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고성능 수직 이착륙기 프로젝트 - VTOL X-Plane


(VTOL X-Plane 의 컨셉 아트들   Credit : DARPA )  


 고정익기 처럼 장거리 고속 비행을 할 수 있으면서 이착륙은 수직으로 할 수 있는 항공기의 개발은 오랜 세월 항공 산업의 꿈이었다고 말할 수 있습니다. 미국의 DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency  방위 고등 연구 계획국) 는 현재의 수직 이착륙기의 성능을 뛰어넘는 차세대 수직 이착륙 수송기의 개발을 위한 VTOL X-Plane (Vertical Take-Off and Landing Experimental Aircraft (VTOL X-Plane)) 계획을 지난 2013 년 2월에 발표하고 3 단계 개발 일정을 공개했습니다.  


 현재 1 단계 (Phase I) 계획이 진행 중인데 이는 여러 회사들이 내놓은 다양한 디자인 컨셉을 비교하고 타당성을 검토하는 단계입니다. 현재 여기에 참가한 회사들은 보잉, 시코르스키, 록히드 마틴 등 유명한 회사들을 포함 오로라 비행 과학 (Aurora Flight Science) 같이 무인기 제작 전문 업체들이 포함되어 있습니다. 이들이 목표로 삼아야할 DARPA 의 요구 사항은  


 - 적어도 시속 300 노트 이상의 속도  

 현재 고속 수직 이착륙 수송기로 나와 있는 V-22 오스프리의 최고 속도는 시속 275 노트 (시속 509 km) 정도입니다. 당연히 차세대 수직 이착륙 수송기라면 이것보다 더 빨라야 할 것입니다. DARPA 가 기본적으로 요구하는 성능은 시속 300 노트 (시속 555 km) 에서 시속 400 노트 (시속 740 km) 수준의 속도입니다.  

 - 호버 효율  

 새로운 수직 이착륙기는 호버 효율 (Hover efficiency) 가 적어도 75% 이상이 되어야 합니다. 이 말은 아주 효과적으로 공중에 정지하거나 느리게 움직일 수 있어야 한다는 의미입니다. 잠시간만 호버링이 가능한 기체가 아니라 현재의 헬리콥터 만큼 효율적으로 호버링이 가능해야 할 것입니다.  


 - 양항비 (lift-to-drag ratio) 가 적어도 10 이상


 양항비는 양력과 항력의 비로써 이 비율이 커질 수록 양력이 커서 쉽게 비행이 가능합니다. 즉 고정익기 수준의 순항 비행 효율을 요구하는 것으로 볼 수 있습니다.  


 - 적재량

 DARPA 는 새로운 수직 이착륙기의 적재량이 중량의 40% 정도는 되야 한다고 생각하고 있습니다. 항공기의 무게에 비해서 적재량이 얼마 되지 않는다면 위의 목표를 다 충족시킨다고 해도 본래 개발 의도와는 완전히 다른 이야기가 되기 때문에 이는 중요합니다.  


 2015 년까지 진행되는 1 단계 연구에서 일단 디자인이 선택되면 그 다음 단계에서는 실증기를 제작하는 단계로 넘어가게 될 것입니다. 현재 여러 회사에서 디자인들을 공개 중인데 그 중 보잉사 디자인은 아래와 같습니다.  




(보잉사의 팬텀 스위프트  Boeing's Phantom Swift X-Plane )


 한편 이전에 소개드린 X2 라는 고속 수직 이착륙기 기술을 가진 시코르스키사는 이것만으로는 목표 성능에 도달하기 어렵다고 보고 새로운 수직 이착륙 컨셉을 내놓았습니다. 이 항공기는 무인기 형태로 일반적인 고정익기와 비슷하게 생겼는데 이착륙은 헬기처럼 하는 컨셉이라고 하겠습니다. 이전에도 이런 컨셉 항공기들이 있긴 했지만 사실 이착륙이 매우 어려워 실패했는데 과연 이번엔 다를 지 궁금하네요.   




(Sikorsky Innovations is teamed with Lockheed Martin’s Skunk Works for the VTOL X-Plane development of its Unmanned Rotor Blown Wing concept. (Photo: Sikorsky Aircraft Corporation))


 이외에도 더 괴상한 이미지의 컨셉들도 존재하지만 선택은 한가지만 될 것입니다. 전체적으로 봐서는 DARPA 의 요구 사항을 충족시키기 위해서는 어느 정도 아음속 고정익기와 비슷한 형태를 가질 필요가 있어 보입니다. 비행 방향에 수평으로 큰 로터를 가지고 있는 헬기로는 도저히 목표 속도를 달성하기 힘들다는 것이죠.  

 다만 오스프리의 개발 역사에도 알 수 있듯이 이런 수직 이착륙기 개발은 엄청난 비용과 시간을 잡아먹게 마련입니다. 과연 한동안 헬기 -> 틸트로터기로 이어진 고속 수직 이착륙기 개발이 또 한차례 도약을 하게 될지 컨셉으로 끝날지는 역시 두고봐야 알 것 같습니다.  


 참고


  



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