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기타공학/비행기

매력적인 그러나 더 이상 볼 수 없는 가변익 비행기를 알아보자


속도에 따라 날개의 형상이 변하는 가변익 비행기




비행기 주날개의 후퇴각은 항력과 밀접한 관계가 있습니다. 날개 자체가 양력을 발생시키긴 하지만 형상에 따라 저항으로도 작용할 수 있다는 소리입니다. 



추력중량비가 안드로메다인 로켓이나 미사일에 왜 날개가 없는지 떠올려 보시면 이해가 빠릅니다. 때문에 비행기의 사용 목적에 따라 다양한 주날개 형상을 관찰 할 수 있습니다.



출처 : markosun.wordpress.com



예를 들어 저속에서의 활강을 목적으로 하는 글라이더나, 고 고도에서 오랫동안 머물러야 하는 U-2 같은 후퇴각이 거의 없는 긴 주 날개를 가지고 있습니다. 



속도가 아니라 비행 안정성을 우선시 하는 거죠. 심지어는 날개가 너무 긴 나머지 지상 계류 중에는 보조바퀴를 장착하고 있어야 할 정도 입니다. 



(날지 않은 비행기의 날개는 큰 하중으로 작용합니다. 부러질 수도 있구요) 



고속기동이 필요치 않으니 긴 날개가 항력으로 작용하지 않는 거죠.



출처 : www.parade.com



또한 냉전시대에 개발된 요격기들의 주익 형상은 주로 델타익으로 되어 있습니다. 높은 후퇴각과 더불어 빠른 속도를 위해 안정성을 희생한 대표적인 사례 인데요. 



수평 미익 없이 비행이 가능 했던건 FBW(Fly By wire)의 발전 덕이 큽니다. FBW를 언급하면 내용이 옆으로 샐 가능성이 높으니 다음 번에 다루기로 하고, 



출처 : www.kamov.net



간단히 델타익 이란 삼각형 모양의 뾰족한 형상의 날개를 일컫는 말입니다. 



천음속 영역을 돌파하면서 날개는 저항으로 작용하는데, 이 항력을 최소화 하기 위해 고안된 형상이 바로 델타익입니다. 



공기라는 유체를 가르기 위한 가장 효율적인 구조인데, 저속영역에서 양력 보상을 위해 전익기 형태로 되어있는 경우가 많습니다.



출처 : www.zap16.com



결국 전투기는 고속 기동전을 상정한 높은 후퇴각 혹은 아음속에서의 비행 안정성을 위한 낮은 후퇴각 둘 중 하나를 선택해야 합니다. 



적당한 선에서 타협이 있었던게 현재의 주익 형상 이구요. 




그런데 재미있게도 이 두 가지 모두를 만족시키려는 시도가 있었습니다. 바로 ‘가변익’ 으로 불리우는 가변구조의 날개 입니다. 



출처 : en.wikipedia.org



최초 시도는 2차 세계대전 독일 (메셔슈미츠 P.1101)에서 있었습니다. 기체의 속도에 따라 효율적인 주익 형상이 다르니 변형시켜가며 사용해보자는 취지였습니다. 



독일 패망으로 실제 계획만 있었을 뿐 생산되지는 않았으나, 승전국인 미국에서 이 기술을 발전시켜 나가게 됩니다.



출처 : jegostrona.pl



양산으로 이어진 최초 전투기는 XF10F Jaguar 라는 미해군 함재기였습니다. 



약 100여대 생산 후 프로그램이 취소되었지만, 이는 주익의 문제가 아닌 그루먼의 엔진 성능에서 비롯 된 것이었습니다. 



즉 날개 형상에 대한 평가는 제대로 이루어지지 않은 채 사라져 버린 거지요. 이후 서방 권에서는 다양한 기종에 적용 개발이 시도 되었습니다. 



출처 : tailspintopics.blogspot.com



그 중 성공한 대표적인 전투기가 바로 유명한 F-14 톰캣 입니다. F-111 전폭기 (정확히는 폭격기에 가깝습니다.) 개발 교훈을 반면 삼아 함재기 역사상 가장 강력한 전투기가 탄생 되었지요. 




탑건에 출연한 전투기가 바로 이 기종이고. 베트남전 후반기에도 투입되어 대중에게 꽤나 유명한 전투기이도 합니다.



출처 : en.wikipedia.org


출처 : chamorrobible.org



F-14 톰캣은 함재기의 특성상 짧은 거리에서의 이륙능력이 요구 되었었는데. 고기동, 고성능을 동시에 충족시키기 VFX 프로그램의 F-111 기술을 활용해 재설계 되었죠. 



요구성능을 만족시키기 위해 가변익의 적용은 어찌보 면 당연한 수순이었습니다. 



특히 현대 공중전이 아음속에서 주로 진행된다는 점에서 가변익은 톰켓의 성능에 가장 강력한 기술적 기반이 되어주었습니다. 



이륙할 때는 최대로 날개를 펼치고, 공중전에서는 반만 펼치고, 고속 이동 시에는 접고 다니는 개념이었던 거죠. 



다만 여러 운용상의 문제를 고려하여 날개 각도는 20 - 68도로 자동 조절되었습니다.



출처 : www.jimbrooks.org


출처 : hobbymaster.com.au


출처 : richard-seaman.com



F-14 이외에 영국 독일 이탈리아가 공동 개발한 토네이도, 얼마전 퇴역한 전략폭격기 B-1이 대표적인 가변익 기체입니다. 



출처 : 출처 : theaviationist.com


출처 : submarinersworld.blogspot.com


하지만 재미있는 점은, 현 시점 활동중인 가변익 전투기는 없다라는 점인데요. 바로 돈 문제 때문이었습니다. 제가 항상 언급하지만, 복잡한 기계구조는 필연적으로 비용증가를 불러 옵니다. 



보다 신뢰성 있는 소재를 사용하기 위한 부품 단가 인상, 이를 정비하기 위한 정비소요의 증가, 개발 및 개량 작업시 투입되는 연구비용의 증가. 등 



기체의 날개를 움직이기 위한 기구설계는 생각보다 단순하지 않은 복잡한 문제들을 불러 옵니다. 



출처 : www.zap16.com



복잡한데, 간단히 생각해 보시죠. 소리보다 빨리 나는 전투기의 날개가 고정되어있지 않다는 사실. 구조덕분에 잘 날다가 부러진다면……?



냉전이 끝난 이후에 더 이상 군사비 지출이 지속적으로 줄고 있는 상황에서, 아무리 성능이 좋다 한들 효율성 앞에서는 어느 국가도 자유롭지 않았던 거죠. 



B-1의 퇴역이 대표적인 사례인데. 



미국의 군사전략 수정 (포스팅 클릭) 으로 인해 이 신형기는 후속기 없이 도태되었고, 2차대전때 개발된 구형기인 B-52는 계속 운영되고 있다는 사실은 시사하는 바가 큽니다. 



실제 F-14 퇴역 시에도 성능이 비교적 떨어지는 F/A-18의 운용에 대해 말들이 많았습니다..



출처 : air-attack.com



매니아의 한 사람으로써 이들을 더 이상 볼 수 없다는 점은 상당히 안타깝습니다만, 



기술은 계속 진보 중이고 이들을 뛰어넘는 기체들이 속속 개발되고 있느니….. 마냥 아까워만 할 수는 없는 노릇이겠지요. 



우리나라도 이런 전투기들을 볼 수 있는 날이 왔으면 하는 개인적인 바램입니다.




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