https://www.thedrive.com/the-war-zone/f-35-engine-running-too-hot-due-to-under-speccing-upgrade-now-vital




일단 엔진 업글해주세요, 현기증 난단 말이에요가 념글 링크의 주요 취지이긴 한데, 글쓴 양반이 다른 기사의 내용을 좀 덧붙여 짬뽕을 시킨 듯 함.


일단 해당 기사에서 나오는 '15kW'라는 수치는 발전용량이 아니라 냉각을 위한 브리드 에어 뽑아가는 것을 의미함. (근데 이걸 유량이 아니라 kW단위로 써서 나도 처음 보고 뭐지 하긴 했음. 다만 이 15kW가 엔진 동력 상실량이란 소리인지, 냉각량이 15kW라는건지 여전히 좀 헷갈림).


본문 중간에보면 PTMS라는게 나오는데 Power & Thermal Management System, 우리말로 하면 동력 및 열 관리 시스템임.



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Power가 전력이란 뜻도 있고 또 중간중간 헷갈리게 전력(Electic Power) 이야기도 해서 더 헷갈리는데 일단 PTMS의 역할은 발전기가 아니라 보조동력장치+비상동력장치+엔진시동장치+환경제어장치임


- 보조동력장치(APU) : 지상에서 엔진 안켜고도 항공기에 전기와 유압을 공급해주는 장치로 정비하거나 엔진켜기 전 점검할때 사용함


- 비상동력장치(EPU) : 공중에서 엔진 꺼진 경우 최소한의 전기와 유압을 공급해주어서 조종사가 엔진 재시동 절차를 밟거나 활공비행으로 비상착륙하거나 할 시간을 벌어줌(요즘 전투기들 전기, 유압 먹통되면 조종사가 조종간 움직여봤자 벽돌처럼 굳어서 아무것도 못함)


- 엔진시동장치 : 자동차 시동모터 비슷한 역할인데, 항공기 주 엔진을 돌리기 전에 소형 가스터빈장치인 엔진시동장치를 먼저 키고 그 동력으로 다시 주 엔진을 돌려서 엔진 시동을 걸게 됨(이거 없는 F-4나 F-14는 지상에서 엔진 시동시 외부 동력장치 필요. 영화 탑건:매버릭에서 F-14 시동걸때 지상장비 켜는게 그런 장치). 다만 F-35의 경우 엔진시동장치는 초기 발전기 역할만하고 실제 엔진을 직접 돌리는건 전기모터임(그리고 이 전기모터는 엔진이 돌기 시작하면 엔진에 붙은 발전기로서의 역할도 겸하는 희한한 구조임...원래 모터를 강제로 돌리면 발전기가 되긴 하는데...).


-환경제어장치 : 조종석 여압걸어주고, 온도유지해주고 기타 전투기내에 적정온도의 공기를 공급하는데 사용하는 장치인데 요근래 전투기 내에 전자장비가 많아지다보니 전자장비 냉각공기 공급기 역할도 겸하며 수냉식 냉각시스템도 돌아가게 해 줌



즉 F-35에 들어있는 PTMS는 여타의 전투기들이라면 개별로 들어가는 장비들을 하나로 묶어 놓은 물건임.


그런데 환경제어장치 역할을 할 때, 지상에서는 PTMS가 자체 동력으로 돌아가지만 공중에서는 엔진의 브리드 에어를 끌어다 쓰는 구조임.


브리드 에어라는게 뭐냐면 제트엔진의 압축기에서 일부 압축된 공기를 뽑아온다는 소리임. 사실 엔진에서 브리드 에어 뽑아다가 다른 장치 돌리거나, 항공기 여기저기에 고압공기 필요한데 공급하는건 그리 특별한 일은 아님. 다만 F-35의 경우 초기 설계시 예상한 것에 비해 내부 열원을 위한 냉각 수요가 계속 늘어나다 보니 PTMS로 뺏기는 브리드 에어가 더 많아지고 있다는 소리임.


제트엔진 구조상 압축기가 기껏 압축한 공기가 새어나가면 엔진의 추력이 떨어질 수 밖에 없음. 이 압축된 공기가 엔진 노즐을 통해 뒤로 뿜어져 나가는 것 또한 추력 요소 중 하나이기 때문임. 그럼 이런식으로 빼앗긴 압축공기 손실을 메우면서 원하는 추력을 내려면 엔진 연소기 온도를 올리는 수 밖에 없음. 즉 엔진 내부 온도가 더 올라간다는 소리이므로 본문에서 지적한것 처럼 엔진 수명(더 정확히는 엔진 정비주기)가 짧아지게 됨. 이는 유지운용비용 증가로 이어지는데, 앞으로 계획된 F-35의 각종 성능개량을 진행하려면 지금보다 냉각용량이 더 필요할테니 더더욱 엔진 성능개량 + PTMS 성능개량이 필요하다....가 해당 링크 기사의 주요 골자임.


기사 본문의 이 부분이 특히 그런 내용임.


"The original program engine specification allocated 15 kW [kilowatts] of bleed air extraction to support system cooling requirements, and the F135 engine was designed, tested, and qualified to this specification with a level of margin available for future growth," Schmidt wrote. "During the final stages of initial aircraft development, air vehicle cooling requirements grew to exceed planned bleed air extraction."


"처음 엔진 개발 프로그램에서 엔진 스펙은 냉각 요구를 맞추기 위해 15kW의 브리드 에어를 추출 하도록 되어 있었고 F135 엔진은 이 요구 스펙에 맞춰 설계, 시험 및 검증 과정을 거쳤으며 이는 미래 성장에 대한 마진을 고려한 스펙이기도 했다."


"하지만 항공기 기초 설계 마지막 단계에서, 항공기의 냉각 요구 성능은 이미 계획된 브리드 에어 추출량에 도달해 버렸다."


"To provide the necessary bleed air, the engine is required to run hotter, and the program is realizing the effects of this through an increase in operating temperature, and a decrease in engine life, which is driving earlier depot inductions and an increase in lifecycle cost," the written testimony adds.

"브리드 에어 요구량을 맞추기 위해서 엔진은 더 뜨겁게 작동해야 하며, 이러한 작동 온도 상승은 엔진의 수명을 감소시키고 창정비 주기를 짧게 하며 수명주기 비용의 증가를 초래한다."

So, "I also have a derived requirement for power and thermal management, because I'm running out of power at the end of Block 4," Schmidt added when actually speaking during the hearing.


"또한 블록4가 종료할때즈음 동력 및 열 관리가 한계에 도달할 것으로 생각합니다."

"Without upgrades, the addition of Block 4 capabilities will further degrade engine life and increase program lifecycle costs, because while the current TR-2 and TR-3 aircraft have sufficient cooling and power (while impacting the engine life as stated above), capabilities in Block 4 and beyond will increase cooling and power demands beyond current capabilities of the air system," he elaborated in his written remarks.


"현재의 TR-2, TR-3 항공기는 냉각 및 동력을 갖추고 있긴 하지만(위에서 언급한바와 같이 엔진 수명에 영향을 줌) 블록4 및 그 이후 냉각 및 동력 수요 증가량은 현재의 용량을 넘어서기에 (엔진) 업그레이드 없이 블록4 능력을 추가하면 엔진 수명 감소 및 전체 수명주기 비용 증가가 더 심해질 것입니다."



즉 설계한 것 대비 엔진 용량이 모자라서 큰일이다라는 취지의 글은 맞는데, 그게 전기 발전기 용량이 부족하다라는 것이 아니라 냉각수요가 늘어남에 따라 엔진에서 압축공기를 자꾸 더 뽑아가서 엔진추력이 모자라거나 엔진 정비주기가 더 짧아질 판이란 소리임.