기행의나라 영국이 첫 고정익 VTOL뱅기를 만든걸 본 소오련 동무들은
정보라면 있는거 없는거 긁어모아다 Yak-36이라는 돼지 콧구멍을 만든다음에
실전형으로 만들었지만 희대의 찐빠가 되어버린 Yak-38을 만들어냈고
그 결과 yak-141이 나오는 계기가 되었다.
끗
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뭐가됬던 수직이착륙기는 포기하기 어려운 매력적인 기체였고, 유일하게 소련내 고정익 VTOL전투기 기술이 있던 야코블레프는 난리를 치는 Yak-38을 보면서 답이없다고 보고 신형기 설계를 들어감.
일단 초음속비행이 가능한 엔진이 필요했고, 이엔진은 노즐을 꺾어 수직이륙 후 수평이륙으로 전환할 수 있어야했음.
기존의 Yak-38의 방식이자 해리어도 이용한 방식인 일반적인 벡터드 트러스트 노즐, 그니까
요렇게 엔진에서 노즐을 짝수로 나눠 추력을 내는 방식은 사실 고온고압으로 방출되는 배기가스로부터 많은 제한을 받았음. 일단 기본적으로 양 옆으로 분할되면서 추력에서 많은 유속 제한과 손실이 생겼고, 마찬가지로 배기열의 온도면에서도 제한이 생김에 따라 덜렁 에프터 버너만 단다고 해서 구조적으로 충분하게 초음속대 영역에 필요한 추력을 내기는 아니올시다였음.
또한 거지같던 엔진이 들어간 Yak-38로 고생한 야코블레프 기술자들은 차세대 기체엔 더 강력한 추력을 필요로 하게 됬음.
초기에 엔진을 단발로 할것인가 쌍발로 할것인가 고민했지만, 역시 정답은 안정성이 높은 단발이였음. Yak-36의 한쪽엔진꺼짐시 문제에 대해 대안이 없었기 때문이지.
그러면 이 단발엔진은 기존엔진과 다르게 초음속 비행이 가능한 추력을 확보하고, 효율은 높아야했으며 안정성이 있어야했음.
즉 새로운 방식이 적용된 신형 엔진이 필요했음. ㅇㅇ
야코블레프는 엔진이 매우 중요한 포인트임을 중요시 하면서 소련 엔진 연구소(Yak-38에 들어간 R27V-300엔진을 개발한 동네임)와 개발 내내 긴밀한 협력을 맺었음.
개발자들은 이 차세대 전투기가 목표한 성능을 맞추려면 주 엔진이 약 15000kg의 추력을 내야함을 알게되었고, 신형엔진이 개발중에 있던와중 수직이착륙이 가능하고, 수평비행으로 전환이 가능하며, 에프터버너 가동시의 배기가스를 충분히 견디고 안정적으로 뽑아낼 수 있는 새로운 노즐을 필요로 하고있었음
처음 소련엔진 연구소는 직사각형 노즐을 제시하였음. 이 방식은 저 사진에 보이는 커다란 판때기를 기울여서 추력편향이 가능했고, 기존에 적용된 배기구가 꺾인방식(위에 설명했다시피 양 옆으로 꺾어서 노즐을 나눔) 이 아닌 직통형으로 이어지므로 에프터버너와 추력편향이 둘 다 가능했지.
이 2D 트러스트 백터 컨트롤(Thrust Vector Control. TVC)엔진은 su-47등 고기동을 요하는 기체에 적용시키기 위해서 개발중이었음.
하지만 당시 기술력으로 이 노즐을 사용하기엔 기술적 어려움이 있었음. 소재면에서도 이 방식은 고열고압가스를 버티기엔 내구면에서 약했고, 무엇보다 1990년 당시 su-27에서 역추진, 수직이착륙, 단거리이착륙 기능에서(사진이 그 시험된 기체임)시험을 보았고, 결과는 그닥 좋은편은 아니었음.
특히 수직이착륙면에서 수직이륙을 위해서 노즐을 기울이면 무려 전체 추력의 17%나 손실이 발생했음.
추가적으로 엔진노즐은 너무 무거웠음. 사진만봐도 사이즈 차이가 미친듯이 크지? 임마가 당시 소재기술에서 무거우면 무거웠지 절때 같거나 가벼울 순 없었음.
그래서 최종적으로 결정된 방식은
스위벨(Swivel,"회전")노즐이라는 녀석으로 결정함. 임마는 이름 뜻과 같이 회전 비틀림을 이용해 90도가량 기울일 수 있어.
보다시피 사선으로 서로 반대로 돌아가면서 각도차에 의해 자연스럽게 노즐을 크게 기울일 수 있었음.
참고로 알아둘 건, 소련에서 개발한건 맞지만 세계최초로 개발한 방식은 아니야. 이미 미국은 알고있던 기술임. 단지 이걸 "항공기에 붙였다" 는 것이 세계최초였지.
이 방식은 알다시피 나중에 미국의 F-35B에도 적용되었음. 그만큼 이 방식은 꺾을 시 추력감소가 적고, 수평비행시 직통으로 배기가스가 나가고, 구조적으로도 일반적인 통상형 노즐과 비슷하여 큰 문제가 없었음.
기계적으로도 복잡하지않아 저 직사각형노즐보다 등치가 작고, 가벼웠지.
이게 실제로 개발된 Yak-141의 스위벨 노즐임. 잘 보면 각 돌아가는 선회부에 뭐가 붙어있지? 이게 바로 이 선회부를 돌리는 모터임. ㅇㅇ 저 비스듬한 원형링 2개에 각각 결합된 2개의 전기모터가 노즐을 변환시키는 상대적으로 간단한구조였음.
나중에 설명할 소유즈사의 R79V-300엔진은 실험시에서 이 노즐을 통해서(수평모드) 최대15500kg의 추력을 뽑아낼 수 있었고, 수직모드시 에프터버너를 끄고(그거 키면 발진지점이랑 뱅기노즐 다 작살남 ㅇㅇ)가동하면 약8000kg의 수직 방향 추력을 공급할 수 있었음. 보다시피 수평모드시 구조적으로 워낙 일반노즐과 비슷한 구조환경을 제공했고 이는 기존대비 매우 우수한 추력선 변화률을 가졌었음.
이 노즐은 수평기준 0도, 63도, 95도 세가지 위치로 추력선을 바꿀 수 있었음.
아, 추력선은 그냥 배기열 나가는 방향을 표시한 가상의 선임. ㅇㅇ 그냥 노즐을 그렇게 기울일 수 있었다는 말임.
(사진은 위에서부터 수직이착륙, 단거리이착륙을 위해 배기가스를 방출하는 추력선임)
이녀석또한 Yak-38과 마찬가지로 주엔진과 분리된 2개의 리프트엔진으로 구성되는 구조를 지녔는데, 이전작과 다르게 엔진노즐을 기울여 단거리 이착륙도 용이하게 설계되었음. 리프트엔진은 기본으로 5도가량 기울어진 상태로 탑재되었고 앞뒤로 12.5도씩 노즐을 까닥까닥거릴 수 있었음.
주엔진을 95도로 꺾고 리프트엔진 전방으로 꺾으면 역추력모드가 되서 브레이크를 걸 수 있었고, 이번엔 확실하게 단거리 이착륙을 가능하게 설정했어.
리프트엔진을 뒤로 12.5도로 최대로 꺾고(그러면 기본5도+12.5도=17.5도임) 주 엔진을 65도로 꺾으면 활주거리 없이 단거리 이륙이 가능해져. 100미터 전진하면 고도 30m가량 올라갔다고 함. 착륙시에는 240m의 활주거리면 되고. ㅇㅇ
이전 글에서 말했듯이 단거리 이착륙은 수직이착륙에 비해서 훨씬 연료를 덜 먹어서 효율적으로 굴릴 수 있었지.
요놈이 바로 이 RD-41이라는 녀석임. 리프트엔진에 에프터버너까지 박아넣은 이 화끈한 녀석은 각 최대 4100kg에 달하는 추력을 낼 수 있었음.
이전에 쓰인 RD-35-36엔진의 풀출력인 2900kg보다 훨배 강력한 엔진이였지.
RD-41은 기본적으로 보조엔진이라 이륙시 에프터버너까지 돌리면서 추력을 확보했는데, 이로써 총합 수직추력은 주엔진 8톤+보조엔진 8.2톤=16200kg에 달하게 되었음. 기존 Yak-38이 추력대 중량문제로 후달거렸다는것에 비해 대단한 발전이 있었어.
수직 이륙후 수평비행으로 전환할때의 장면이야. 보다시피 리프트엔진에만 붉은 빛이 돌고있지? 개인적인 생각인데..... 어찌보면 저게 더 갑판을 태워먹지 않았을까 싶어.. ㅋㅋㅋㅋ
암튼 이제 존나 강력한 엔진 빠워와 단거리 이착륙이 가능한 구조를 가졌으니 기체도 함 봐야겠지?
본격적인 기체 설명에 들어가보자.
기본적인 생김세야. 이 뱅기는 전작에 비해 크게 형상적 발전이 있었음. 기본적으로 전방동체는 유럽제 토네이도 전투기랑 비슷해졌고, 에어 인테이크와 두개로 나뉜 수직꼬리날개는 현용기체였던 mig-25를 연상케 함.
수직미익 뿌리는 길게 동체 앞으로 도살 핀(Dorsal Fin) 이 달렸는데, 요축 안정성을 보다 확보할 수 있었음.
전체적으로 기동성은 mig-29만큼 우수했다고 하는데, 개인적으론 아마 하위호환에서 부분적 비등아니였을까 생각해. 지속선회력에서 밀리는 등 그런 단점이 있었지만, 아마 그때는 그저 X같던 Yak-38 보다 훨 배 나아서 그런말까지 나오지 않게 됬나 싶어.
동체의 대부분은 알루미늄계를 사용했고, 엔진관련 중추 구조물 부분에선 티타늄합금을, 움직이는 조종면과 커버등은 복합소재를 사용했다고 함.
또한 날개 두께가 F-16과 같이 매우 얇게 되었고 임마를 Super Critical Airfoil이라고 함. 또한 동체와 주익연결부 앞쪽에는 주익뿌리를 연장시킨 LEX(Leading Edge eXtension)가 달려 고 받음각에서 실속을 늦추고 양력을 발생시키게끔 함. 역시나 함재 전투기였기에 주익 폴딩이 가능했지.
주익은 아래로 약 4도가량 처졌어. 이러한 형태를 "Anhedral Wing" 이라고 함. 별건아니고 그냥 아래로 처진 날개란 소리임 ㅇㅇ.
컨트롤 부분을 보자. 일단 제어면에서 큰 발전이 있었는데, 이 녀석은 FADEC(Full Authority Digital Engine Control: 전엔진 디지털 통제)라는 컴퓨터 제어장치를 통해 자세제어등이 이루어졌는데, 시동이후 리프트엔진 시동, 종합적인 자세제어를 모두 담당했음.
이런 시스템이 구축되면서 pitch부분 제어는 기존 분리된 노즐이 아닌 주 엔진과 리프트엔진의 출력조절로 이루어지게 됬고, 사진에서 보다시피 Yak-141은 pitch조절 노즐이 없어.
Yaw 조절노즐은 원래 기수 부분과 수직꼬리날개 하부에 설비되어있었는데, 2호기부턴 딱히 기수부분엔 필요없어도 되는거 보고 걍 때버렸음. ㅇㅇ
근데 여기에 재미있는 점이 하나 있는데
보다시피 임마 젵엔진 노즐은 상당히 동체 안쪽으로 들어가있음. 이게 무슨말인가 하니,
의도치 않게 부수적으로 측면이나 상면, 그니까 정 후방이 아닌경우 배기열 탐지가 어려워져서 스텔스 효과를 일부 얻는다는거임ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ
아 원래 저렇게 박아둔건 그냥은 아니고, 수직이착륙시 CG(질량중심점)이랑 추력중심점이랑 맞추려고 하다보니 위치가 안쪽으로 들간거임. 근데 나중에 테스트해보니 저런 부수적인 결과를 얻게 된 것.
이것을 안 기술자들은 뭔가의 각을 잡음.
그건 이따가 설명하고, 다시 임마로 돌아오자.
이놈은 Yak-38대비 약3.6톤 더 강한 수직 추력을 가지고 있었고, 이전과 다르게 후달릴 일은 없었음. 하지만 문제는 다른곳에서 터짐.
ㅇㅇ. 우리가 F-35B에 관심이 있다면 모두 알다시피한 고온의 배기열이 직통으로 이착륙 갑판에 뿜어져나오면서 생기는 열 손상 문제들이었지.
사실 이건 무조껀 적으로 발생할 수 밖에 없는게, 에초에 추력이 그만큼 강해졌다는건 그만큼 배기가스의 온도도 그만큼 높아졌다는 것이거든. 해리어에서 충분히 버티던 활주로와 이륙갑판은 훠어어어얼씬 강한 슈퍼ㅡ빠와 F135엔진의 대추력으로 인한 배기열을 견디지 못했던 것과 같은 이치임 ㅇㅋ?
암튼 임마의 수직이착륙시 항공갑판이나 활주로의 한 부분에서 생기는 고온의 열이 전달되는 것은 곧바로 상당한 열 손상의 문제를 초래했음. 그래서 다시 공돌이들은 보강작업에 나섬.
일단 활주로나 항공갑판은 구조물강화로 구조적 보강을, 시스템면에선 고도별로 호버링 시간에 제한을 둔다던가로 지면에 가해지는 열손상을 억제했고, 기체에는 동체엔진 주변에 열 보호 코팅을 하였음. 하지만 문제는 그것만 있는게 아니지.
우리는 앞서 소련이 Yak-36을 개발할때, 대가리 하부에 크고 아름다운 판때기를 볼 수 있었음. ㅇㅇ 저건 그때 그림에서 설명했던 "후류 재흡입 방지 패널"인데, 제트엔진이 하부로 뿜어내는 뜨거운 배기가스가 다시 인테이크로 제흡입되는 것을 방지하기 위해서임.
추력 분사구가 크고 아름다운녀석들이나 인테이크랑 가까우면 임마가 없으면 고온의 후류 방출->제흡입->엔진 바베큐라는 치명타를 입을 수 있음.
당연히 수직이착륙엔진은 에프터버너까지 돌리고 주엔진도 겁나 파워풀하니까 Yak-38과 다르게 Yak-141도 그게 필요해졌음.
그래서 렌딩기어 도어앞에 비슷하게 저런 칸막이를 설비해사 제흡입을 최소화하고자 했음.
이 문제는 후일 JSF 사업에서도 X-32를 만들때 또한번 발생하게돼. Yak-38, 해리어랑 같은 방식을 채택했지만 F135엔진이 추력이 걍 겁나 커서.....
F-35는 조금 달라서 그건 나중에 쓰던가 할께. 다시 이야기로 돌아와 보자구.
암튼저튼 이제 수직이착륙 문제를 해결했으니 다른부분을 볼까?
요녀석는 F-4 팬텀처럼 조종석이 깊이 들어간 형태를 가지고 있었음. 당시 트렌드에는 안맞았는데, 이렇게 하면 후방 시계가 좋지않았음. 딱 봐도 뒤 보기 힘들어보이지 않니?
그럼 당시 트렌드는 어떤거였냐고?
바로 물방울형 캐노피였음. 확연하게 다른 형상을 가졌지.
1970년 당시에 설계된 대부분 전투기는 F-16처럼 요런 물방울형 캐노피와 동체에 상대적으로 덜 박혀있는 조종석을 채택하고 후방시계또한 양호하게 해 줬음.
이쯤되면 생각나는 한놈이 있을거야
ㅇㅇ F-35 요녀석. 사실 이녀석도 캐노피는 후방동체에 가려진 상태임. 사실 이건 그냥 등짝이 두꺼워진거긴하지만 뭐 아무튼 그렇다고. 하지만 요놈은 기술의 발전과 내부 구조적인 면으로 해결함.
자세히 보면 조종석은 최대한 후방시계를 가리지않도록 위치해있고, 캐노피또한 동체를 깊게 파서 박아버리는 등 보다 보기 쉽게 해 주었음.
그리고 크고아름다운 척추로 인해 잘 안보이는 부분은 DAS라는 전방위 탐지가 가능한 센서 배열로 하여금 기술짱짱맨으로 해결함. 이래서 기술이 좋아야함. 어이쿠 공돌이 마인드가 또
아무튼 이런 시계 보정이 그만큼 떨어진 Yak-141은 약간 점수가 까일 수 있겠지?
비하인드를 굳이 보자면 역시 리프트엔진을 수직으로 박아넣어야하다보니 그렇게 됬을 것으로 개인적으로 추정함. 아무튼 당시 소련 공돌이들은 최선을 다했음.
요녀석또한 제로-제로 사출석이 탑재되었는데, 사실 이녀석은 당시 소련이 개발한 모든 고정익 수직이착륙기에 탑재되었음.
.... 터보렛은 빼고. 그건..에초에 고정익이 아님.
바로 이건 엔진이 분할되서 생기는 문제인데, 어느 한쪽의 엔진이 꺼지거나 하면 추력불균형이 생겨 공중재비돌다 와장창되는 참사가 일어나기 때문이야. Yak-36은 쌍발기라 Roll축 추력 불균형을, Yak-38, 141은 pitch축 추력 불균형 문제가 발생할 수 있었음.
좀더 자세히 보자면 yak-141의 자동사출 조건은 주엔진 노즐이 30도 아래로 향하고, 속도가 300km/h이하일때, 좌우가 20도 이상 기울어졌을 때, 혹은 전후방 기울어진 각도가 30도 이상일때 조종석은 자동으로 사출시퀀스에 들어감.
놀랍게도 해리어는 이런문제가 없었는데, 그건 바로 엔진에 있었어.
그건 바로 1기의 엔진으로 모든걸 해결하기때문이야.
정확히 보자면 모든 추력은 저 패가수스엔진 1기에서 모두 발생하므로, 임마가 꺼지던 추력이 불균형해진다 해도 모든 노즐에 그 문제가 발생하니 공중재비뛸 수준은 아니였음. 따라서 대략 2~3초의 골든타임이 생겼는데, 이 시간은 탈출에 있어 성공을 하기에 충분한 시간이었어.
F-35는 조금 이야기가 다른데, 한 엔진으로 모든 동력을 공급하긴 하지만 결국은 주 엔진과 리프트팬은 기어박스로 연결되어 있고 여기서 Pitch를 제어함. 근데 그 기어박스에서 찐빠가 나면 그대로 맛탱이가 가버리는거라서 yak-141과 비슷한 문제점을 가질 수 있었지. 실제로 F-35B가 이런 문제로 사고가 한번 난 적이 있었기도 해.
시제기는 구조해석용 1기, 지상테스트용 1기, 비행시험용 2기로 총 4기가 만들어짐. 첫 비행은 1987년에 시행되었고, 이건 일반적인 수평이륙이었음. 그리고나서 수직 이륙은 무려 2년 반이 넘은 1989년 12월 29일날에 성공했는데, 아무래도 리프트엔진과 메인엔진과의 추력 조정이 그만큼 빡세지 않았나 추정됨.
여하튼 둘다 따로 해봤으니 합쳐서 해보자 해서 1990년 6월 13일날 VTOL 전 과정 테스트를 성공했고, 효율적인 연료 사용을 위한 STOL(단거리 이착륙)테스트는 1991년부터 착수되었고, 경사진 언덕, 그러니까 우리가 아는 스키점프대 방식의 단거리 이착륙 능력도 평가되었지.
여기서 왜 뜬금없이 스키점프대가 나올까? 그건바로 임마 항모 함재기로 연구됬다고 했지?
ㅇㅇ 바로 스키점프대가 탑재된 항공모함용 함재기로써 사용할 것을 주 축으로 잡았기 때문이야.
그리고 문제가 터졌지.
1991년 소련이 붕괴하고, 수많은 군사개발계획이 취소되거나 예산이 크게 삭감되었어. 그래도 아직 이때까진 Yak-141은 해군 중추 계획중 하나라 살아있었는데, 또 다른 문제가 터져버렸지.
사실 소련은 1990년도부터 서방의 함재기 기술을 따라잡아가기 시작했고, STOBAR가 가능한 함재기 기술을 확보하게 되었어.
Mig-29와 su-33의 해군버전이 가능해지면서 더이상 Yak-141의 존재가치는 그저 선택사항으로 남아버렸지.
결국 최초의 상용 초음속 고정익 수직이착륙기가 될뻔한 Yak-141은 1991년 8월 공식적으로 취소가 되버렸지.
그 이후 Yak-141에 배정된 모든 예산은 성능적으로 더욱 강력한 Su-33,mig-29해군버전에 올인해버림.
그래도 야코블레프는 이에 굴하지 않고 이악물고 개발을 이어나갔는데, 한번 더 문제에 봉착함
1991년 10월 5일, 러시아 항공 중 순양함 아드미랄 고르쉬코프에서 세대의 시제기가 돌아가면서 이착륙을 시험하던 도중 3번기가 착륙도중 높이 13미터를 남기고 갑자기 착륙속도를 오버하고 빠른속도로 하강하다 갑판에 충돌하여 화재가 발생하는 참사가 벌어짐.
이때를 기점으로 사실상 Yak-141의 개발은 중지나 다름없을정도로 흘러가기시작함.
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......미안하다 군붕이들 이거 이대로 쭉 쓰려다 힘들어서 여기서 끊고 3갈죽으로 변경한다.
3편엔 Yak141의 눈물겨운 몸부림과 나머지 차세대 기체들에 대한 이야기임
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다 쓰면... 통합... 할.. 수 있을까 - dc App
그냥 나중에 지나가던 공돌이 머시기로 시리즈로 묶어두는게 더 나을지도 - dc App
애초에 레이쓰 뽑았으면 저런걱정 안해도됨 - dc App
다른 글 보니까 뭐 8갈죽 10갈죽도 하는데 3갈죽 갖고 ㅋ
yak141이 중국 팔려갔으면 지금쯤 후계기 나왔겠네
수직이착률 기술이 진짜 좆되는거였구나... 해리어만 보고 왜 다들 저걸 안만들지? 했었는데 이유가 있었네 - dc App
su-33의 해군버전 x Su-27의 해군버전 o