F117에 이르러서는 조종사의 감각만으로 항공기를 조종하기에는 게껍질 형상으로 디자인됨에 따라 항공역학적으로 너무나 불안정하여 컴퓨터에 이해 작동되는 비행제어기(Flight Controller)의 힘을 빌리게 되었다.
쿼드콥터 드론에서도 마찬가지로 전적으로 비행제어 컴퓨터에 의존하며 단지 원격에서 고도와 진행 방향을 무선으로 입력해주면 비행제어 컴퓨터가 수신하여 드론의 모터 회전수를 제어를 통해 안정적인 비행 자세를 유지하게 된다.
아울러 회전익기 발달 과정을 살펴보면 미국의 수직이착륙기 Tilt Rotor를 생각해 볼 수 있을 것이다. Tilt Rotor는 레이건 대통령 시절에 실패했던 사막의 폭풍 작전에서 활주로가 없는 사막지역에 특수부대를 즉각 배치하기 위한 수단으로서 개발 필요성이 제기되었다. 느린 속도로 달리면서 이륙이 가능하지만 항공모함이나 임의의 평지에 착륙을 위해 수직 이착륙이 가능해야 한다. 뜨고 내리는 Tilt Rotor 동영상을 보면 드론과 유사한 느낌이 많이 든다.
다음은 1991년 초기 시험비행을 하는 Tilt Rotor 동영상인데 이륙이 대단히 불안하다. 특히 DIY드론도 처음 제작해서 띄울 경우 유사하게 비행이 상당히 불안한 면이 있다.
군용 드론 분야에서는 당연히 미국에서 꾸준히 개발되어 왔으나 민간 드론분야에서는 2010년 안팎에 우리가 잘아는 DJI가 보급의 기폭제가 된 것 같다.