멀티콥터

1 개요

TED에서 시연된 드론의 비행 능력.

3축 자이로만이 아닌 3축 자이로+3축 가속도 센서와 역회전으로 3D비행이 가능해진 완구 드론.(1분 15초 부터)

3개 이상의 모터 및 프로펠러(정확히는 로터)를 가진 비행체의 통칭. 사람이 타는 정도의 대형 헬리콥터는 이러한 형상을 하는 경우가 거의 없는데 보통 로터가 2개면 충분하기 때문. 본래 공기역학적인 측면만 따지면 로터가 여러개가 될 수록 각각의 로터의 효율은 떨어진다. 그러나 제작 기술의 한계 등으로 두 개로 나누기도 하지만 3개까지는 불필요하다. 또한 사람이나 화물을 실을 공간이 애매해지는 것은 덤. 반면 R/C나 무인기 같은 분야에서는 널리 퍼져있는데 기술적인 내용에서 후술된 바와 같이 제어로직을 짜기 쉽고 기구물도 간단해지기 때문이다.

프로펠러의 숫자에 따른 분류는 대충 다음과 같다.
3개 : 트라이콥터
4개 : 쿼드콥터, X콥터, Y4콥터
6개 : 헥사콥터, Y6콥터

이보다 더 많은것들도 있으며, 프로펠러의 수와 배치형상에 따라 이름이 붙는다. 모터가 위아래로 쌍으로 붙는 제품도 존재하는데 멀티콥터는 구조상 가변 로터 피치 적용이 어려우므로 배면 비행이 안된다. 그래서 모터를 2개 붙이거나 아예 모터를 역회전(!) 시켜 보완하는 형식이다.

일반적으로 쿼드콥터나 X콥터가 많이 쓰이는데, 모터가 적게 들어가서 자재비가 적게 들면서 자세제어가 직관적이라 제어코드 짜기가 쉽기 때문이다. 트리콥터의 경우는 호버링을 시키려면 꼬리에 로터를 두개달거나, 프롭 크기를 다르게 하거나, 꼬리를 약간 비틀어놓는 등 약간 귀찮은 일을 해야한다. 큰 추력이 필요하면 각 방향에 모터를 하나씩 더 달아서 옥타로 개조하기도 쉽다.

사실 Roll, Pitch, Yaw 등 항공기의 기본 3축에 대한 제어를 하면서도 안정적인 자세로 비행할 수만 있다면 어떻게 만들든 상관 없다. 다만 플립 등 곡예비행을 위해 일부러 안정성을 떨어뜨리기도 한다.

예전에는 일반적인 R/C에 이용되는 변속기나 수신기를 이용할 수 없었으나, 최근에는 여러가지로 개발되어 R/C에 대한 기본지식만 있으면 별 어려움없이 만들어 날릴 수 있다.

전용 기판도 출시되었고, Arduino 기반으로 자작하여 날리는 사람들도 많다. 아두이노 프로젝트로는 대표적으로 Multiwii가 있다.

단순히 비행체를 날리고 싶어서 하는 사람도 있고, 추력만 충분하다면 카메라를 싣고 공중 촬영도 가능하다. 아닌 게 아니라 현재 무인항공촬영의 대부분은 멀티콥터가 담당하고 있다. 1박 2일등의 TV 프로에서도 간간히 헥사콥터가 보인다.

내공이 깊은 동호인은 초음파센서, 지자기센서 등등 여러가지 센서를 이용하기도 하고, GPS를 달아 자동 경로비행을 시키기도 한다. 혹은 비행 프로그램을 짜서 구름위로(!) 날려올리기도 한다.

2 멀티콥터 드론 사업의 부흥

생각외로 멀티콥터는 상당히 오래전부터 존재했다. 하지만 대중화가 된 건 극히 최근인데 이는 드론이 최근에서야 대중에게 알려졌기 때문이다. 전 세계적으로 대중에게 첫번째로 알려진건 일본 대지진인 도호쿠 대지진이다. 쓰나미로 원자력 발전소가 파괴되어 사람이 접근할 수 없는 상황에서 유일하게 상황을 볼 수 있는 장비로 무인 장비 밖에 없었고 여러가지의 무인 장비가 도입됐지만 지금까지 계속 쓰이고 있는건 드론 뿐이다. 방사능이 강력한건 둘째치고 각종 장애물과 쓰레기들이 다른 장비들의 접근을 어렵게 만들었기 때문이다. 하지만 드론의 경우 배터리만 충분하면 하늘에서 상황을 확인하고 감시하기 좋았으며 뭣보다 이동에 제약이 없기 때문에 접근성이 매우 좋았다.

그 결과 세계적으로 드론을 취미용 이외로도 생각하게 되는 계기가 되었다. 그리곤 몇년 뒤에 미국 최대 인터넷 쇼핑몰 업체인 아마존닷컴이 드론으로 택배사업을 하겠다는 계획을 내놓고 그 뒤로 중국 최대이자 세계 1위의 거래량을 자랑하는 알리바바 그룹에서도 드론으로 택배 사업을 하겠다는 공식 발표를 하였다.심지어 구글도... 그리고 이를 관심있게 본 시진핑 국가 주석이 드론 사업을 차세대 미래사업 부분으로 직접 지정하면서 2014년도 부터 전폭적인 산업 지지를 받게 되었다. 그 조건이 얼마나 파격적이였냐면 드론 사업을 한다고 하면 외국인에게 까지 공장건설을 위한 부지 대여와 대출까지 지원되고 있다. 덕분에 고급형부터 저가형까지 드론 홍수가 시작되었으며 2015년도에 들어서면서 10만원 이내의 초저가 드론이 시장에 풀리게 되면서 대한민국 뿐만 아니라 전 세계적으로 드론의 부흥기가 오게 되었다. 심지어 짝퉁까지 밑에 기타 항목란을 보면 알겠지만 우리나라도 2016년부터 본격적인 드론 개발을 위한 공역이 지정되어 있다.

이 상대로라면 3년 안에는 20만원 이내로 현재 200-400만원대의 제품을 받아보는것도 꿈은 아니다. 대륙의 실수 시리즈는 계속된다

3 기술적인 부분

3.1 R/C 분야에서만 멀티콥터가 많이 보이는 이유

사람이 타는 대형 헬리콥터는 로터(프로펠러)를 복합재등으로 만들었다고는 해도 엄청나게 무겁다. 그렇기에 이것을 RPM만 바꾸는 개념으로 속도제어를 하는 것은 답이 안나온다. 이는 각운동량 보존법칙등에 의한 것인데, 쉽게 말해 무거운 고속 회전물체도 일종의 관성이 작용하여 급격히 속도를 높이거나, 줄이는게 매우 까다롭다. 플라이휠 같은 것 처럼.

그래서 사람이 타는 헬리콥터들은 관절형(혹은 관절기능을 하는 다른 무언가를 이용) 로터를 사용하여 로터의 깃(날개, 블레이드 등으로 부르는 부분)의 각도를 바꿈으로서 로터 자체의 추력을 제어하는 것은 물론, 각 깃의 각도를 달리하여 로터의 기울어진 방향을 바꿈으로써 전후좌우의 방향전환까지 가능하게 한다.

여기에 더하여 헬리콥터에 사용하는 터보샤프트 엔진은 RPM이 만 단위가 넘어가지만

헬기 로터의 적정 RPM은 보통 몇 백 수준이기 때문에 변속기가 필수적이다.

그러므로 단순히 R/C용 쿼드롭터를 크기를 키우고 엔진만 전기모터가 아니라 일반 로터로 사용한다면 사람이 타는 크기의 쿼드롭터를 만든다면 단순 계산으로 각 로터 장착부마다 비싸고 무거운 엔진 1개, 변속기 1개, 그리고 복잡하고 무거운 관절형 로터가 1개씩 달려야 하므로 비효율적이기 짝이 없다.

물론 변속기를 1개로 단순화 하는 방법이 있다. 엔진을 동체 가운데에 탑재하고 여기에 변속기를 물린 다음, 그 변속기에 4개의 구동축을 물려서 각 로터는 이 구동축 하고만 연결하게 하는 방법이다. 이러면 엔진 1, 2개만으로 4개 이상의 로터를 돌릴 수 있다. 또한 엔진이 2개 이상인 경우, 엔진이 1개 고장나도 나머지 엔진 1개가 어쨌거나 각각의 로터에 동력을 전달한다. .

단, 이 방식을 사용한다고 해도 각 로터의 RPM 제어 방식은 여전히 쓸 수 없으며 최소한 추력제어를 위한 로터 깃 각도를 바꿀 수 있는 관절은 필요하다.

또한 공기역학적으로 1개의 대형 로터를 1/4면적의 소형 로터 4개로 나눈다고 1개의 대형 로터와 동일한 추력을 내진 않는다. 로터의 회전 면이 좁아질 수록(로터 자체만 보자면 로터 깃의 길이가 짧아질 수록) 공기역학적인 비효율성이 증가한다. 여기에 사람이 타는 대형 헬기는 이착륙장의 크기나 격납고의 크기도 생각해야 하는데 멀티콥터가 되면 차지하는 면적이 장난 아니게 되어버린다. 그렇다고 로터의 크기를 작게 유지하는 대신 RPM을 올려버리면 일단 효율성이 떨어지는건 둘째치고 후류가 너무 강해져서 이착륙장 주변이 멀티콥터가 뜨고 내릴때마다 난리가 나게 되어 버린다.

이렇다보니 R/C분야에서 멀티콥터를 사용할때 얻는 잇점과 달리 사람이 타는 크기의 대형 헬리콥터에서는 멀티콥터의 이점이 많이 줄어들어 버린다. 그래서 아직 헬리콥터가 실용화되기 전, 극초기에 몇 몇 연구자들이 이 방식으로 헬리콥터를 실용화 하는 방안을 연구하긴 하였으나 곧 사장되었다.

냉전시절 러시아에서 초대형 수송용 헬기를 만들면서 로터 2개로는 도저히 답이 안나와 3개의 로터를 사용하는 Mi-32라는 멀티콥터를 만들 생각...까진 하긴 했는데 실용화는 안되었다.

3.2 멀티콥터가 일반 변속기를 사용하지 않는 이유

여러개의 프로펠러로 추력을 얻는 구조의 멀티콥터는 각 프로펠러의 추력을 조절하여 모든 자세제어를 해야하는데, 이를 위해서 기체에 내장된 MEMS 자이로스코프와 MCU는 마이크로/나노 초 단위에서 데이터 획득/처리/반응을 하게 된다. 하지만 일반 디지털 변속기의 서보 링크는 밀리 초 단위 까지만 반응이 가능하여 전체 시스템(=기체)이 엔지니어의 의도대로 반응 하지 않게되고 이는 곧 피해로 이어진다.

가우이 같은 자이로만으로 나오는 모델이 스테빌라이저 옵션을 잘못잡으면 바람한번 불자마자 처박아버리는 것과 동일하다고 볼 수 있다.

게다가 일반 변속기의 PWM 주파수는 다소 낮아서, castle 과 같은 고급형 변속기도 PWM 캐리어 주파수는 12㎑로, 역시나 고속 제어를 따라가지 못해 ROTOR SYNC FAILURE 를 때려버리면서 멈추게된다.

덕분에 멀티콥터는 이런 특징을 가진 변속기를 사용한다.

• 변속기 제어에 UART, I2C, USB 등 고속/초고속 디지털 인터페이스를 사용 하며, CPU와 양방향 통신을 한다.
• PWM 캐리어 주파수가 40㎑~100㎑ 정도로 고해상도 제어를 한다.

그러나 군사용 드론이나 특수 연구용 멀티콥터가 아닌 일반적인 취미용 멀티콥터라면 일반 변속기로도 충분하다. 애초에 프롭 회전수를 12,000rpm으로 잡아도 1초에 겨우 200바퀴 회전하는데 1초에 40,000~100,000번씩 회전속도를 바꾸라는 명령을 내릴 필요가 있을까? 물론 아주 약간이나마 더 탄탄하게 제어가 되긴 하겠지만, 애초에 프롭의 회전속도 변화를 통해 추력을 제어하는 방식 자체가 전혀 탄탄하지 못한 방식이다. 차라리 가변프롭을 적용하는 게 효과는 훨씬 좋다. 보통 50Hz, 빨라야 560Hz로 자이로의 신호를 받는 헬기의 테일서보가, 반토크가 미친 듯이 널뛰기하는 3D기동 중의 헬기 꼬리를 얼마나 정확하게 유지하는지(그리고 멀티콥터처럼 모터 속도로 추력을 제어하는 4채널 헬기가 얼마나 꼬리가 홱홱 도는지) 생각해 보자.다만 가변프롭을 적용하면 멀티콥터의 장점인 단순한 구조가 날아가 버린다 적어도 NAZA급까지는 변속기보다는 다른 쪽에 투자하는 것이 낫다. NAZA에서 S-BUS를 사용하는 것도 초고속 인터페이스여서가 아니라 배선이 간단해 정리가 쉽고 노이즈를 덜 타서 그런 거지, 고전적인 PWM연결로도 비행성이나 안정성에 차이가 나거나 문제가 발생하진 않는다. 그러나, 중대형급으로 넘어갈 경우 회전속도의 변화를 통해 추력을 제어하는 것이 매우 중요해진다. 회전속도가 1회전 동안에도 바뀌는 수준이다. 자이로와 가속도센서의 셈플링 타임은 이미 10kHz 가 넘었고, 헬기와 달리 멀티콥터는 기계적으로 안정화가 잘 되지 않기 때문에 이러한 모터 제어에 전적으로 의존할 수 없다. 게다가 모터도 마찬가지로, 추력제어시 무조건 +방향에서만 움직이지 않는다. 일반적으로 2013년도 정도의 Flight Controller 의 경우 모터 추력이 필요하지 않을 경우 브래이크 없이 모터를 정지하는 수준이었지만, 2015년 이후의 Flight control computer 는 모터를 정지시킬 때 회전가속도에 따라 회생 제동으로 브레이크 개입 정도를 적용함은 물론, 필요하면 역회전까지 한다. 물론 이 것은 가변프롭을 적용하는 것 보다 고속, 고해상도의 센서와 주처리장치 및 변속기를 구성하는게 싸기 때문에 일어나는 현상이기도 하다. 앞으로도 디지털 장치가 더 저렴해지기에 이 방향이 더 확대되겠지만.

3.3 멀티콥터의 꽃, FC

기계적으로 매우 단순한 구조이며, 따라서 기계적으로는 매우 불안정하며 정상적인 비행성을 확보할 수 없는 멀티콥터를 항공RC 중 가장 쉽고 안정적으로 날릴 수 있게 해 주는 것이 비행제어장치(Flight Controller, 이하 FC)다. 헬기에도 기본적으로 테일1축 자이로가 쓰이며 최근에는 3축 자이로가 유행하고 있지만, 멀티콥터용 FC는 차원이 다르다.
일단 아무리 마트에서도 파는 토이RC용 싸구려 멀티콥터라도 최소한 기체를 안정시킬 3축 자이로는 들어가며, 보통 수평을 잡기 위한 3축 가속도 센서까지가 기본이다. 여기에 위치를 파악할 GPS와 방위를 파악할 지자계 센서가 붙는 경우가 많고, 추가적으로 저고도에서 정확한 고도유지를 위한 초음파 센서, 고고도에서 정확한 고도유지를 위한 기압 센서 등 다양한 센서가 연결된다.
이 센서에 의해 모인 정보와 수신기에서 전해진 조종 신호를 바탕으로 FC는 멀티콥터를 제어하게 된다.

3.3.1 FC의 기능

FC는 KK2나 멀티위, CC3D, WK-M 등 여러 가지가 있으나, 가장 널리 쓰이는 DJI의 NAZA 를 기준으로 다른 항공RC, 특히 일반 RC헬기에는 없는 기능들을 살펴보면 다음과 같다.

3.3.1.1 매뉴얼 모드

3축자이로가 작동된다. 헬기와 비슷하다

3.3.1.2 ATTI 모드

• 수평유지기능 : 3축자이로가 있어도 외력을 받으면 기울어지는 헬기와 달리, 3축 가속도 센서를 이용하여 바람이 불어도 기체가 수평을 유지한다. 또한 최대 기울기가 제한된다. 다시 말해 헬기는 조종스틱을 앞으로 계속 밀고 있으면 점점 앞으로 기울어지다 결국 뒤집어지지만, ATTI모드는 조종스틱에 비례해 기울어지며 끝까지 밀어도 일정각도 이상 기울어지지 않는다. 또 전진 도중 스틱을 놓았을 때 헬기는 기울어진 상태를 유지하지만, ATTI모드는 FC가 기체를 수평으로 돌려 놓는다.

3.3.1.3 GPS 모드

• 고도유지기능 : 헬기의 경우 조종기 스틱의 스로틀 50%는 모터 출력의 50%를 의미하지만, GPS모드의 NAZA는 현재고도유지를 의미한다. 스로틀량을 FC 스스로 조절하여 배터리 전압, 기체의 무게 등과 관계 없이 고도를 일정하게 유지한다.
• 위치유지기능 : 스로틀을 중립에 놓고 키를 조작하지 않는다면, 바람이 오른쪽으로 불면 오른쪽으로 기울어지며 빠르게 떠내려가는 매뉴얼 모드나 수평을 유지한 채 천천히 떠내려가는 ATTI모드와 달리 왼쪽으로 적당히 기울이며 현재 위치를 유지한다. 전진 도중 스틱을 놓았을 때도 관성에 의해 밀려가지 않게 반대 방향으로 기울어져 감속한 후 위치를 유지한다.
• 자동복귀기능 : 조종기의 신호가 끊어지면 스스로 고도를 높인 뒤 출발위치로 돌아와 착륙한다.
• 코스락 모드 : 기체의 현재 방향과 상관 없이 출발시의 방향대로 조종된다. 예컨데 헬기와 조종자가 같은 방향을 보는 상태로 이륙한 후 헬기가 오른쪽으로 90도 회전한 상태에서, 조종스틱을 앞으로 밀면 헬기 기준의 앞, 즉 조종자 기준으로는 오른쪽으로 이동한다. 그러나 코스락 모드에선 멀티콥터가 북쪽을 보는 상태에서 시동이 걸렸다면 멀티콥터가 어느 쪽을 향해 있건 상관 없이 조종스틱을 앞으로 밀면 북쪽으로 이동한다.
• 홈락 모드 : 코스락 모드와 비슷하지만, 코스락 모드가 시동시의 방향을 '앞'으로 인식한다면, 홈락 모드는 시동시의 위치를 '뒤'로 인식한다. 즉, 기체가 어느 위치에 있고 어느 방향을 보고 있건, 조종스틱을 앞으로 밀면 출발점에서 멀어지고 스틱을 뒤로 당기면 출발점으로 다가온다. 스틱을 좌나 우로 밀면 출발점을 중심으로 빙글빙글 돈다.

4 멀티콥터의 유용성

4.1 항공촬영 및 FPV

기술발전으로 인해 작은크기에 큰센서를 달거나 4K급으로 나오는 카메라와 캠코더들이 속속 나오면서 멀티콥터에 장착하여 촬영하는 일도 생기고 있다. 최근에는 짭프로(샤오미), 짭짭프로(SJ시리즈) 등등의 유사 제품이 나오면서 가격이 현실적으로 내려왔다 . 과거에는 주로 RC헬기로 이루어지던 무인항공촬영이 최근에는 거의 멀티콥터 쪽으로 넘어가고 있는 것이다. 이는 유지보수 측면과 공간의 여유, 안전성 측면에서 장점이 있기 때문이다. 특히 멀티콥터는 구조상 짐벌(GIMBAL)을 설치하기가 용이 하므로 동체는 안정된 화면을 찍기가 매우 수월하다.

짐벌 미장착(왼쪽)과 짐벌 장착 (오른쪽)영상 비교
가 아니고 오른쪽은 짐벌에 장착된 고프로, 왼쪽은 그 고프로를 찍을수 있는 기체에 부착된 카메라 영상인거 같은데

사실 같은 파워소스를 사용하는 RC헬기와 멀티콥터의 기계적 성능만을 따졌을 때는 헬기 쪽이 훨씬 뛰어나다. 안쪽부터 바깥쪽까지 받음각이 일정하고 프롭 대비 엄청나게 커다란 로터를 회전시키는 헬기는 정지추력이 뛰어나고 안정성이 높다. 게다가 헬기는 그걸로도 모자라 스테빌라이저를 달아 안정성을 확실히 확보하였으며, 서보를 통한 주기적 받음각 조작은 모터 회전속도의 증감과는 비교할 수 없을 정도로 반응이 빠르며 무엇보다 낮은 로터 받음각에서 저장해 둔 로터의 회전 에너지를 순간적으로 선회력이나 추력으로 변환할 수 있어서 순발력에서는 스포츠카와 경운기 수준의 차이가 난다. 멀티콥터가 한 바퀴를 도는 동안 4~5바퀴는 돌아가는 엄청난 피루엣 속도는 덤. 모터의 출력으로 자세를 제어하므로 실질 추력이 명목 추력의 절반 수준까지도 떨어지는 멀티콥터와 달리 헬기는 모터는 모터고 서보는 서보라서 모터 출력을 항상 최대로 유지할 수 있으며 테일로터에서 사용되는 일부 추력을 제외한 대부분의 추력이 실질 추력이다. 다시 말해 2kg의 추력을 갖는 모터 하나가 달린 헬기와 500g의 추력을 갖는 모터 4개가 달린 멀티콥터를 비교하면 실제로는 헬기 쪽이 훨씬 과격하게 움직일 수 있다는 것이다 최근에는 멀티콥터 헬기들도 3D비행이 가능한 제품들이 출시 되고 있으나 아직까진 가변피치 6채널 헬기들 수준까지는 따라오지 못하고 있다.

고속/고해상도 파워셋과 자이로 등의 전자센서 도움이 없으면 비행 자체가 불가능한 멀티콥터와는 기계적인 성능에서 게임이 되지 않는다. 헬기도 테일자이로는 필요하지만, 멀티콥터처럼 3축 모두 빠짐없이 자이로가 필요하지는 않다. 게다가 80년대 초창기 RC헬기는 자이로가 없었지만 수직미익을 크게 달아 일반 비행은 무리없이 할 수 있었다호버링은 지옥. 다만 현재는 헬기도 기계식 스테빌라이저를 3축 자이로로 대체하고 있는 추세다.

그러나 2013년 이후 이와 같은 문제들은 빠르게 발달한 전자장비의 사용으로 대부분 해결할 수 있다. 물론 RC헬기처럼 UFO 수준의 기동성을 보여주거나 배면비행을 할 수는 없었지만, 일반 비행에는 문제가 없는 수준의 반응성과 헬기 못지 않은 안정성을 갖추고 있다. 그리고 항공촬영에는 그 정도면 충분하다. 작고 가벼우면서도 고화질을 보여 주는 카메라의 발달로 페이로드가 적어진 것도 멀티콥터에 유리하게 작용했다.

게다가 크고 무거운 로터를 돌리는 헬기에 비해 작고 가벼운 프로펠러를 여러 개 돌리다 보니 안전 면에서는 헬기보다 훨씬 뛰어나다. 물론 멀티콥터의 프롭도 잘못 맞으면 살이 찢겨나가는 수준의 위험이 있지만, 헬기 로터처럼 뼈를 박살내는 위험보다는 훨씬 안전하다. 게다가 멀티콥터나 비행기의 프롭이 일부 카본을 사용하는 제품도 있으나 대부분 플라스틱이고 개중에는 90도정도 휘어도 부러지지 않는 연질 플라스틱도 사용되는 반면, 헬기는 닥치고 충진재 채운 카본이고 돈 없어도 FRP다. 플라스틱 로터가 없는 건 아닌데, 아무리 커 봐야 200급 헬기에나 쓰고 대부분 손바닥만한 팜급 헬기용이다. 450급 헬기에도 플라스틱 로터가 있긴 있었는데 철심 넣은 아주 단단한 플라스틱이다. 이런 거나 카본제의 단단한 로터에 맞으면 당연히 엄청나게 위험하다. 로터의 회전속도 자체는 프롭의 1/2이하로 낮지만, 회전직경이 3배쯤 되기 때문에 사실상 로터 끝단의 속도는 프롭보다 높은데, 무게는 10배쯤 나가고 무게중심이 회전축에서 멀어 운동에너지는 그 이상이며 단단하기까지 한 놈을 돌리며 날아온다고 생각해 보면...반면 멀티콥터는 고만고만한 모터와 프롭을 여러 개 달기 때문에 하나하나의 모터 출력도 낮고 작은 프롭으로 인해 관성도 작다. 저고도에서 근접하여 촬영하는 무인항공촬영의 특성상 이는 매우 큰 장점이다.

전자제어가 중요한 멀티콥터의 특성상 필수적으로 마이컴이 들어가게 되는데, 이 역시 항공촬영에 유리하다. 카메라/영상 관련 장비를 제어할 필요가 있을 때, 헬기는 새로 제어회로를 달아야 하지만 멀티콥터는 마이컴을 조금 손보면 끝이다.

그리고 이게 가장 중요한 건데, 유지보수가 압도적으로 쉽다! 상승과 하강, 회전, 전후좌우 비행 및 안정성 확보 모두가 모터의 회전속도를 전자적으로 조절해서 이루어지는 멀티콥터는, 상승/하강/회전/전후좌우 비행, 심지어는 안정성 확보까지 기계적인 움직임을 통해 이루어지는 헬기에 비해 기계적 구조가 터무니없이 간단하다. 간단히 말해 뼈대에 전자장비랑 프로펠러 달린 모터만 있는 셈이니.

특히 자이로 센서를 장착한데다 카메라까지 장착되는 항공촬영장비의 특성상 진동에 굉장히 민감할 수밖에 없는데, 크고 무겁고 복잡하기 그지 없는 헬기 헤드는 진동 없도록 세팅하려면, 양쪽 로터의 무게와 무게중심, 피치를 정확히 일치시키고, 패들 및 웨이트밸런서의 무게, 양쪽 플라이바 길이도 마찬가지로 맞춰야 한다. 패들의 피치도 맞추는 건 말할 필요도 없다. 서브트림으로 서보혼의 수평도 잡아주어야 하고, 링키지 길이는 대칭만 맞으면 되는 게 아니라 콜렉티브+사이클릭을 최대로 조작해도 아래위에 걸리는 부분이 없도록 적절하게 조절해야 한다. 플라이바 RC헬기를 FLS로 개조했다면 와시아웃암이 콜렉티브 0도에서 수평이 되도록 와시아웃의 위치를 조절해 고정한다. 또한 십수 개의 부품으로 이루어진 헤드 부분에서 조금이라도 휜 부분이 있어서는 안 되며, 약간의 유격도 없이 정교하게 맞춰져야 하고 십수 개의 헤드 쪽 베어링이 모두 정상 상태여야 한다. 와셔가 들어가는 부분은 마모되면 잔진동을 유발하므로 와셔의 상태도 확인한다. 볼링크는 힘을 많이 받는 곳이니 깨지거나 금간 곳이 없는지, 혹은 나사산이 헐거위지지 않았는지 확인한다. 테일 쪽도 메인허브보다는 간단하지만 양쪽을 균일하게 맞춰야 하며, 테일 쪽으로 동력을 전달하는 벨트 혹은 기어는 늘어짐, 이빨 마모 없이 완전한 상태에서 적당한 장력 혹은 백래쉬를 유지하여야 하며, 특히 벨트의 경우 조립이나 수리 시 꼬이지 않도록 조심해야 하고, 테일서보 링키지에 공진이 발생하지 않도록 링키지를 잡아 주는 부품도 적절한 곳에 장착해야 한다. 헤드쪽으로 동력을 전달하는 메인기어 역시 와블링 없이 적당한 백래쉬를 유지하여야 한다. 물론 메인기어에 들어가는 원웨이 베어링의 상태가 안 좋으면 말짱 허당이다. 샤프트에 기스나 이물질이 없어 스와시플레이트나 테일 허브가 부드럽게 오르내리는지, 락링이 메인샤프트가 위아래로 흔들리지 않게 유격 없이 고정되었는지 등의 세세한 부분도 신경쓰지 않으면 안 된다. 이렇게 기계적인 정비가 완료된 후에 본격적인 세팅에 들어가게 된다.이제야? 설령 세팅이 간단하다는 플라이바리스 헬기와 비교해도 도토리 키재기 수준. 100배 많은 정비소요에서 50배 많은 정비소요로

이렇게 하루종일 걸리는 헬기 헤드의 세팅과는 달리, 멀티콥터의 기계적 세팅은 사기적으로 간단하다. 각 프롭의 양쪽 무게 중심이 맞는지, 깨지거나 금간 곳은 없는지 확인한다. 끝. 이 정도면 점검하면 아무리 오래걸려도 촬영 준비할때 짬을 내서 5분 정도하면 된다. 이것도 이제 구시대적 방식이고 요즘은 아예 로터가 볼트체결 방식으로 바뀌어 탈부탁이 20초 이내로 간편하고 체결과 분리에 힘이 하나도 들지 않는다. 고정형 피치각을 가지는 제품들은 고화질의 항공촬영을 할 게 아니라면 로터 무게도 맞출 필요도 없어졌으며 그냥 전원 키고 앱키고 GPS연결만 되면 바로 공중으로 날아오른다. GPS만 바로 잡히면 준비시간은 농담이 아니라 조립부터 세팅까지 1분안에 뜰 수 있으며 GPS가 필요 없는 완구형 드론은 그냥 전원 넣고 스로틀만 올리면 바로 뜬다.

이런 장점 때문에 특수한 경우를 제외한 무인항공촬영은 이미 멀티콥터가 대세를 이루고 있다. 아니, 사실상 멀티콥터의 존재의의가 이 항공촬영에 있다고 할 정도로, 일반 무선모형과 달리 대두된 시점이 고성능 브러시리스 모터, 고방전률 리튬폴리머 배터리, 전자식 자이로센서나 마이크로 콘트롤러 등 일반적인 전기/전자 기술과 맥을 같이 하지 않고, 오히려 초소형 고화질 디지털 카메라나 무선영상송수신기의 등장시기와 일치한다. 실제로 저렴하고 간단한 KK2 같은 비행제어보드(FC)가 간단한 셋팅과 부팅 시간, 우수한 비행성을 보여 줌에도 불구하고 취미로 하는 동호인들 대부분 NAZA급, 본격적으로는 우공급 이상의 FC를 탑재하는 것은 영상촬영에서 보다 안정적인 화면을 얻기 위해서다. 즉 일반 항공RC같은 비행 자체에는 대부분 관심이 없다는 뜻이다.

다만 미국내에서는 사생활문제로 인해 관련 법들이 생기는 상황이고 멀티콥터를 날릴려고 하다가 여자(!?)에게 폭력을 당하는 경우가 생기고 있다. 무작정 날리다간 큰코다칠 수 있으니 주의.

2015년 7월 영국의 한 누드비치 상공에 드론이 출현했다는 기사가 나왔다. 해당 드론의 소유주나 촬영 장비 장착 여부는 아직 밝혀지지 않았으나, 당시 누드비치를 이용하던 사람들은 사진이 찍히지 않았을까 우려하고 있다고 한다.

4.2 농업이용

반면 농약방제 등으로 멀티콥터가 사용되는 예는 별로 없다. 위에서 말한 바와 같이 성능 면, 특히 정지추력에 있어서는 헬기 쪽이 더 뛰어나서 많은 양을 싣고 날 수 있기 때문이다.
더욱이 멀티콥터의 엔진화가 어렵다는 점이 발목을 잡게 된다. 일반적으로 농업용으로 사용되는 헬기는 250cc 정도의 2행정 가솔린 엔진을 사용하는데, 이 정도는 되어야 30~40kg 정도의 약제를 싣고 한 시간 이상 비행이 가능하기 때문이다. 헬기건 멀티콥터건 배터리의 에너지 밀도상 전동으로는 10분 이상 비행이 어렵기 때문에 농업 등에 이용하기는 곤란하다.

다만 위의 내용은 드론을 약제 분사용으로만 이용했을 경우만 해당되고 최근 드론으로 농업분야에 이용 되는 작물관리 분야에서 새롭게 각광받고 있다. 드론에 적외선,감마,자외선 카메라를 내장해서 집안에서 pc나 태블릿으로 자신 농장 영역만 설정해주면 드론이 GPS를 이용해서 자동으로 이륙해서 해당 지점으로 날아간뒤 카메라로 스캔해서 자동으로 위성시점의 로드맵을 만들어 준다. 농작물의 상태와 온도를 앱에서 분석하여 알아보기 쉽게 시각적으로 표시해 주기 때문에 작물 상태를 살피러 직접 돌아다닐 필요가 없다. 특히 키가 큰 작물(가령 옥수수라던지)의 중심 지점에는 사실상 비행기나 헬리콥터를 타고 살펴보지 않는 이상 농작물 상태를 볼 수가 없는데 항공기를 띄울 필요 없이 드론으로 간단하게 할 수 있어서 1년에 6000달러가 넘는 엄청나게 비싼 비용이 들어감에도 불구하고 미국 같은 대규모 농작물을 운영하는 나라에서는 사용자 수가 급속하게 증가중에 있다. 사실 관리인원과 농작물 감시를 위한 항공기 운영비를 생각하면 되려 싼편에 속한다. 게다가 이건 자신이 언제든이 원하면 띄울 수 있는 장점이 있고 자동 비행이기 때문에 별도로 조작법을 배울 필요도 없이 그냥 마우스나 터치 몇번이면 완전자동이다. 유지비는 1년 사용료만 내면 그 이후론 배터리 충전비용이 끝이다. 참고로 유지비 안에 드론 수리 비용도 포함되어 있으므로 농업인들이 마음놓고 날릴 수 있게 되었다.

4.3 연구용

현재 무인기 연구의 대세. 멀티롭터의 연구소재로서의 장점은 물리적 구조의 단순성이다. 헬기는 기계적으로 멀티콥터보다 안정성이 높고, 쿼드 이하일 경우 하나의 모터만 멈춰도 추락하는 멀티콥터와 달리 엔진이 멈춰도 오토로테이션으로 활강 착륙할 수 있는 등 여러 장점이 있지만 , 그만큼 구조가 복잡하고 정비가 힘들기 때문에 기계적인 고장이 발생하면 초보자는 손을 쓰기가 어렵다. 멀티로터는 이러한 기계적 유지보수 부분에서의 단점이 적다는 것이 부각되면서 현재 대세가 된것. 물론 기계적 단순성이라면 비행기를 따라갈 수 없겠지만 비행기는 호버링이 불가능해서...... 그 외에 값싸고 안전하며 실내 비행이 가능하고 유지보수가 쉬우면서 뛰어난 기동성까지 갖춰 수많은 연구소에서 사랑받는 존재이며, 매달 멀티콥터를 이용한 관련 논문도 쏟아져 나오고 있다. 상대적으로 작은 대학 연구실과 같은 곳에서 특히 애용하며, 최근에는 대형 연구소에서도 상당한 관심을 가지고 연구중이다.

사실 연구용으로 이만한 게 없는 게, 이와 같은 연구들은 대부분 최신 전자/IT 기술을 활용하여 기체를 제어,활용하는 연구이며, 소프트웨어만 잘 짜여 있으면 큰 문제 없이 비행할 수 있는 멀티콥터가 너무나도 적절하다. 반면 헬기를 이용했다간 문제 발생시 대부분 전자 쪽이나 프로그래밍에 매진해 온 연구자들에겐 소프트웨어 문제인 건지 하드웨어 문제인 건지 판단하는 것조차 난이도가 높다. 멀티콥터의 원리는 초등학생도 이해할 수 있지만 헬기의 원리는 쉽게 이해하기 힘들다. 보통 성인조차 사이클릭 피치에서 세차현상이 어떻게 작용하는지부터 머리를 절래절래 흔들기 시작하는데, 그 사이클릭 피치가 스와시플레이트를 통해 전달되는 과정에서의 위상 변화까지 따지면 그냥 생각하는 것을 그만둔다. 구형 RC헬기의 플라이바와 스와시플레이트의 피치 입력이 어떻게 믹싱되는지까지 따지기 시작하면 전자공학이나 컴퓨터 프로그래밍을 전공한 사람들은 대부분 두 손 다 들게 된다.

환경, 생태계 연구에서도 활약하고 있다. 바다, 아프리카 초원 등 광범위하고 접근하기 힘든 곳의 생태계를 관찰하고 연구하기 위한 장비로 주목받고 있다.

4.4 취미용

개인적인 취미로서의 항공촬영, 혹은 전자과 공돌이의 마이컴 활용이라는 측면에서 많은 인기를 얻고 있지만, 비행 자체를 즐기는 항공 RC로서 멀티콥터는 어정쩡한 특성으로 인해 인기가 많지 않았다. 위에서도 언급했듯 초기모델들은 RC헬기와 비교하면 배면 비행도 불가능하고 반응성, 순발력이 압도적으로 떨어지는 등 다양하고 과격한 비행은 불가능하기 했기 때문이다. 그야말로 딱 고성능 모터를 장착한 4채널 고정피치 헬기 정도의 비행이 가능한 수준이였다. 물론 멀티콥터에 가변피치 프로펠러를 적용한다면 이야기는 달라지지만, 대신 헬기보다 간단한 유지보수는 안드로메다로 날아가 버린다(...).
반대로 적은 정비소요를 살려 가벼운 마음으로 날리는 정도로 즐기고 싶다면, 이번에는 RC비행기 쪽이 압도적으로 유리하다, 특히 EPP 재질의 전동비행기는 유지보수 따위 개한테나 주고 막 날릴 수도 있는 수준의 물건으로, 일상정비는 고사하고 추락해도 웬만하면 그냥 날리거나, 혹시 부러졌을 프롭만 교체해 날리는 수준이다. 물론 자이로 센서가 없으니 프롭의 무게 밸런스(그로 인한 진동) 따위를 신경쓸 이유도 없다. 정말, 아주 재수 없는 경우에 EPP재질의 날개나 동체가 부러지는데, 순간접착제로 붙이고 테이프로 감고 다시 날리면 된다. 물론 안정적인 호버링이나 좌우비행이 가능한 멀티콥터에 비해 자유도는 떨어지겠지만, 속도를 즐긴다면 어떨까!? 속!도!
결국 항공RC에 있어서는 이도저도 아닌 어정쩡한 위치라, 유인항공기에 비유하자면 오토자이로정도에 해당하는 입지를 갖고 있다고 할 수 있겠다.

다만 최근 나오는 항공 촬영 멀티콥터들은 중량이 가볍고 로터를 정밀하게 세팅해야 하는 일반 4~6채널 R/C헬기와 달리 프롭자체를 나사돌리듯이 순식간에 분해하고 조립할 수 있어 등에 매는 가방 제품으로 나와 휴대성이 헬기 수준으로 좋아졌다. 간편하고 준비시간도 짧아 초보자도 무리 없이 자전거나 오토바이등으로 이동하면서 즐길 수 있게 되면서 2015년 들어서 급 증가하는 추세. 무엇보다 조종이 정말로 쉽기 때문에 초보자들도 쉽게 접근이 가능한게 장점이다. 헬기 날리는데 호버링 연습이 한달이 걸린다고요? 제 드론은 연습없이 그냥 스로틀 올리자마자 바로 공중에 멈춰있던데

게다가 최근에 나오는 완구형 드론들은 가변피치가 아님에도 불구하고 날개 피치를 변경하는 대신 강력한 모터 제어를 통해 역추력!으로 배면비행을 실현시켰고 최고급 테크닉에 속하는 3D 플립 비행도 원터치로 되는등 기술 발전에 힘입어 빠르게 변화하고 있다. 과거에는 이런 비행기술들은 고급 컨트롤에 속했지만 시대가 변하면서 이것도 자동화(...)가 되어가고 있는 중이다. 반응속도도 레이싱 드론급들은 거의 브러시리스 4채널 헬기 수준까지 따라 왔으며 360도 롤비행이라던지 전진 플립, 백플립 하는 시간도 1초도 안될정도로 고속화 되었다. 특히 요즘에는 레이싱 드론이 FPV가 기본으로 되어가는 추세라 과거 로터 크기 때문에 헬기로 하지 못했던 숲속 나무 고속 통과라던지 장애물 속 통과 등 되려 드론으로는 할 수 있지만 R/C헬기가 못하는 영역이 점점 늘어남에 따라 기존 유져들도 드론으로 많이 이동중이다.

4.5 기타

롯데월드는 나이트 퍼레이드인 Let's Dream 공연시 플라잉 랜턴이라는 이름의 등 모양 멀티콥터를 25대 가량을 운용한다. 롯데월드 실내에 30개의 센서를 설치하여 하트 모양 등 다양한 대형으로 자동으로 움직이도록 프로그램되어있다고.

인텔도 비슷한 작업을 했다. 100대의 멀티콥터와 오케스트라를 동원했다.

5 제작업체

국내에서 많이 팔리고 있는 드론들의 제작사에 대한 상세한 설명이 적혀 있다. 항목 참조.

6 드론관련 해외 부품판매업체

HobbyKing: 미국 기반의 드론 부품 리테일러. 세계 각지에 Warehouse를 두고 판매한다. 가장 큰 International Warehouse는 중국에 위치하고 있고 한국에서 주문하면 이곳에서 물품이 배송된다. 드론뿐만 아니라 RC에 관련된 거의 모든걸 팔며, 3D 프린터도 판다! 다른 업체들과 가장 큰 차이점이라면, 가격으로 승부한다는 점. 모든 부품을 구입해서 조립한다면, 완제품을 사는것보다 엄청난 가격절감을 낼 수 있다. 특히 레딧과 같은 해외 드론 커뮤니티에 널리 알려져있는데, 싸고 나쁘지 않은 품질이 가장 큰 장점. 다만 국내에서 주문할려면 홍콩에 있는 창고에서 주문해야 할텐데, 환전후 15만원을 초과할 경우 세금이 붙는다. 잘못하면 세금폭탄을 맞을수 있으니, 반드시 배송비를 제했을 때 15만원이 안넘게 주문하자. 혹자는 40만원 이상 주문했는데 세금만 10만원 맞았다

이히로보 : 홍콩 업체. 하비킹과 자주 경쟁적으로 세일을 하며 둘다 서로 안겹치는 품목을 세일을 하므로 같이 보면 좋다. 주로 완제품위주로 세일을 하는 편으로 재고 털이로 싼 구세대 제품이 파격적으로 풀리는 경우도 있다.

방굿: 중국 업체. 하비킹이 적당한 퀄리티를 적당히 싸게 (물론 다른 판매처랑 비교했을때 싸다는것) 파는거라면 방굿은 그냥 싸게 판매하는 업체다! 웬만한 제품을 정말 싸게 구입할 수 있지만, 가격이 가격인만큼 퀄리티 조절은 저질이다. 이곳에서 주문할거면 적어도 1~3개정도를 여분으로 주문하자. 분명히 불량제품이 있을것이다.

7 무인기(드론) 관련 법안 및 참고사항

영국 드라마 Casualty에 나오는 장면. (충격 및 잔혹 주의) 한번 잘 못 다뤘다가 얼마나 큰 사고로 이어질 수 있는지 보여준다.

< 조종자 준수사항 (항공법 제23조, 시행규칙 제68조) >

△ 비행금지 시간대 : 야간비행 (* 야간 : 일몰 후부터 일출 전까지)

△ 비행금지 장소

(1) 비행장으로부터 반경 9.3 km 이내인 곳
→ “관제권”이라고 불리는 곳으로 이착륙하는 항공기와 충돌위험 있음
(2) 비행금지구역 (휴전선 인근, 서울도심 상공 일부)
→ 국방, 보안상의 이유로 비행이 금지된 곳
(3) 150m 이상의 고도
→ 항공기 비행항로가 설치된 공역임
(4) 인구밀집지역 또는 사람이 많이 모인 곳의 상공 (* 예 : 스포츠 경기장,각종 페스티벌 등 인파가 많이 모인 곳)
→ 기체가 떨어질 경우 인명피해 위험이 높음

▶ 비행금지 장소에서 비행하려는 경우 지방항공청 또는 국방부의 허가 필요(타 항공기 비행계획 등과 비교하여 가능할 경우에는 허가)

△ 비행금지 행위

- 비행 중 낙하물 투하 금지, 조종자 음주 상태에서 비행 금지
- 조종자가 육안으로 장치를 직접 볼 수 없을 때 비행 금지 (* 예 : 안개·황사 등으로 시야가 좋지 않은 경우, 눈으로 직접 볼 수 없는 곳까지 멀리 날리는 경우)

12Kg가 넘는 무인기는 항공법에 따라 항공정보간행물에 고시된 18개 공역을 제외한 기타 공역에서는 비행 전 지방항공청,각 군,소방서,관제센터와 ATCC 에 자신의 비행 계획을 알리고 UBIKAIS 에 비행 일정을 입력하고, 비행 승인을 받아야 하는데, UAV이용사업자도 아닌 일반인이 승인을 받기는 상당히 어렵다고. 다만 신청 자체는 시청이나 구청에 가면 신청서가 있어서 작성만 하면 처리는 시청직원이 해준다. 수도권 비행금지구역도 참조하도록.문젠 허가가 안난다는게... 그것보다 뭘 하길레 12kg을 넘지

국토교통부의 드론비행시 주의사항 안내문

참고로 2016년 부터 전국적으로 드론 시범 비행지역이 지정되며 해당 지역에는 비행 제한이 사라진다 특히 전남 지역의 경우 중국처럼 국가 미래사업으로 드론 특성화 사업지구로 지정되었으며 직경 300km이 넘는 엄청난 공역 크기를 자랑한다. 그리고 전주는 공역범위가 10km로 작지만 유일하게 도시내(!)에서 비행이 가능한 공역 구역이다. 10km전부가 언덕이 없는 평지라서 주말이면 드론 날리는 장면을 쉽게 볼 수 있다. 2017년에는 군사지역과 항공권역을 제외한 모든 구역에서 드론의 실험, 개발, 비행에 대한 제한이 없어진다. 현재는 드론용 비행금지구역을 표시하는 앱들이 무료로 나와 있으므로 드론을 운영중이라면 필수로 설치하도록 하자.

다만 주의할 점은 인스파이어처럼 초강력한 전파 송출을 내뿜는 기기가 여럿 있다면 재밍 수준의 지옥을 경험할 수도 있다.