1. 항공소음 문제의 심각성과 전기 비행기의 역할
전통적인 항공기에서 발생하는 엔진 소음과 추진체 소음은 공항 주변 거주지에 지속적인 피해를 주고 있으며, 도시 내 항공 운송 확대의 가장 큰 장애물로 꼽힌다. 특히 도심형 공항, UAM(도시 항공 모빌리티), 에어택시와 같은 미래 항공 기술은 더 낮은 고도에서 운항하기 때문에 소음 민원이 더욱 빈번할 수밖에 없다.
이에 따라 조용한 하늘을 만들기 위한 기술이 필수적이며, 전기 비행기는 기존 내연기관 항공기에 비해 구조적으로 소음 저감에 유리한 특성을 갖고 있다. 본문에서는 전기 비행기의 소음 저감 기술과 관련된 다양한 혁신과 이를 뒷받침하는 기술 발전을 상세히 살펴본다.
2. 전기 비행기의 구조적 소음 저감 장점
전기 항공기는 다음과 같은 구조적 특성 덕분에 본질적으로 소음이 적은 플랫폼이다:
- 내연기관 소멸: 연소 엔진에서 발생하는 기계 진동과 배기음이 존재하지 않기 때문에 기본적인 소음원이 제거된다.
- 전기 모터 사용: 고속 회전이 가능하면서도 정밀 제어가 가능한 브러시리스 전기 모터를 사용하여, 정숙성과 효율을 동시에 확보할 수 있다.
- 저속/저고도 운항: 소형 전기 비행기는 느린 속도로 운항하며, 이는 공기 저항에 의한 소음 발생을 줄이는 효과가 있다.
3. 소음 저감을 위한 주요 기술 요소들
전기 비행기의 소음 저감을 위해 개발 중이거나 적용된 주요 기술은 다음과 같다.
3.1 저소음 프로펠러 설계
프로펠러에서 발생하는 소음은 날개의 끝단 속도가 음속에 가까워질 때 강하게 나타난다. 이를 줄이기 위해 더 많은 블레이드를 갖춘 저속 회전형 프로펠러나, 비대칭 블레이드 디자인 등이 활용된다. NASA의 X-57 Maxwell 프로젝트 또한 프로펠러 소음을 70% 이상 감소시키는 결과를 도출하였다.
3.2 분산 전기 추진(DEP) 기술
다수의 작은 프로펠러를 기체 양옆에 배치해 추력을 분산시키는 DEP 시스템은 소음을 국소화하고, 개별 모터를 저속으로 운용해 전체적인 소음 수준을 낮춘다. 이 기술은 또한 추진 효율과 비행 안정성도 향상해 준다.
3.3 능동 소음 제어(ANC) 시스템
ANC는 기체 내부에서 소음을 반대 위상으로 상쇄시키는 기술이다. 고급 헤드폰에 적용된 이 기술은 항공기 실내에서의 승객 소음 노출을 최소화하는 데 활용되며, 최근에는 외부 소음에도 적용 범위가 확장되고 있다.
3.4 공기역학적 최적화
기체 형상과 날개 구조를 공기 저항을 최소화하는 방식으로 설계함으로써, 날개 끝단에서 발생하는 소용돌이(Vortex) 소음을 감소시킬 수 있다. 이는 무게 절감과도 연결되며, 고효율 구조 설계가 소음 저감과 직결된다.
4. 실제 사례와 정책 반영
미국 캘리포니아주와 유럽의 일부 도시에서는 전기 항공기 전용 착륙장(e-VTOL 포트) 건설을 추진하면서, 항공소음 기준을 기존보다 40% 이상 강화하고 있다. 이 과정에서 전기 항공기가 주요 수단으로 주목받고 있으며, 도심 내 야간 운항 허용 여부 또한 소음 저감 성능에 따라 결정된다.
Lilium, Joby Aviation, Vertical Aerospace 등의 전기 비행기 스타트업은 자사 기체가 기존 헬리콥터 대비 80% 이상 조용하다는 점을 내세워 도시 항공 시대의 핵심 기술로 자리매김하고 있다. 이들은 각각의 실증 비행에서 평균 소음 수치가 60dB 미만이라는 성과를 기록하고 있다.
5. 향후 기술 발전 방향과 전망
향후 전기 비행기의 소음 저감 기술은 단순한 음향 제어를 넘어서 AI 기반 소음 예측, 자율 비행 중 자동 소음 조절 등으로 발전할 것이다. 특히, AI가 비행경로, 바람 방향, 지형 조건 등을 분석하여 소음이 적게 발생하는 방향으로 자동 조종하는 기능도 가능해질 것으로 예상된다.
소음 저감 기술은 단순한 편의성 이상의 의미를 가진다. 이는 도시 항공이 사회적으로 수용되기 위한 핵심 조건이며, 전기 항공기의 상용화 여부를 결정짓는 주요 변수다. 따라서 관련 기술에 대한 지속적인 연구와 투자, 정책적 지원이 병행되어야 한다.
6. 결론: 조용한 하늘, 전기 비행기의 미래 과제
전기 비행기의 소음 저감 기술은 친환경성과 효율성 못지않게 중요한 혁신 과제다. 특히 도심형 공항이나 UAM처럼 사람들과 가까운 공간에서 운항하는 전기 항공기는, 소음을 최소화해야 사회적 수용성과 상업적 성공을 동시에 달성할 수 있다.
전기 모터의 기본적인 정숙함을 기반으로, 소음 제어 설계, 추진 시스템 최적화, 능동 제어 기술 등이 결합한다면, 진정으로 ‘조용한 하늘’을 만들 수 있을 것이다. 향후 전기 항공 산업의 성패는 얼마나 조용하게 하늘을 날 수 있는가에 달려 있다고 해도 과언이 아니다.