'스텔스 성능'에 해당되는 글 4건

  1. 2011.04.07 RAH-66 코만치
  2. 2011.04.07 Su-47 베르크트 전투기
  3. 2011.04.07 MiG 1.44
  4. 2011.04.07 YF-23 블랙 위도우 II

높은 스텔스 성능
  96년 1월 초도비행 마쳐



 1980년대 미 육군은 차세대 공격헬기를 다목적 헬기로 개발해 무장·정찰·기동 헬기까지 하나의 기종으로 대체하고자 LHX(Light Helicopter Experimental) 프로그램을 추진했다. 신형 헬기 개발을 통한 구체적인 대체 계획은 AH-1 공격헬기와 UH-1C 건십을 AH-64 아파치로 대체하고, 최종적으로는 LHX로 대체하는 것이었다. 그리고 OH-58A/C 카이오와, OH-6 카이유즈 정찰헬기도 OH-58D 카이오와 워리어 AHIP로 대체한 후 최종적으로 LHX로 대체한다는 계획을 수립했다.

 놀라운 사실은 다용도 수송헬기로 사용되는 UH-1과 UH-60까지도 LHX 다용도형으로 통일한다는 것이었다. 대형 수송헬기를 제외한 모든 미 육군항공대 헬기를 LHX 계열 하나로 대체하겠다는 이 야심찬 계획은 결국 냉전시대의 꿈을 안고 84년 확정돼 본격적인 개발을 시작했다.

 LHX 개발에는 보잉·시콜스키팀과 벨·맥도널 더글라스팀이 경합을 벌였고, 91년 4월 5일 보잉·시콜스키팀이 경쟁에서 승리해 개발이 본격화됐다. RAH-66 코만치로 명명된 이 신형 헬기는 시제기가 95년에 출고됐고, 96년 1월 4일에 초도비행이 성공적으로 실시됐다.

RAH-66의 가장 큰 특징은 스텔스 성능이다. 적의 종심 깊숙이 침투하는 전투 정찰임무에서 높은 생존성을 얻기 위해 코만치는 높은 스텔스 성능이 요구됐다. 이를 위해 코만치에는 F-117 스텔스기와 같은 다면체 방식의 설계가 적용됐고, 전파 반사와 소음이 큰 테일로터를 없애기 위해 패네스트론 방식이 적용됐다. 또 인입식 착륙장치와 대규모로 복합소재를 사용하는 등 전반적인 스텔스 설계가 이뤄졌다.

그 결과 코만치는 AH-64 아파치보다 레이더 반사를 663분의 1이나 줄일 수 있었고, 적외선은 2.75분의 1, 소음은 1.6분의 1 수준으로 낮춰 생존성을 향상시킬 수 있었다.스텔스 성과와 더불어 코만치를 미 육군항공의 혁신적인 무기체계로 만든 것은 네트워크중심전 개념을 적용시킨 항전체계 덕분이었다. 코만치는 미 육군의 플랫폼 중 공중과 지상무기체계를 통틀어 처음으로 완전 디지털화된 시스템을 갖춘다는 목표로 개발됐다.

이를 위해 고성능 컴퓨터를 내장하고 보안 디지털통신체제를 갖춰 육군의 항공 및 지상부대가 원하는 공통작전정보 및 영상을 정확히 전송하도록 개발됐다. 신속한 전장 정보 공유능력으로 다른 플랫폼들보다 더 많은 목표물을 인식하고 교전할 수 있는 능력과 스텔스 성능까지 갖춘 코만치는 지상의 전장을 압도할 것으로 기대를 모았다.

 냉전 말기에 구소련의 신형 공격헬기와의 교전에서 승리할 수 있도록 공대공 전투 성능은 물론 대규모 기갑전을 수행할 만큼 충분한 공격능력과 생존성을 갖춘 헬기를 개발하는 것은 쉽지 않은 일이었다. 전투형은 물론 병력수송이 가능한 다용도형까지 감안해 초기에 설계가 이뤄졌기 때문에 코만치 프로그램의 기술적인 위험도는 대단히 큰 것이었다.

 96년 배치를 목표로 84년부터 개발이 시작된 코만치는 결국 전력화가 2011년으로 연기됐다. 생산대수도 85년 당시 5023대에서 2002년에는 650대 수준으로 급감했다.개발일정의 반복적인 지연으로 프로그램 코스트는 급증하게 됐고, 긴 개발기간 동안 변화된 전장 환경과 운용개념은 다시 기술적 요구수준과 코스트를 증가시키는 악순환을 반복하게 만들었다.
 
무리한 기술적 요구수준과 프로그램 관리, 일정의 문제로 의회의 집중공격을 받아온 코만치는 양산대수 축소에 따른 단가의 급등으로 무기체계로서의 효율성을 의심받아 결국 2004년 2월 27일 개발이 전면 취소됐다.

 <임상민 국방기술품질원 기술기획본부>

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러시아가 야심차게 개발한 
       차세대 실험 전투기


Su-47 베르크트(Berkut) 전투기는 F-22 랩터로 대표되는 5세대 미국 전투기들의 독주를 견제하고자 러시아가 야심차게 개발한 실험 전투기다.

 1997년 9월에 처녀비행을 마친 Su-47은 개발 초기에 실험기 명칭인 S-37로 불려왔지만, 2002년에 명칭이 변경돼 Su-47로 최종 결정됐다. 실험 전투기인 Su-47은 미국의 ‘X’ 시리즈와 같은 단지 연구용이 아니고 기내에 고정무장과 무장탑재 능력을 갖춘 실전적인 모델이다.

 미국의 F-22가 ATF 계획으로 1980년대부터 추진됐듯이 러시아의 차기 전투기 계획은 1980년대부터 I-90 프로그램으로 시작됐다. I-90 프로그램은 2000년부터 보다 진보적인 개념의 PAK FA 프로그램으로 변경됐고, PAK FA의 주계약자가 2002년 3월에 수호이로 결정됨에 따라 향후 등장할 기종도 Su-47을 토대로 탄생하게 될 것이다. 단 Su-47의 특징인 전진익은 폐지될 것으로 보인다.

 Su-47의 기동성은 매우 뛰어난 편인데, 이것은 Su-27의 업그레이드 프로그램에 사용된 항공 역학적 기술이 Su-47에 적용되고 있기 때문이다. Su-47의 캐노피와 랜딩기어, 수직미익 등 일부 구성품은 Su-27의 것을 채용하고 있고, 전반적으로 Su-37보다 발전된 형태를 보이고 있다.

 아음속에서의 기동성은 매우 뛰어나다고 알려져 있는데, 이것은 전진익 특유의 불안정성에 기인한다. 재래식 형태의 전투기들과 달리 카나드·주익·수평미익 등 3개의 날개가 모두 양력을 발생시키는 공력 설계와 전자식 비행제어의 결합으로 Su-47은 높은 받음각 성능과 선회율 특성을 보이고 있다.

 Su-47의 외관상 가장 큰 특징은 전진익이다. 전진익은 같은 면적의 후퇴익에 비해 높은 양항비·선회율, 고받음각에서의 안정성, 단거리 이착륙 성능 등이 유리하다. 그리고 낮은 실속속도와 우수한 스핀 특성, 후퇴익에서 주로 발생하는 익단실속이 없기 때문에 기동성면에서 여러 가지 장점을 갖고 있다. 하지만 제어와 소재면에서 다루기 어려운 날개 형상이므로 아직은 연구개발 단계에 머무르고 있다.

 동체는 주로 티타늄과 알루미늄 합금으로 구성되며, 복합재는 13% 정도로 대량 사용된 편이 아니다. 하지만 다른 기종들과 달리 주익의 복합재 비율은 90%에 달한다. 이것은 앞서 언급한 전진익의 공력적 특성 때문이며, 복합재의 섬유 방향을 교차시켜 강도를 유지하고 있다.

 5세대 전투기답게 Su-47은 본격적인 스텔스 개념이 적용됐다. 무장의 내부 탑재와 더불어 전진익 고유의 스텔스성이 Su-47의 스텔스 성능을 높이고 있다. 그리고 공기 흡입구의 팬블레이드가 정면에 노출되지 않게 하고 레이더 흡수물질(RAM)을 외피에 도포하는 등 다양한 스텔스 기술이 적용됐다.

 Su-47 전투기는 러시아가 1980년대부터 시도한 I-90 차세대 전투기 프로그램의 결과물이다. I-90 프로그램은 PAK FA 프로그램으로 변화돼 결국 Su-47은 양산에 이르지 못했다. 하지만 개발 주체는 동일하므로 Su-47에 적용된 기술은 러시아의 차세대 전투기에도 연계해 적용될 것이다. Su-47은 MiG 1.44와 더불어 러시아의 5세대 전투기가 어떠한 성능을 갖추고 탄생하게 될지를 알려주는 이정표와 같은 전투기라고 의미를 둘 수 있다.

 <임상민 국방기술품질원 기술기획본부>

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러시아 5세대 전투기
      개발 목적의 시제기


 

 러시아의 전투기는 과거 소련 시절부터 미그 설계국과 수호이 설계국을 중심으로 발전해 왔다. 21세기를 앞두고 양 설계국은 5세대 전투기 개발을 목표로 실험 전투기를 설계했다. 수호이 설계국에서 개발한 Su-47과 MiG 설계국에서 설계한 MiG 1.44(사진)는 이러한 목적의 대표적인 실험전투기다.

 MiG 1.44의 공개 행사는 모스크바 근교 주콥스키 비행장에서 1999년 1월 12일에 실시됐고, 초도비행은 1999년 3월에 이뤄졌다. 2002년 4월, 러시아의 차세대 전투기 개발을 이끌 제작사를 미그가 아닌 수호이 측으로 공식 발표했다. 공식 발표에 의해 향후 러시아 전투기는 수호이 측이 이끌겠지만 차세대 전투기는 수호이 단독 개발이 아닌 미그와 공동개발 형태로 진행되기 때문에 MiG 1.44를 통해 실증된 신기술은 역시 차세대 전투기에도 적용될 것으로 예상된다.

 MiG 1.44는 쌍발 단좌형식의 대형 다목적 전투기다. 주익은 중익배치이고, 쌍수직미익에 카나드를 채용하고 있다. 주익 형태는 델터익에 가까우며, 동체 하부의 안정익(Ventral Fin)도 갖추고 있다.

 공기흡입구는 유로파이터를 연상시키듯 동체 하부에 위치한다. 흡입구 덕트의 형상은 ‘S’자 형을 이루고 있기 때문에 정면에서는 엔진의 터빈블레이드가 보이지 않는다. 이러한 설계 방식은 레이더파를 대량으로 반사하는 터빈블레이드를 숨길 수 있어 적 레이더에 포착되는 면적인 레이더단면적(RCS)을 줄여 스텔스 성능에 도움을 준다.

 MiG 1.44의 스텔스 설계는 비단 공기흡입구에만 적용된 것이 아니다. MiG 1.44는 동체 내에 무기고를 갖추고 있어 기 외 무장장착에 의한 레이더파 반사를 줄일 수 있다. 또한 기체 각 부에 복합재와 레이더흡수재(RAM)를 다량으로 사용해 스텔스 성능을 높이고 있다. 이러한 설계로 인해 MiG 1.44의 전체적인 스텔스 성능은 러시아 전투기로서는 가장 높은 수준을 보일 것으로 추측된다.

 엔진은 Su-47과 마찬가지로 AL-41F 추력 편향 엔진을 탑재할 계획이었지만 개발이 완료되지 않아 AL-31 엔진을 탑재했다. AL-41F 엔진은 노즐이 상하 15도로 움직이고, 초음속 순항이 가능하도록 최대 18톤급의 추력을 가질 계획이었다.

 초음속 순항 능력은 단지 속도가 빠르다는 것만을 의미하지는 않는다. 순항 속도가 빠르기 때문에 적 위협에 노출되는 시간을 줄일 수 있어 전술적으로 생존성이 높아지며, 무장의 사정거리를 증가시킬 수 있다. 그뿐만 아니라 스텔스성 관점에서 적외선을 대량으로 방사하는 후기연소기 사용을 줄일 수 있어 적의 적외선 탐지에 포착될 가능성도 줄일 수 있다.

 언론에 공개된 자료에 따르면 MiG 1.44의 레이더는 N014가 사용될 계획이었다. N014는 합성개구레이더(SAR) 모드를 갖추고 있어 향상된 공대지 교전이 가능하고, 20개의 목표물의 동시 추적, 그중 6개 표적에 대한 동시 교전 능력을 갖춰 향후 등장할 PAK FA 차세대 전투기에 적용되리라 예상된다. 시제기이기 때문에 무장능력을 갖추고 있지 않지만 동체 내 무기고에 R-73(AA-11)과 R-77(AA-12)을 혼용해 높은 공대공 전투능력을 갖출 계획이었다.

 MiG 1.44는 기술실증을 목적으로 한 실험전투기이지만 향후 러시아의 5세대 전투기가 어떠한 성능을 갖추고 탄생하게 될지를 알려주는 이정표와 같은 전투기라고 의미를 둘 수 있겠다.

 <임상민 국방기술품질원 기술기획본부>

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 우수한 스텔스 성능에 
       마하 1.8 순항비행


1970년대에 F-15·F-16이라는 걸출한 전투기를 탄생시킨 바 있는 미 공군은 1980년대에 들어 러시아가 램(Ram)-K, 램(Ram)-L이라는 고성능 전투기를 개발하고 있다는 첩보를 입수했다. 훗날 Su-27과 MiG-29로 밝혀진 이 신형 전투기에 대항해 향후에도 압도적인 공중전을 펼치기 위해 미 공군은 각종 첨단기술을 대거 적용한 ATF(Advanced Tactical Fighter) 개념을 연구했다.

ATF 연구에서 제시된 미래형 전투기 개념은 스텔스, 초음속 순항, 고(高)기동성으로 요약된다. 미 공군은 각종 첨단기술이 적용된 ATF 개념을 실증할 수 있도록 각 항공기 제작사에 제안요청서를 1981년에 제시하고 ATF 사업을 본격적으로 추진했다.1개 제작사가 감당하기 힘들 정도로 요구도가 높았던 ATF 사업 참여를 위해 미국의 항공기 제작사는 2개 팀을 형성해 경쟁에 참여했다.

ATF 개발의 핵심 기술인 스텔스는 1970년대부터 이미 록히드와 노스롭이 경험을 축적한 바 있었다. 따라서 팀도 자연스럽게 록히드와 노스롭을 주축으로 구성됐다. 록히드는 보잉, 제너럴 다이나믹스와 팀을 구성했고, 노스롭은 맥도널 더글러스와 한 팀을 이뤄 경쟁했다. 록히드 팀은 다소 보수적인 설계로 YF-22를 제작했고, 노스롭팀은 선진적인 설계를 대거 적용해 YF-23 블랙위도우II를 제작했다.

21세기 제공권 획득을 두고 미국 최고 항공 기술력의 자존심을 건 항공산업계의 불꽃 튀는 경쟁이 시작된 것이다.YF-23은 YF-22보다 스텔스 성능에 중점을 두고 설계된 것이 특징이다. 미익을 ‘V’자 형태로 설계해 수평미익과 수직미익으로 인해 반사되는 전파를 억제했고, 후부동체를 B-2 스텔스 폭격기와 유사하게 톱니모양으로 설계했다.

그리고 레이더반사단면적(RCS)과 항력을 낮추기 위해 전체적으로 미려한 곡선을 적용해 YF-23은 마치 스타워즈 영화에 나올 법한 형상이 됐다.공기흡입구는 주날개 밑에 있지만 특이하게도 엔진은 동체 위에 위치했다. 노즐 아랫면도 길게 연장돼 미익과 함께 노즐에서 방사되는 적외선을 억제할 수 있었다. 전반적으로 B-2 폭격기의 스텔스 개념을 적용한 YF-23은 경쟁기종인 YF-22에 비해 우수한 스텔스 성능을 보유할 수 있었다.

YF-23은 스텔스뿐만 아니라 초음속 순항 측면에서도 YF-22를 능가했다. YF-22가 후기연소기를 사용하지 않고 마하 1.58로 순항비행이 가능했던 반면 YF-23은 마하 1.8의 순항비행이 가능했다. 동일한 F119 엔진을 사용하더라도 항력이 적게 설계된 YF-23이 YF-22보다 우수한 항속 성능과 속도를 보였던 것이다. 1991년 4월 23일, 최고의 전투기를 위한 경쟁에서 YF-22가 최종적인 승자가 됐다.

저속 기동성을 제외하면 모든 성능에서 YF-22보다 우수했던 YF-23이 결국 탈락된 것이다.미 공군은 우수한 성능보다 합리적인 프로그램을 원했다. 비록 성능이 다소 떨어지더라도 보수적인 설계에 보잉이라는 안정적인 파트너까지 확보한 록히드팀에게 미 공군은 후한 점수를 주었던 것이다.

선진적인 개념과 기술이 대거 적용된 YF-23은 높은 성능만큼 프로그램 코스트를 증가시킬 요인이 많았다. 비록 ATF 경쟁에서는 패배했지만 시대를 앞서갔던 YF-23의 설계 사상은 YF-22와 더불어 미래 전투기 개발개념을 훌륭하게 보여줬던 설계안으로 기억되고 있다.

<임상민 국방기술품질원 공중전력팀>

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