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사진은 영국 항공모함에 탑재된 f-35b 단거리/수직 이착륙 전투기 모습.

얼마 전 미군은 수직 이착륙 항공기 f-35b를 대상으로 '롤링' 착륙 훈련을 실시했다. 실제로 미국과 영국은 지난해 10월 '프린스 오브 웨일즈' 항공모함을 플랫폼으로 활용해 f-35b 전투기의 단거리 스키 점프 이륙 및 '롤링' 착륙 시험을 진행한 바 있다. 전투기의 이륙을 완료하려면 더 큰 공중 중량을 사용하세요.

최근에는 수직 이착륙 시 열악한 조건과 많은 연료 소모로 인해 여러 국가에서 취항 중인 수직 이착륙 항공기에서 사고가 빈번하게 발생하고 있습니다. 설계 결함을 보완하기 위해 과학 연구자들은 수직 이착륙 항공모함 기반 항공기의 엔진을 업그레이드하고 이착륙 방법을 변경하며 항공모함 플랫폼을 수정하려고 시도하기 시작했습니다. 그렇다면 수직 이착륙 항공모함 기반 항공기는 하중을 받은 상태에서 어떻게 이착륙할 수 있을까요? 짧은 스키 점프 이륙과 "롤링" 착지가 새로운 비행 방식이 될 수 있을까요? 앞으로 지원기술과 무기의 발전은 어떻게 될까요? 설명을 보려면 이 기사를 읽어보세요.

수직 이착륙에 관한 '두 가지 문제의 순환'

1969년 4월, 영국 왕립 공군은 "특수 신병" 그룹을 환영했습니다. 그들은 전투기처럼 보였지만 수직으로 이륙하고 공중에 떠 있을 수 있어서 조종사들을 놀라게 했습니다. 호커 항공기 회사(hawker aircraft company)와 브리스톨 에어로 엔진 회사(bristol aero engine company)가 공동 개발한 해리어(harrier) 전투기입니다.

해리어 전투기의 '독특한 기술'은 특수한 '심장'인 추력 조향 기술을 탑재한 '페가수스' 엔진에서 나오는데, 회전하는 엔진 노즐을 조정해 전투기의 수직 이착륙을 보조한다. 공중에서 다양한 작업을 수행합니다.

전투기가 실전에 투입되면서 수직 이륙 시 무기 수가 적고 연료 소모량이 많은 등의 문제가 점차 대두되고 있으며, 이는 전투기의 해상 전투 능력에도 직접적인 영향을 미친다.

수직 이착륙 항공모함 기반 항공기를 "하중을 가지고 이륙"하는 방법은 무엇입니까? 과학 연구자들의 관심은 다시 한번 항공모함의 스키점프 이륙갑판에 쏠려 있습니다. 이 호 모양의 위로 향한 갑판은 항공모함 항공기가 활주 후 적절한 이륙 공격 각도를 얻을 수 있게 하며, 강력한 엔진과 협력하여 큰 하중의 이륙을 달성합니다.

이 과정은 어린 시절 종이 비행기를 날리는 것과 같습니다. 먼저 "동풍을 이용"하기 위한 올바른 각도를 찾은 다음 힘차게 던지면 종이 비행기가 날 수 있습니다. 영국은 1970년대부터 경항공모함 '스포츠 갓(sports god)'을 개조해 증기 발사기를 제거한 뒤 '단거리 스키 점프 이륙, 수직 착륙'을 통해 선수 갑판을 12도 상향 스키 점프 갑판으로 개조했다. 이 방법을 사용하면 "해리어" 전투기에 장거리 작전을 위한 더 많은 탄약을 장착할 수 있어 수직 이착륙 항공모함 기반 항공기의 전투 반경을 효과적으로 늘릴 수 있습니다.

'동풍을 활용한다'는 것 외에도 얇고 가벼운 소재를 사용해 무게를 줄이고 '소형화'하는 것도 전투기의 항속거리와 탄약 용량을 늘리는 중요한 선택이다. 항공업계에서는 '항공기의 무게를 1g씩 줄이기 위해 노력하라'는 말이 있는데, 과학연구자들이 항공기 설계를 시연할 때 재료와 장비 사용의 기본 원칙은 '최대한 줄이는 것'이다.

1960년대 후반 소련은 1세대 수직 이착륙 함재기 야크-38의 개발 과정에서 비행 중 양력 엔진이 작동하지 않는다는 사실을 발견했고, 이로 인해 항공기에 많은 중량이 추가됐다. 전투 반경이 200km 미만이므로 연료 소비량이 많고 폭탄 적재량이 적은 전투기로 "마스트 프로텍터"로 알려져 있습니다.

이후 10년여 동안 소련 야코블레프 설계국은 전투기 설계에 알루미늄-리튬 합금과 기타 복합재료를 널리 사용해 자체 중량을 줄이고 항속거리를 늘렸으며, 다양한 신형 공중전투무기와 지상공격무기도 탑재했다. 전투기에 가시거리 공중전 능력을 부여합니다.

1987년에는 소련의 2세대 수직 이착륙 항모 기반 항공기 yak-141이 나왔습니다. 전투기의 탄소섬유 소재는 28%를 차지하며, 최대 이륙 중량은 1세대 수직 이착륙 항모 기반 항공기보다 약 8톤 더 높고, 최대 전투 반경은 700km이다. 비행 속도는 마하 1.7이며 세계 최초로 초음속 비행을 달성한 수직 이착륙함이 되었습니다.

미국은 2004년 f-35b 전투기 개발 과정에서 '체중 감량 계획'을 내놨다. 경량화를 추구하기 위해 과학 연구자들은 고강도 접착제를 사용하여 스킨 패스너를 대체하고, 모든 작은 부품을 밀링 및 연삭하고, 전투기에 더 많은 공간을 제공하기 위해 수직 핀의 크기를 줄이는 등 8개월에 걸친 업그레이드 프로젝트를 수행했습니다. 무게는 약 1,225톤 감소합니다.

좋은 시절은 오래가지 않았고, f-35b는 '체중감소 후유증'에 시달렸다. 2010년 내구성 시험 중 f-35b 시험기의 주익 하중 지지 프레임에 조기 구조 균열이 발생했습니다. 기체의 구조적 강도가 크게 감소하여 첫 번째 f-35b 전투기 배치의 예상 사용 수명이 설계 값의 4분의 1에 불과하고 사용 중 자주 고장이 발생합니다. '체중 감량'을 통해 전투기의 '체중 이륙'을 달성하는 것이 딜레마라고 볼 수 있다.

현재 미군은 f-35b에 대해 엔진을 개조하고 신소재 사용 비중을 높여 전투기의 고장률을 대폭 낮추고 수명을 연장하는 방안을 제시하고 있다. , 수직 이착륙이라는 '두 가지 딜레마'를 궁극적으로 돌파할 수 있을지는 아직 알 수 없다.

결합된 솔루션으로 안전한 이착륙이 가능해졌습니다.

현대 해전은 지상 보급소와는 거리가 멀고, 항공 연료는 귀중한 자원이며, 전투기에 장착된 정밀 유도 미사일의 가격은 대당 수백만 달러에 달합니다. 군사작전의 지속가능성을 보장하기 위해서는 수직 이착륙 항공모함 항공기가 '부하를 가지고 이륙'할 수 있을 뿐만 아니라 폭탄과 연료를 사용하여 안전한 착륙을 달성해야 합니다.

이를 위해 과학 연구자들은 "기존 추진 시스템 + 리프트 시스템"의 조합 방식을 채택하여 엔진의 출력을 분류하여 "상승" 및 "안정적으로 착륙" 효과를 달성했습니다.

첫 번째 단계는 터빈 주축을 통해 엔진 전면에 위치한 팬 장치에 동력을 전달하여 하향 기류의 제트를 생성한 후 생성된 양력을 팬 하단의 노즐을 통해 벡터화하는 단계와, 두 번째 단계는 편향을 통한 것입니다. 노즐은 엔진 연소실에서 후방으로 분출되는 공기 흐름을 아래쪽으로 편향시켜 전투기가 전방으로 비행해야 할 때 노즐을 뒤로 편향시켜 전방 추력을 생성하는 것입니다. 두 개의 덕트를 통해 엔진 압축기에서 생성된 압축 공기는 양쪽 날개로 향하고 날개 끝 부분의 노즐을 통해 아래쪽으로 분사됩니다. 이는 전투기에 더 많은 수직 상승 양력을 제공할 뿐만 아니라 항공기의 무게 중심이 이동할 때 제트기의 방향을 조정하여 전투기의 안정적인 비행 자세를 유지합니다.

러시아 투만스키 설계국은 기존 추진 시스템을 회전식 노즐 엔진으로 업그레이드해 야크-141 전투기에 적용했다. 엔진 노즐에는 조향 기능이 있으며 아래쪽으로 편향될 수 있습니다. 전투기가 수직으로 이륙할 때는 노즐이 아래쪽으로 분사되어 양력을 제공하고, 순항 상태에 진입한 후 노즐이 수평으로 돌아와 전방 동력을 제공합니다. 또한 조종석 후면 동체에 직렬로 장착된 2개의 rd-41 리프트 엔진도 투만스키 설계국에서 개발한 것으로 전투기의 수직 이착륙 성능을 향상시켜 충분한 성능을 보장하도록 특별히 설계됐다. 이착륙시 리프트 지원.

그러나 영국 연구진은 '기존 추진 시스템+양력 시스템'이든 '회전 노즐 엔진+양력 시스템'이든 두 가지 조합 솔루션이 악천후에서 추력 부족 등의 문제를 겪는 경우가 많다는 사실을 발견했다. 그 결과, 그들은 항공모함 기반 항공기의 "롤링" 착륙 기술을 개발했습니다.

"롤링(rolling)" 착륙은 전통적인 재래식 착륙과 수직 착륙을 결합한 것으로, 항모 기반 항공기는 리프트 팬, 편향 노즐 및 몸체 공기 역학적 구조의 공동 작용으로 함선의 선미 방향에서 접근합니다. 배에 닿은 후 지상 제동 거리를 50m 이내로 제어하기 위해 디지털 잠금 방지 제동 시스템을 활용했습니다.

"롤링" 착륙은 표준 수직 착륙 방법보다 더 복잡하고 위험하지만 착륙 과정에서 제공되는 강력한 양력을 통해 항공모함 기반 항공기는 더 큰 하중을 운반하는 선박에 착륙할 수 있습니다. 2018년 영국 왕립해군은 항공모함 '퀸 엘리자베스(queen elizabeth)'에서 187회의 수직 착륙을 완료하고 15차례의 '롤링(rolling)' 착륙 테스트를 실시해 좋은 결과를 얻었다.

지원 기술로 용량 업그레이드 촉진

1970년대 초, 당시 미국 해군 작전 사령관인 aylmer는 수직 이착륙 항공모함 기반 항공기를 갖춘 더 작고 비용 효율적인 "해상 통제함"을 건조할 것을 처음으로 제안했습니다. 당시 수직 이착륙 기술이 미숙하다는 이유로 군에서 계획을 거부했다.

지난 반세기 동안 점점 더 많은 국가군이 수직 이착륙 항공모함 기반 항공기를 장착했으며, 이들과 함께 작동하는 상륙 강습함도 반복적으로 발전했습니다. 2019년 진수한 이탈리아 강습상륙함 '트리에스테'를 예로 들면, 스키점프 이륙갑판과 침수식 도크를 갖추고 있어 수직 이착륙 항공기 20여대를 효율적으로 운반할 수 있다. 해상 통제 임무를 수행하면서 한때 주요 군수 기업들이 모방하기 위해 경쟁하는 "모형 선박"이 되었습니다.

동시에 수직 이착륙 항공모함 기반 항공기의 등장으로 인해 다양한 지원 기술과 무기 및 장비가 급속하게 발전했습니다. 이러한 지원 기술과 무기 및 장비는 수직 이착륙 항공모함 항공기의 "새로운 파트너"가 되어 전투 효율성을 효과적으로 향상시킵니다.

비행갑판에서는 "절연복"을 착용하세요. 수직 이착륙 항모형 항공기가 이착륙할 때 아래쪽으로 분출되는 고온 가스가 갑판에 고온 부식을 일으킬 수 있기 때문에 과학기술자들은 갑판 단열층 개발에 심혈을 기울였다. 영국 왕립 해군의 "퀸 엘리자베스(queen elizabeth)" 항공모함을 예로 들면서, 과학 연구자들은 알루미늄과 티타늄 합금을 기반으로 한 새로운 금속 열차폐 코팅 기술을 개발했습니다. 2.5mm 두께의 보호 코팅은 수천 온도를 견딜 수 있는 엔진으로부터 갑판을 보호할 수 있습니다. 섭씨 정도의 꼬리 불꽃이 뜨겁습니다.

리프트 팬 "지방을 줄이고 날씬하게". 리프트 팬은 수직 이착륙 항공기에 더 큰 양력을 제공할 수 있지만 동체 공간을 많이 차지하므로 전투기의 연료 용량이 줄어듭니다. 전투기가 수평으로 비행한 후에는 리프트 팬이 그 유용성을 잃습니다. 전투기의 전력 효율성을 더욱 향상시키기 위해 연구원들은 전면 장착형 리프트 팬을 사용하여 바람에 대한 저항을 줄이는 동시에 팬 블레이드 수를 줄이고 블레이드의 공기 역학적 설계를 최적화했습니다. 높은 추력을 유지하면서 장비의 무게를 줄이기 위해.

엔진은 "복잡성을 줄이고 단순화"합니다. 추력 벡터 엔진에는 편향 메커니즘 및 조정 플레이트와 같은 복잡한 구성 요소가 많이 있습니다. 간소화된 설계는 추력 벡터 엔진의 성능을 향상시킬 수 있습니다. 이를 위해 일부 국가의 과학 연구자들은 노즐에 제어 가능한 방향 기류의 작은 흐름을 추가하여 노즐의 주류를 방해하고 추력 벡터를 생성하는 공기 역학적 추력 벡터링 개념을 제안했습니다. 기존의 편향 메커니즘을 이러한 "공기벽"으로 교체하면 노즐 무게를 80% 줄이고 제조 비용을 절반으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 추력 벡터 엔진의 응답 속도를 높여 기동성을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 수직 이착륙 캐리어 기반 항공기 및 민첩성.

더 빠르게 비행하고, 더 안정적으로 착륙하고, 동력을 더 효율적으로 변환합니다. 이러한 지속적인 변화는 수직 이착륙 항공모함 기반 항공기가 새로운 전장 요구 사항에 계속 적응하는 데 도움이 됩니다.

지난해 영국 왕립해군은 항공모함 개조 계획을 내놨다. 퀸엘리자베스급 항공모함을 기반으로 스키점프 비행갑판을 철거하고 어레스팅 케이블과 전자기 캐터펄트를 설치해 이착륙 과정을 원활하게 하는 계획이다. f-35b 전투기가 더욱 효율적이고 편리해졌습니다.

뿐만 아니라 개조된 항공모함에는 함정 기반 무인 유조선도 탑재될 예정이다. 공중급유를 통해 수직 이착륙 함재기의 항속거리와 전투반경을 늘릴 수 있다.

어떤 의미에서 이러한 지원 기술의 반복적인 업그레이드와 권한 부여 및 효율성 향상은 수직 이착륙 캐리어 기반 항공기가 짧은 스키 점프 이륙 및 "롤링" 착륙을 시도할 수 있는 기반을 마련했습니다. 무기와 장비의 진화와 개발에는 단 한 번의 도약이 포함되는 경우가 거의 없지만 공동 노력을 통해 그 효과를 추가로 테스트해야 하는 경우가 더 많습니다.