생각보다 많은 기술개발이 시도 되었던 수직이착륙기 역사
현재 가장 유명한 수직이착륙기를 꼽는다면,
무려 30년 가까이 현역으로 활약 중인 해리어 AV-8 II와, 스텔스 전투기인 F-35B 라이트닝을 꼽습니다.
하지만 가장 특이한 수직 이착륙 기체는 지목 하라면, 아마 V-22 오스프리가 1등으로 나올 듯 한데요.
해리어와 라이트닝은 제트 전투기 입니다. 관심 없는 사람이 보면 수직이착륙을 하는 지도 모를 정도의 일반적(?)인 전투기 형상을 가졌지요.
반면 오스프리는 수송기 입니다. 프로펠러가 달린 중형(?) 수송기 인데요. 프로펠러의 각도가 변하면서 때로는 비행기로 때로는 헬리콥터로 보일 수도 있습니다.
모르는 사람이 눈으로 봐도. 특이하다는 느낌을 한 눈에 받게 되지요. 반 비행기 반 헬리콥터라고 할까요.
오스프리의 등장으로 인해 틸트로터기라는 완전히 새로운 개념의 항공기 분류가 생겼고, 덕분에 현존하는 가장 특이한 항공기로 지목 받기에 부족함이 없습니다.
그런데 일반적으로 프로펠러기 보다는 제트기의 개발이 더 어려운 편입니다.
제트기인 해리어의 첫 등장은 1969년이고, 프로펠러기의 V-22의 첫 등장은 1988년 입니다.
심지어 양산은 해리어는 1970년이고, 오스프리는 2007년 입니다.
V-22가 해리어 보다 거의 30년 뒤에 등장 했군요, 대체 무슨 일이 있었던 걸까요.
사실 틸트로터기의 개발 시도는 생각보다 빨리 있어 왔습니다. 1950년대 중 후반부터 여러 방식의 수직 이착륙 기술이 시도 되어왔고,
틸트로터 방식은 시도 되었던 다양한 수직이착륙 기술 중 하나 였습니다. 크게,
로켓처럼 수직으로 운용하는 '테일시터' 방식
엔진이나 날개 자체를 기울여 수직 이륙하는 '틸팅' 방식.
추력의 방향을 이원화 혹은 변형시키는 '추력변경' 방식
정도로 분리 되는데요, 1950년 부터 1960년까지, 정말 우후 죽순으로 쏟아 졌다고 해도 과언이 아닙니다.
가장 먼저 등장한 건 테일시터 방식입니다. 로켓처럼 그냥 쏘아 올린다는 과감한 컨셉의 기체이지요.
1954년에 등장한 록히드 XFV salmon 입니다.
당시만 해도 제트엔진의 완성도가 높지 않았던 관계로 터보프롭 엔진을 적용한 실험기입니다. 동축반전 로터로 토크 문제를 해결 했다는군요.
조금 더 도전적인 시도도 있었는데, 라이언의 X-13에는 처음부터 터보제트 엔진이 장착 되었습니다.
잘 날 수 있을까 싶은데, 1957년 4월에 수직이륙으로 에드워드 공군기지를 선회한 후 수직착륙까지 깔끔하게 성공합니다.
시제기가 등장한 지 무려 2년만의 쾌거 였습니다. 설계 최대 속도는 570km/h.
하지만 테일시터는 너무 급진적인 디자인이었고, 그래서 등장한 게 틸팅 방식입니다. 헬리콥터의 기술을 활용해서 수직 이착륙을 구현 하는 것이지요.
틸팅방식의 대표 주자는 벨의 XV-3 입니다.
2차 대전 직후인 1955년에 개발이 되었고, 최대 시속 300km에 항속거리가 400km여서, 높은 가능성이 점쳐졌던 시험기입니다.
물론 이후 나사와 함께 XV-15라는 기체로 확대 발전 되고, V-22 오스프리 탄생에 밑거름이 되었지요.
2년 뒤인 1957년에는 버톨의 VZ-2가 비행에 성공합니다.
틸팅 방식이긴 한데, 얘는 약간 특이해서 날개 전체가 각도를 바꾸는 메커니즘을 가지고 있습니다. 700마력의 터보샤프트 1기를 장착 하고, 최대 340km/h로 날 수 있었다는군요.
이후 추력의 방향을 변형시키는 가변추력 방식도 속속 등장 합니다.
1957년에 등장한 벨 X-14 입니다.
해래어와 F-35의 할아버지 뻘 정도 되는 추력변경 방식입니다. 터보제트엔진도 수직이착륙에 사용될 수 있음을 확인 해 준 기체이지요.
워낙 소형에 기술 실증기이다 보니 제트기임에도 최대 속도가 270km/h에 불과했다고 합니다.
무슨 콧구멍 비행기 처럼 생겼지만, 이걸 그냥 우스꽝스럽다고 치부할 수는 없는게, X-14의 비행 성공이 해리어의 개발을 촉발 시켰거든요.
해리어의 전신은 호커 P.1127 개발 프로그램인데, 영국과 미국이 손을 잡고 P.1127을 개발 하기로 합의한 해가 바로 1957년 입니다.
VTOL 제트전투기의 태동은 X-14에서 시작되었다고 해도 과언이 아닙니다. 여기에 나사는 동시에해 두 어 가지 이상의 가변추력 제트기를 개발하는 괴력을 발휘 합니다.
록히드 XV-4 허밍버드 입니다.
1964년 첫 비행에 성공했고, 엔진이 무려 8기나 장착된 괴물입니다.
두 개는 수평비행용, 나머지 6기는 수직 비행용인데, 6기중 4기가 수직이륙의 추력을 제공하고, 나머지 2기가 자세제어에 사용 되었습니다.
효율이 떨어진다고 해도 X-14에 비하면 장족의 발전이 있었음을 알 수 있습니다.
라이언의 XV-5도 동시에 개발 되는데요.
전방 동체 및 날개에 리프트 팬을 얹어 수직 이착륙을 구현한 기체입니다. 2기의 주 엔진에, 3기의 리프트팬 엔진까지 총 5기의 엔진이 달려 있습니다.
최대 880 km/h 에 1,600km의 이동거리를 가져, 실용 제트전투기로 충분한 가능성을 보여 주었습니다.
V-22의 틸링로터 기술을 이야기 한다는게, 어쩌다 보니 수직이착륙기 전체를 훑어 버렸네요.;;;
추력변경 (혹은 가변추력) 방식을 제외한, 테일시터와 틸링로터/윙 기술은 대부분, 난관에 부딪치면서 개발이 중단됩니다.
수직 이륙을 위해서는 엔진의 힘 대부분을 기체를 들어 올리는데 사용해야 하는데, 충분한 추력을 확보 하기가 너무 어려웠고.
상승 후 기체의 각도를 조절할 적당한 타이밍을 찾기가 어려웠습니다.
추력이야 공돌이를 갈아 넣어 무식하게 센 엔진을 개발하면 된다고 하지만, 수직이륙시 기체의 속도와 각도를 완벽하게 제어하는 일은
컴퓨터 기술의 발전이 더뎠던 당시의 상황을 떠올렸을 때, 거의 불가능에 가까웠습니다. 기술이 컨셉을 따라가지 못했다고 할까요.
반면 추력변경 방식은, 개발과정에서 항공기의 양력을 활용 할 수 있어, 빠른 속도로 개발이 이루어지게 됩니다.
P.1127 프로젝트가 시작된 지 불과 10년만에 해리어 시제기가 등장한 게 그 반증이겠지요. (페가수스 엔진의 개발이 신에 한수였다는 평가도 있습니다)
수직이착륙 분야에서 제트기 보다 프롭기가 더 늦게 등장했다는 사실이 참 흥미롭지 않을 수 없는데요.
뭐, 헬리콥터가 본격적으로 개발된 게 이미 스핏파이어가 날아다니던 2차대전 직전이니 당연 할 런지도 모르겠지만요. ^^;;;
참고 리스트 (위키피디아)
1. Lockheed XFV salmon (테일시터, 1954)
2. Ryan X-13 Vertijet (테일시터, 1955)
4. Vertol(보잉) VZ-2 (틸트윙, 1957)
6. Lockheed XV-4 Hummingbird (추력변형, 1964)
7. Ryan XV-5 Vertifan (추력변형, 1964)
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