알퐁스 페노

1. 개요

알퐁스 페노는 1850년 프랑스 파리에서 태어난 항공 기술 개척자이다. 그는 고무 동력을 이용한 모형 헬리콥터와 비행기를 제작했으며, 특히 플라노포어는 주 날개에 상반각을 적용하여 비행 안정성을 확보하는 등 현대 항공기의 기본 요소를 갖춘 획기적인 발명품으로 평가받는다. 1876년에는 2인승 단엽 수륙 양용기 설계를 특허 출원했지만, 자금 부족으로 인해 실제 제작에는 이르지 못했다. 페노의 연구는 라이트 형제에게도 영향을 미쳤으며, 옥타브 샤누트의 저서에 소개되면서 후대 항공 기술 발전에 기여했다.

2. 생애

알퐁스 페노는 1850년 파리의 해군 가문에서 태어났으며, 그의 아버지 샤를 페노는 프랑스 해군의 제독이었다. 고관절 질환으로 목발을 짚고 다녀 해군 학교에 입학할 수 없었다. 20세에 항공학을 공부하기 시작하여 새로 창립된 프랑스 항공학회(Société Aéronautique de France)에 가입했다. 1876년에는 이 학회의 부회장이 되었고, 저널 L'Aéronaute의 출판에 참여했다.

1870년, 페노는 일련의 성공적인 모형 헬리콥터를 제작했다. 이 원리는 새로운 것이 아니었는데, 1784년 자연학자 M. 라누아와 M. 비앙브누에 의해 프랑스 과학 아카데미에 시연되었고, 조지 케일리 경도 알고 있었다. 하지만 꼬인 고무를 사용하여 비행 모형에 동력을 공급한 것은 처음이었다. 중력보다 무거운 비행기 개발 초기 몇 년 동안, 로렌스 하그레이브와 A.V. 로를 포함한 많은 실험가들이 실험용 모델에 이 추진 방식을 사용했다.

3. 페노의 비행 기계

페노는 1870년에 헬리콥터와 유사한 여러 개의 성공적인 모형들을 만들었다. 이것은 새로운 원리는 아니었지만, 꼬인 고무를 사용하여 비행 모형에 동력을 공급한 것은 페노가 처음이었다. 로렌스 하그레이브와 A.V. 로를 포함한 많은 실험가들이 초기 비행기 개발 과정에서 이 추진 방식을 사용했다.

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다음 해인 1871년에는 초기 항공기 설계에 큰 영향을 미칠 '플라노포어'(Planophore)를 제작했다. 이 기계는 푸셔 프로펠러를 구동하는 꼬인 고무 모터를 사용했을 뿐만 아니라, 날개 끝이 위로 구부러진 상반각과 후방에 장착된 수평 안정판을 날개보다 작은 받음각으로 설정하여 자동 안정성을 부여했다.

그 후, 페노는 고무 동력 조류 비행기를 제작했다. 헬리콥터와 조류 비행기 모두 장난감으로 어느 정도 성공을 거두었다. 1873년부터는 엔지니어 폴 고쇼와 협력하여 실물 크기 항공기 설계를 시작했다. 1874년 첫 번째 설계를, 1876년 두 번째 설계를 제작했으며, 1876년 항공기는 특허를 받았다.

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1876년 특허를 출원한 설계는 승강타, 조종사를 위한 완전 밀폐형 객실, 접이식 착륙 장치, 단일 프로펠러로 인한 토크 반력을 제거하기 위해 반대 방향으로 회전하는 한 쌍의 프로펠러 사용 등 놀랍도록 진보된 특징을 가지고 있었다. 그러나 당시 기술로는 적합한 엔진을 제작할 수 없었고, 자금 부족으로 인해 설계를 실제로 구현하지는 못했다.

3.1. 플라노포어 (Planophore)

1871년 알퐁스 페노는 고무 동력으로 작동하는 모형 비행기인 '플라노포어(Planophore)'를 제작했다. 플라노포어는 페노의 가장 유명한 발명품으로, 푸셔 프로펠러를 구동하는 꼬인 고무 모터를 사용했을 뿐만 아니라, 상반각과 주 날개보다 작은 받음각으로 설정된 후방 장착 수평 안정판을 적용하여 자동 안정성을 부여했다. 조지 케일리 경이 상반각의 원리를 연구했지만, 당시 페노는 케일리의 연구를 알지 못했고 주 양력면과 안정판 사이의 받음각 차이 원리는 페노에 의해 처음으로 연구되었다.

플라노포어는 1871년 8월 18일 프랑스 파리의 튈르리 정원에서 소시에테 에어로노티크(Société Aéronautique) 회원들 앞에서 40m 거리를 11초 동안 비행하는 성공적인 시험 비행을 선보였다.

3.1.1. 플라노포어의 구조와 제원

플라노포어는 길이 51cm, 날개폭 46cm, 날개 면적 0.05m², 직경 20cm의 2엽 프로펠러를 가진 모형 비행기이다. 무게는 16g이며, 이 중 고무줄 무게는 5g이다. 주 날개는 단엽 고정익으로 평면형은 약간 가늘어지고, 안정성을 얻기 위해 상반각을 가지고 있었다. 미익은 동체에 대해 음의 설치각을 가진 수평 미익이었다. 동력 고무가 노출된 외날개 (스틱형) 구조로, 현재의 경비행기와 유사하다. 하지만 프로펠러는 꼬리에 부착된 추진식이며, 주 날개는 앞전 부재로만 지지하고 후연 부재는 없다. 주 날개 중앙부의 날개 표면은 연속되어 있지 않다. 무게중심은 면적 중심보다 약간 앞에 있고, 날개 끝은 약간 올라가서 (상승각) 횡안정성을 유지한다.

3.1.2. 플라노포어의 비행 기록

1871년 8월 18일 프랑스 파리 튈르리 정원에서 소시에테 에어로노티크(Société Aéronautique) 회원들 앞에서 약 39.93m 거리를 11초 동안 비행하는 데 성공했다.

플라노포어는 길이 51cm, 날개폭 46cm, 날개 면적 0.05m²이며, 직경 20cm의 2엽 프로펠러를 가지고 있었다. 무게는 16g이었으며, 이 중 고무의 무게는 5g이었다.

40m 거리를 11초 만에 비행했다. 5m 상승 후 수평으로 몇 번 선회 비행을 했으며, 고무가 다 풀렸을 때 출발점 부근에 연착륙했다. 비행 속도는 3.7m/초였다. 고무를 60회 감아 약한 동력으로 날렸을 때, 풍속 2.7m/초의 기류에서 지면에 대해 정지했다. 기록 비행은 30~40도의 뱅크각을 가진 급선회였으며, 직선 비행 때에 비해 비행 속도가 커지고, 필요한 비행 에너지도 증가했다.

3.2. 헬리콥터 (Hélice)

1870년, 페노는 성공적인 모형 헬리콥터를 여럿 제작했다. 이 헬리콥터는 1784년 자연학자 라누아와 비앙브누가 프랑스 과학 아카데미에 시연했고, 조지 케일리 경도 알고 있던 원리를 사용했다. 페노는 꼬인 고무를 사용하여 비행 모형에 동력을 공급한 최초의 인물이었다. 초기 비행기 개발 과정에서 로렌스 하그레이브, A.V. 로 등 많은 실험가들이 이 추진 방식을 사용했다.

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1870년에 제작된 페노의 헬리콥터는 오늘날의 모형(또는 장난감)에서도 볼 수 있는 동력식 대나무 헬리콥터와 유사한 구조를 가졌다. 위아래 두 개의 로터(피치)는 반대 방향으로 회전하며, 이 로터들과 동체를 연결하는 동력부는 비틀어 놓은 고무로 구성되었다. 상부 로터가 회전하면 반작용으로 하부 로터가 반대 방향으로 회전하면서 양쪽 모두 양력을 발생시켜 헬리콥터를 띄운다.

현대 프랑스어에서 "Hélice"는 프로펠러를 의미하며, 헬리콥터는 "Hélicoptère"로 표기한다.

3.3. 오르니톱터 (Ornithopter)

페노는 오르니톱터 모형도 제작했다. 1871년에는 "Oiseau artificiel"(인공 조류)라는 모형을 제작했다.

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3.4. 실물 크기 항공기 설계

1873년, 페노는 엔지니어 폴 고쇼(Paul Gauchot)와 협력하여 실물 크기 항공기 설계를 시작했다. 1874년에 첫 번째 설계를, 1876년에 두 번째 설계를 제작했으며, 1876년 항공기는 특허를 받았다.

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1876년 특허를 출원한 설계는 2인승 단엽 수륙양용기였다. 이 항공기는 다음과 같은 특징을 가졌다.

* 수직 꼬리 날개와 수평 꼬리 날개에 가동식 조종 날개(타면)를 갖추고, 조종간 하나로 통합 조작
* 단일 프로펠러로 인한 토크 반력을 제거하기 위해 반대 방향으로 회전하는 한 쌍의 견인식 프로펠러
* 윗면이 부풀어 오른 익형을 가진 타원형 주 날개, 2도의 상반각
* 스포일러, 완충 장치가 있는 접이식 다리, 방위계, 수평계, 기압 고도계 등

특히 접이식 다리가 유명하다.

그러나 당시 기술로는 이 항공기에 적합한 가볍고 강력한 엔진을 제작할 수 없었고, 페노는 자금 부족으로 인해 설계를 실제로 구현하지 못했다.

4. 후속 연구자에게 미친 영향

페노의 연구는 옥타브 샤누트의 저서 비행 기계의 진보(Progress in Flying Machines)에 상세히 소개되어 널리 알려졌다. 특히, 페노의 헬리콥터 모형은 라이트 형제가 어린 시절 아버지로부터 선물 받아 비행에 대한 관심을 갖게 된 계기로 유명하다. 라이트 형제는 이것을 "박쥐 장난감"으로 불렀다고 한다. 오스트리아의 빌헬름 크레스는 페노의 연구로부터 직접적인 영향을 받은 인물 중 하나이다. 페노는 마크 블리츠스타인의 작품 에어본 심포니에서 언급된, 성공하지 못한 항공 개척자 중 한 명으로 등장한다.