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Posted by 마니아군

공중요격·근접공중전 등
   다목적 초음속 전투기


초음속 수직 이·착륙기 역사에서 러시아는 미국, 유럽과 더불어 많은 노력을 기울인 국가 중 하나였다. 1967년 7월 도모데드보 에어쇼에서 이미 러시아는 고정익기로 수직 상승 및 공중 정지, 수평으로의 전환 비행을 관중 앞에서 선보인 바 있다. 당시 에어쇼에 사용됐던 Yak-36 ‘프리핸드’ 기종은 실제 작전에 투입할 수 없는 기술시범기 수준의 항공기였으나 안정적인 수직 이·착륙이 가능해 러시아의 기술력을 입증했다.

Yak-36 ‘프리핸드’에서 실증된 수직 이·착륙 기술은 실제 임무수행이 가능한 Yak-38 ‘포저’로 이어졌다. 1975년부터 양산 단계에 들어간 Yak-38은 1976년부터 소련 해군의 키에프·민스크 등 항공모함의 함재기로 운용을 시작했으며, 함대 방공 문제가 절실한 소련 해군에 함대 방공 전투기, 대함 공격기, 정찰기 등 다양한 목적으로 활용됐다.

Yak-38은 다양한 임무수행이 가능했지만 전투기로서의 기동 성능이나 탑재 능력, 항속 능력 등 전반적인 성능이 부족했다. 러시아는 수직 이·착륙기보다 미국의 함재기와 같이 통상 이·착륙(CTOL) 방식의 고정익 전투기를 함재형으로 개발하는 방안을 결정했고, Su-33과 MiG-29K 등이 개발되자 Yak-38을 곧 퇴역시켰다.

Yak-38의 성공 이후 러시아가 준비했던 기종은 Yak-141이었다. 세계 최초의 실용 초음속 수직 이·착륙 전투기를 목표로 개발됐던 Yak-141은 1991년 파리 에어쇼에서 공개돼 세계적인 주목을 받기도 했다. 야코블레프 설계국의 홍보자료는 Yak-141에 대해 공중요격, 근접공중전 및 대지공격임무를 수행할 수 있는 다목적 초음속 전투기로 설명하고 있었다.

Yak-38과 마찬가지로 Yak-141이 사용한 수직 이·착륙 방식은 추력 편향이 가능한 주 엔진과 수직전용 보조 엔진을 결합한 것이었다. 주 엔진은 배기구가 후방에서 아래로 95도까지 꺾이도록 설계됐다. 수직 아래인 90도보다 5도가 더 꺾이도록 설계한 것은 추진 방향을 약간이나마 전방으로 향하게 해 착륙할 때 감속 효과를 얻기 위해서였다.

Yak-141은 초음속 성능이 요구됐기 때문에 엔진에 후기 연소기가 장착돼 있다. 후기 연소기는 Yak-141의 가속 및 기동 성능에 큰 기여를 했지만 착륙 시 항공모함 갑판 또는 활주로 표면을 가열시켜 손상을 입힐 우려가 있었다.

1989년 3월에 초도비행을 실시한 Yak-141은 기존 Yak-38에 비해 개선된 성능을 입증했다. 특히 최대속도는 마하 1.7을 기록해 최초의 실용 초음속 수직 이·착륙기가 탄생되는 듯했다. 하지만 냉전 종식으로 인한 러시아의 국방예산 감축으로 Yak-141을 비롯한 많은 개발 프로그램이 취소되고 말았다.

Yak-141은 연구개발에 성공했음에도 불구하고 예산 문제로 양산에 이르지 못한 항공기였다. 비록 양산에 이르지 못했지만 Yak-141에 적용됐던 회전 노즐(swivelling nozzle) 기술은 미국의 F-35B 차세대 초음속 수직 이·착륙기에 그대로 적용됐기 때문에 Yak-141은 최초 초음속 수직 이·착륙기의 탄생에 결정적인 역할을 한 항공기로 역사에 남게 됐다.

<임상민 국방기술품질원 공중전력팀>

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세계 첫 수직으로 이륙해
       초음속 비행


독일은 초음속 수직이착륙기 개발에 상당한 열의와 투자를 집중했던 국가다. 1955년에 나토에 가입하면서 새로이 개편된 서독 공군은 전술기의 핵심을 모두 수직이착륙기로 구성한다는 원대한 구상을 꿈꾸었다. 긴 활주로는 적의 공격에 취약하기 때문에 활주로 없이 야전에서 분산 운용이 가능한 수직이착륙기는 장점이 충분히 있어 보였다.

이를 구체화하기 위해 독일은 전투기·공격기·수송기 등 세 가지의 핵심 군용기를 수직이착륙기로 개발한다는 계획을 1960년대에 추진했다. 독일이 가장 먼저 개발한 기종은 EWR VJ 101이었다. EWR VJ 101에서 EWR은 제작사 컨소시엄 이름을, VJ는 수직이착륙 전투기(Vertikal Jager)를 의미했다.VJ 101의 요구도는 1956년에 완성됐고, 본격적인 개발은 1959년부터 시작됐다.

VJ 101은 처음부터 독일 공군의 최신예기 F-104G를 대체하고자 개발됐기 때문에 요구도 수준이 상당히 높았다. VJ 101에 요구된 작전반경은 54~270nm, 최대상승한도 7만2200ft, 최대속도 마하 2.5였다. 당시 F-104G가 고도 5만ft까지 도달하는 데 약 140초가 소요된 반면 VJ 101은 6만5600ft까지 90초 이내에 도달할 것이 요구됐다. 마하 2.5 속도에 이 정도 상승 성능이라면 1960년대 기술 수준으로 최상급에 속하는 것이었다.

수직이착륙에 도전하기 위해 독일은 새로운 실험 장비를 개발해 연구를 거듭했고, 비행제어 계통과 조종사의 숙달훈련이 마무리되자 실제 VJ 101C가 날아올랐다. VJ 101C X1의 첫 공중정지비행은 1963년 4월 10일에 이뤄졌다. 그리고 수직이륙 후 수평으로의 전환비행도 동년 9월 30일에 이뤄졌다.놀라운 것은 X1 시제기가 1964년에 수평비행에서 후기연소기 없이 마하 1.08로 음속을 돌파한 것이었다.

수직으로 이륙해 초음속 비행에 최초로 성공한 역사적인 순간이었다. 후기연소기가 부착된 X2 시제기는 원활한 초음속 비행이 가능해 마하 1.14를 기록했지만 양산에 이르지는 못했다. VJ 101이 전투기 대체가 목적이었다면 VAK 191은 피아트 G.91 공격기 대체가 목적이었다. VAK 191에는 저고도로 침투해 핵폭탄 1발을 적지에 투하하고 귀환한다는 핵공격 단일 임무수행이 요구됐다.

VAK 191은 영국 해리어와 유사한 방식의 추력편향식 엔진을 사용했다. 하지만 독일은 소형 엔진을 사용해 고속 성능을 추구했다. 부족한 수직 추력은 기체 전후방에 탑재된 수직전용 엔진 2개가 보완했다. 제작된 VAK 191 시제기는 1971년 9월, 초도비행에 성공했다.

이미 VJ 101을 통해 수직이착륙과 초음속 비행의 결합을 이끌어 냈던 독일은 당시로서 최첨단이었던 전자식비행제어(FBW) 기술까지 VAK 191에 적용해 비행에 성공시켰던 것이다. 비록 양산에 이르지는 못했지만 VJ 101과 VAK 191을 통해 독일은 수직이착륙 초음속 비행에 대한 중대한 성과를 거둘 수 있었다.

<임상민 국방기술품질원 공중전력팀>

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초음속 성능 결합한
      수직이착륙 전투기


영화 ‘트루 라이즈’에서 비밀요원 아놀드 슈왈츠제네거가 타고 등장한 ‘해리어’ 전투기는 수직이착륙기의 대명사다. 하지만 제트기인데도 불구하고 해리어의 최대속도는 소리의 속도보다 낮다.제트기의 최대속도가 음속을 넘어가자 항공 선진국들은 수직이착륙 성능과 초음속 성능을 결합하고자 경쟁적으로 개발을 시작했다. 가장 먼저 개발을 시도한 국가는 미국이었다.

미국은 이미 1953년부터 자체적으로 수직이착륙 실험기를 개발한 경험이 있는 벨 사를 주목하고 1955년부터 자금을 투자했다.미 공군과 해군이 함께 자금을 투자한 이 전투기의 명칭은 XF-109였다. 미 해군은 XF3L로 명명했던 이 전투기는 수직으로 이착륙이 가능하면서도 수평비행에서 마하 2.3의 초음속 속도를 낼 수 있도록 요구했다.

XF-109는 이 성능을 달성하기 위해 무려 8개의 엔진을 탑재하도록 설계됐다. 수평비행 전용 엔진 2개 외에 수직 전용 엔진 2개를 조종석 뒤에 넣고, 날개 끝에 경사각을 변화시킬 수 있는 수평·수직 겸용 엔진을 4개 탑재했다. 엔진 8개의 XF-109 전투기는 결국 1961년에 개발이 취소됐다.

기술적으로 무리한 면도 있었지만 F-5 전투기에도 탑재된 J85 엔진의 개발 지연이 반복되자 미 해군은 결국 1960년에 자금 투자를 취소한 것이다. 이어 미 공군도 1961년에 계획을 취소하면서 초음속 수직이착륙기 XF-109 개발은 중단되고 말았다. 1960년대에는 미국뿐만 아니라 유럽의 나토도 초음속 수직이착륙기를 필요로 했다.

델터익 전투기 미라지 시리즈로 유명한 프랑스 닷소 사는 나토에 제안하기 위해 미라지 IIIV 기종의 개발을 시작했다.미라지 IIIV의 엔진 수는 미국의 XF-109보다 1개 더 많은 9개다. 수직 전용의 소형 엔진 8개를 중앙에 배열하고, 수평 비행용 엔진을 1개 탑재한 것이다. 1966년, 8개의 수직 엔진 덕분에 미라지 IIIV는 수직으로 떠올라 수평 비행으로 전환에 성공할 수 있었다. 그리고 수평비행에서 마하 2.04의 최대속도를 기록했다.

하지만 초음속 비행은 활주로에서 이륙해 나온 결과이고, 한 번의 비행에서 수직이착륙과 초음속 비행을 동시에 수행한 적은 없었다.나토(NATO)는 초음속 수직이착륙기에 대한 요구도를 1962년에 발표했지만 발표 이후 구체적인 자금을 투자하지 않았다. 닷소 사는 자체 자금을 투자해 개발을 지속했지만 비행시험 중 사고로 조종사가 사망하자 1966년에 개발 계획을 전면 취소했다.

미라지 IIIV 취소 이후 약 40년 동안 다시는 마하 2급의 초음속 수직이착륙 전투기가 등장하지 못했다. 수직이착륙과 마하 2급의 초음속 비행은 그만큼 쉽게 어울리지 못하는 성능이었던 것이다.2010년대에 전력화될 F-35B 합동공격전투기(JSF)는 이 둘을 결합한 최초의 실용 전투기가 될 예정이다. 1950년대부터 시도됐던 초음속 수직이착륙에 대한 인류의 도전이 60년이 지나 비로소 빛을 보게 되는 것이다.

<임상민 국방기술품질원 공중전력팀>

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1975년 5월 29일 수직 이착륙 공격ㆍ정찰용 해리어 전폭기가 한미 1군단에서 공개됐다. 단좌식으로 된 이 전폭기는 불과
4~5초 만에 뜨고 내리는 시범비행을 보여 한미군 관계자는 물론 많은 언론으로부터 뜨거운 관심을 받았다. 
                                                                                                                                         
[국방일보 사진 DB]

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