도시항공이동성(UAM)은 상품을 운송하는 새로운 방법 그 이상을 제공한다. 이는 지속 가능한 모빌리티 솔루션을 위한 완전히 새로운 길을 제시한다. Fraunhofer ALBACOPTER Lighthouse Project에서는 6개의 Fraunhofer 연구소가 UAM과 관련된 기술적, 사회적 문제를 해결하기 위해 연합했다. Fraunhofer 교통 및 인프라 시스템 IVI 연구소의 주도로 연구원들은 매우 효율적인 활공을 위해 설계된 알바트로스에서 영감을 얻은 항공기를 개발했다. 이러한 혁신과 기타 하이라이트는 2023년 9월 5일부터 8일까지 뮌헨에서 열리는 IAA MOBILITY 무역 박람회 기간 동안 Fraunhofer 공동 부스(D11, Hall B1)에서 전시될 예정이다.

UAM은 항공기 및 시스템 기술에 대한 엄격한 요구 사항, 특히 호버링 중에 강력한 추진 성능을 제공하는 안전하고 조용한 VTOL(수직 이륙 및 착륙) 시스템에 대한 요구 사항을 수반한다.

도시 항공 운송의 과제: 전기 멀티콥터는 안전 및 환경 표준을 충족하면서 VTOL 민첩성을 제공한다. 그러나 낮은 효율성과 에너지 저장 밀도로 인해 제한된 범위와 탑재량 용량으로 인해 유용성이 저하된다. 더 큰 날개는 활공을 가능하게 하여 에너지 효율성을 향상시킬 수 있지만 도시 지역에서 이착륙하는 데 어려움을 겪는다. UAM의 재정적 생존에 필수적인 자율 VTOL 비행은 AI 기반 제어 시스템과 관련된 안전 문제를 야기한다.

Fraunhofer ALBACOPTER 등대 프로젝트: 이러한 과제를 해결하기 위해 Fraunhofer 컨소시엄은 2021년에 ALBACOPTER 등대 프로젝트를 시작했다. 목표는 멀티콥터 민첩성과 글라이더와 같은 효율성을 결합한 비행 플랫폼을 만드는 것이었다. Fraunhofer IVI의 프로젝트 관리자이자 이사인 Matthias Klingner 교수는 지속 가능한 소재, 고성능 추진 시스템, 고급 다중 센서 시스템 및 AI 기반 자동 조종 장치를 포함한 ALBACOPTER의 독특한 기능을 강조한다.

재활용 가능한 설계 및 혁신적인 추진 솔루션: 구조적 내구성 및 시스템 신뢰성을 위한 Fraunhofer 연구소 LBF는 ALBACOPTER의 구조와 공기역학적 구성 요소를 설계했다. 운송 컨테이너용 바이오폴리머 경질 폼과 우주 프레임 동체용 인발성형 섬유 강화 열가소성 수지를 포함한 지속 가능한 소재는 재활용성을 가능하게 한다. 추진 시스템은 프라운호퍼 ICT(Fraunhofer ICT)가 개발한 직접 구동 방식의 효율적인 대안인 다단 변속기와 높은 출력 밀도를 갖춘 고속 동기 모터를 사용한다.

최첨단 센서 및 AI를 통한 안전성: ALBACOPTER는 안전성을 보장하기 위해 Fraunhofer 마이크로 전자 회로 및 시스템 연구소 IMS에서 개발한 견고하고 가벼운 고성능 다중 센서 시스템과 단일 광자 LiDAR 감지기를 활용한다. AI 시스템은 의미론적 3D 환경 재구성을 촉진하여 자율(비상) 착륙과 같은 혁신적인 기능을 가능하게 한다. 오류 방지 RISC-V 온보드 전기 시스템 아키텍처, 지속적인 모니터링, 안정적인 5G 통신 및 중복 자동 조종 시스템은 UAM에 대한 높은 신뢰성 요구 사항을 충족한다.

자율 운영: ALBACOPTER는 향후 5~8년 동안 항공우주 및 물류 부문에서 두각을 나타낼 것으로 예상되는 Fraunhofer 기술의 시연 역할을 한다. 접이식 날개와 회전 로터가 있는 하이브리드 헬리콥터 글라이더 및 멀티콥터를 포함한 VTOL 기술을 검증한다. 연구에는 비행 모델, 풍동, 철새 테스트 장비 구조 및 XiL 시스템 시뮬레이션을 사용한 광범위한 테스트가 포함된다.

날개 길이가 7미터이고 탑재 용량이 약 25kg인 확장 버전은 2023년 가을에 출시될 예정이며, 포괄적인 비행 테스트는 2024년 초로 예정되어 있다. ALBACOPTER는 지속 가능하고 효율적인 도시 항공 이동성을 향한 중요한 단계를 나타낸다.

작성자: Impact Lab