드론용 장거리 액체 분사 장치 개발
1. 개발 목적 및 개요
시스템 운용 개념
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기본 정의 : 드론용 분사 장치는 임무 수행 드론에 노즐, 유체 공급장치 등으로 구성된 분사 모듈을 탑재하여 방재, 세척 등의 특수 임무를 수행할 수 있도록 구성된 시스템이다.
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추가 내용 : 본 시스템은 기존 인력 중심의 방재 및 세척 작업 환경에서 발생할 수 있는 안전사고를 예방하고, 접근이 어려운 사각지대에 신속하게 대응하기 위해 개발되었다. 드론의 기동성과 정밀 호버링 기술을 활용하여, 대상 지역에 균일한 유체(방제약품, 세척수 등)를 살포함으로써 작업 효율성을 극대화한다.
분사 시스템 목표 사양
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분사액 용량 : 약 2L (탑재 드론의 적재 중량 및 비행 시간에 따라 최적화 예정)
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분사 거리 : 5 ~ 10m 내외 (대상 시설물 또는 목표물과의 안전거리 확보 및 비산 방지 고려)
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분사 시간 : 약 1분 (유체 유량 조절 밸브 및 펌프 압력에 따른 연속 분사 성능 검토 중)
2. 시스템 검토 및 실험
주요 검토 시스템 및 실험 방향
목표 사양을 만족하는 최적의 분사 방식을 도출하기 위해 총 3가지 시스템 구성 방안을 검토하고 성능 실험을 진행했다.
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고압 어큐뮬레이터 검토
구성 : 어큐뮬레이터, 레귤레이터, 오리피스, 노즐
검토 결과 : 목표량의 유체를 목표 압력으로 저장할 경우 용기 무게만 약 11kg에 달해 드론용 페이로드 기준을 초과하며, 분사에 따라 압력이 급격히 저하되어 부적합한 것으로 판단했다. -
고압 질소 탱크와 벤츄리관을 이용한 이류체 분사 실험
구성 : 고압 N2 탱크, 레귤레이터, 워터 탱크, 벤츄리관, 노즐
검토 결과 : 무전력 구동이 가능하고 전체 무게가 약 6kg 내외로 예상되었으나, 물 입자가 과도하게 미세화되거나 가스만 먼저 배출되는 현상이 확인되어 목적하는 직진성 분사 성능에 부합하지 않아 제외했다. -
드론용 소형 펌프 적용 시스템 구성 및 실험
구성 : 워터 탱크, 레귤레이터, 펌프 및 모터, 오리피스, 노즐
실험 진행 : 드론용 소형 펌프(무게 약 300g 내외)와 다양한 노즐(원형, 부채꼴, 일직선형)을 조합하여 간이 및 실기체 장착 테스트를 수행했다.
3. 최종 선정 시스템
앞서 진행한 3가지 방식에 대한 타당성 검토와 성능 실험 결과를 바탕으로, 드론 탑재 환경(경량화)과 요구 성능(분사 거리 및 폭)을 모두 만족하는 '4련 병렬 소형 펌프 기반 일직선 분사 시스템'을 최종 선정했다.
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핵심 구성 요소
실제 임무 수행 드론 기체 하단에 구동부(소형 고압 펌프)와 토출부(직선형 분사 노즐)를 4련 병렬 형태로 배열하여 장착했다. -
최종 성능 및 특징
분사 거리 : 6.5 m 이상 달성 (목표 사양 충족)
유효 분사 폭 : 약 1.2 m 확보 (다중 노즐 배열을 통한 광역 커버리지 구현)
시스템 중량 : 펌프 4기 기준 약 1.2 kg, 전체 시스템 중량 2~3 kg 수준
4. 실드론 장착 테스트
앞서 도출된 최종 선정 시스템(4련 병렬 펌프 및 일직선형 노즐 조합)을 실제 시험 기체(드론)에 장착하여 실외 환경에서의 구동 성능과 분사 특성을 검증하고자 했다.
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구동 방식 : 드론의 FC(Flight Controller) 및 배터리를 연동하여 펌프를 최대 출력으로 구동
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분사 거리 : 약 5 m 달성 (목표 사양 충족)
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유효 분사 폭: 약 1.2 m 확보 (다중 노즐 병렬 배열을 통한 광역 커버리지 확인)
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결론 : 실기체 장착 테스트를 통해 요구 성능인 분사 거리 5m 이상과 광역 분사 폭을 모두 안정적으로 달성하였으며, 전체 시스템 중량이 경량화되어 향후 특수 임무 드론용 분사장치로의 상용화 가능성을 검증했다.
