[펌] 익면하중의 일반적인 계산 오류...

KODEF 댕굴댕굴님 글 펌.

제목 익면하중의 일반적인 계산 오류... 2011-03-15 13:37:17
작성인
redbaal 댕굴댕굴


일반적으로 네티즌들이 계산하는 전투기 익면하중의 가장 큰 오류는 동체 양력수치가 전혀 반영되지 않았기 때문에, 정확하다고 볼 수 없습니다. 기체에서 발생되는 양력 수치는 개발자들이나 공기역학을 전문으로 하는 공학자들이 계산이나 실험하지 않는 이상, 일반 네티즌들이 이 수치를 알 수는 없습니다. 저 역시 기체별로 이를 알지도 못하고, 자료도 못구해서, 익면 하중에 관련된 발제글은 올리지 않았습니다.

익면하중이 높은데도 불구하고, 기동성이 좋은 기체들이 종종 있습니다.
동체 양력이 높은 기체들은 기동시, 주익에 가해지는 하중을 분담할 수 있습니다.

아래 사진들은 미국에서 1960년대 개발 된 Lifting dody , 동체 양력을 활용해서 비행하는 기체들입니다.
대기권 돌입 후, 항공기처럼 비행해서, 비행장에 착지 시키는 것을 목적으로 개발되었습니다. liftng body 기체들이 개발 될 당시 아폴로 시리즈 로켓들은 대기권 돌입 후 낙하산을 펴서 바다에 낙하하고, 찾으러 가야 했습니다.

▲ M2-F1

▲ M2-F2

▲ M2-F3

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▲ X-24B

60년대 부터 실험했던 Lifting body 기술은 미래 여객기에도 활용하려 하고 있습니다. 현재 스크램제트 엔진을 사용하는 극초음속기의 가장 큰 문제는 3000도에서 1분 이상 견디는 소재를 개발하기 전까지는 상용화가 불가능합니다.. 1분 이상만 견디면 그 이상은 문제 없지만, 현재로써는 소재 개발을 못하면 구상으로만 끝날 수 있습니다.

X-43 성층권을 마하 10 이상의 속도로 비행하는 것을 목표로 구상중인 극초음속기

▲ X-43

미국의 2세대 전투기들에는 일부 이 기술이 적용되었지만, 본격적으로 적용된 것은 3세대 전투기입니다. 주익을 동체하부와 일직선이 되게하면, 동체에서 발생되는 양력 손실을 최소화시켜서, 작은 주익에도 양력을 많이 얻을 수 있습니다. 주익이 작으면 항력이 개선됩니다.
항력 최소화에 치중한 기체들이 대표적인 과부 제조기 F-104를 비롯한 F-1xx 시리즈 요격기입니다. 이 요격기들은 저속에서 기동성은 떨어집니다.

주익을 동체아래 위치시켜 동체 양력 손실을 최소화한 F-4 / F-5

▲F-4 Phantom

▲ F-5 Tiger II

폭격기나 여객기의 경우에는 날개가 아래에 위치해서 동체 양력을 많이 얻는 것이 좋지만, 주익이 아래쪽에 있을 경우 기체가 선회할때, 중심점이 아래 쪽에 위치하게 됩니다. 안정적인 기동을 필요로 하는 전투기에는 단점이 될 수 있습니다. 이를 개선한 것이 4세대 전투기들 입니다. 그리고 양력을 증가 시키기 위한 다양한 기술들이 적용되기 시작합니다. F-16의 기수 아래가 납작한 이유도 동체 양력을 얻는데 도움이 됩니다.

4세대 전투기부터는 주익이 위쪽으로 올라가면서, 동체양력이 부족하게 되자, Strake (동체와 기체를 연결하는 길쭉한 곁날개)를 붙였습니다. 이는 양력을 증가시키고, 공기저항을 감소시키며, 아음속에서 기동성을 증가시킵니다. Strake와 비교되는 것이 카나드익인데 서로 장단점이 있습니다. strake는 카나드익처럼 자유자재로 조절이 안되지만, 카나드익보다는 공기저항을 덜받으면서, 양력을 증가시킬 수 있습니다.

▲ F-16 Fighting falcon

▲ F-18 Hornet

F-14, F-15, Su-27 등은 쌍발엔진을 사용하는 대형 기체들이기 때문에 기체가 넓어서 단발기종들 보다는 동체양력을 얻기가 유리합니다.
공기흡입구를 대각선으로 깎아서, 공기흡입구에서도 양력을 얻기 유리하도록 제작되었습니다.
F-14나 Su-27처럼 엔진이 벌어져 있으면, 동체 하부가 넓어져서 양력을 얻는데 도움이 됩니다.

▲ F-14 Tomcat

▲ Su-27 Flanker

F-35, F-22는 내부무장창의 이유도 있지만, 전투기가 넓적하다 보니, 동체 하부에서 양력을 얻을 수 있는 조건이 좋아졌습니다.
스텔스기는 60년대 개발된 lifting body 기체들에 오히려 더 가까워진 모습입니다. F-18처럼 큰 Strake를 붙이지 않아도 충분한 양력을 얻을 수 있는 조건이 되었습니다.
미국에서는 이런 실험을 기업체가 아닌 NASA가 주도 하고 있습니다. 여기서 얻어진 기술들을 민간 기업에 이전해 주기 때문에, 항공기 제작사들은 기체 개발 비용을 줄일 수 있습니다.

▲ F-35 Lightning II

▲ F-22 Raptor

미국의 항공기 발달 과정만 봐도, 양력을 얻기 위해 어떤 기술들이 적용되었는지, 전문가가 아니더라도 대략적으로 파악할 수 있습니다.
그러므로 공기역학에 대해 전혀 문외한인 네티즌이, 단순 날개면적 계산하면서, 어떤 기체가 익면하중이 낮아서 기동력이 좋고, 어떤 기체는 높아서 떨어지고, 평가하기 곤란한 부분입니다.

전투기의 기동성이 가장 크게 좌우 하는 것은 WVR, 도그파이팅 입니다.
하지만, 이 마저도 JHMCS와 연동되는 미사일 때문에, 큰 의미가 없어져서, 먼저 공격 당하면 격추된다고 생각하는 것이 좋습니다.
전투기 기동성이 아무리 좋아도 미사일의 기동력에는 한참 떨어집니다. 다 아시겠지만, 공대공 미사일이 평균 40G 기동을 합니다. 9G가 한계점인 유인 전투기가 이런 미사일에서 살아날 확률은 극히 낮습니다.

이 때문에, 현대전에서는 BVR로 격추시키지 못하면, 피하는 것이 상책입니다. JHMCS와 여기에 연동되는 미사일을 장착한 기체들끼리 WVR을 벌이면, 그 어떤 기체도 우세를 장담하지 못합니다.
BVR 우위를 점하려면, 적기의 탐지범위를 최소화 시키는 기술이 가장 많이 적용되서 선제공격하는 전투기가 유리합니다.