전익기의 불안정한 조종안정성의 핵심 - 요우 컨트롤

영어로는 Flying wing이라고 불리우는 전익기는 동체 전체가 날개로 이루어진 항공기를 말합니다. 누가 번역했는지 참 적절한(?) 용어선택이 아닐 수 없습니다. 현재 사용되는 전익기는 B-2 스텔스 폭격기가 대표적입니다. 

en.avia.pro

검정색 도색과 함께 독특한 형상 덕분에 한번 보면 절대 잊을 수 없는 강렬함을 선사합니다. 미국이 51구역에서 외계인을 고문해서 만들었다는 우스갯소리도 있을 정도이지요.

그런데 전익기의 역사는 생각보다 오래되었습니다. 

기체가 날개로만 이루어져 불필요한 부분이 없었고, 더 많은 양력과 더 적은 항력을 가질 수 있다는 장점이 있는데요. 더 먼 거리를 더 적은 연료로 날 수 있는 점 덕분에 항공엔지니어들의 개발도전은 꾸준히 이어져왔습니다. 

airandspace.si.edu

www.themodellingnews.com

이미 2차대전중에 나치독일이 개발한 Ho-229은 시험비행에 성공했습니다. 동시대의 미국의 노스롭 B-35은 개발이 마무리 되어 양산 승인을 받기까지 했습니다. 

전익기가 최첨단 항공기로 보이지만 기반 기술은 벌써 반세기 전에 구현 되었던 셈입니다.

www.avionslegendaires.net

www.nationalmuseum.af.mil

기 반 기술에 대한 개념이 정립되었다고 해서 기술이 완성되었다고 볼 수는 없는 법. 이들 항공기가 비행에 성공하긴 했지만 양산에는 큰 걸림돌이 있었습니다. 전진익이 가지고 있던 구조상의 약점이었습니다. 바로 Yaw Control 이라 불리우는 '횡 안정성' 이었습니다.

aviotechs.com

일 반 항공기는 비행기의 방향을 조정하기 위해 수평미익(승강타)과 수직미익(방향타)을 가지고 있습니다. 수평미익은 항공기를 상승 혹은 하강 시킬 때 사용되고(피칭), 수직미익은 항공기가 선회 방향을 컨트롤합니다.(요잉). 여기에 주익에 좌우로 기체를 기울여 주는 에일러론이라는 보조익이 달려 있습니다 (롤링). 

flitetest.com

전익기는 주익만 존재하는 항공기 이므로 수평미익과 수직미익 자체가 없습니다. 주익 후미에 플랩과 에일러론의 기능을 합친 엘러본(Elevon)이라는 보조 날개가 달려 있을 뿐입니다. 

flitetest.com

전익기는 주익만 존재하는 항공기 이므로 수평미익과 수직미익 자체가 없습니다. 주익 후미에 플랩과 에일러론의 기능을 합친 엘러본(Elevon)이라는 보조 날개가 달려 있을 뿐입니다. 

aircraft.wikia.com

모든 방향 제어는 이 엘러본 으로만 이루어 져야 합니다. 기체의 컨트롤이 어려울 수 밖에 없지요. 롤링과 요잉을 한 종류의 보조 날개로 제어 해야 한다니요.

vanghe.blogspot.com

이를 구현하기 위해서 B-2는 W형의 날개를 가지게 됩니다. 맨 바깥쪽 엘러본(러더)가 수평미익 역할 (상승과 하강) 을 담당하고, 순서대로 아웃바운드, 미드, 인바운드로 나눠진 엘러본이 장착됩니다. 

ardupilot.org

선회를 위해 기체를 기울일 때는 (롤링) 엘러본이 에일러론 처럼 작동합니다. 항공기의 방향을 전환하는 요잉 컨트롤은 한쪽의 러더을 모두 펴서 한쪽 날개의 항력을 증가시키는 방식으로 이루어 지지요. 마치 자동차가 드리프트를 하듯이 기체의 방향을 조절해 줍니다.

greyfalcon.us

유기적으로 움직이는 여덟 개의 보조날개가 핵심으로, 4중 디지털 FBW (플라이 바이 와이어)에 이륙, 착륙, 전투로 나눠져 있는 플라이트 모드 컨트롤이 있기에 안정적인 비행이 가능하지요.

Ho-229 / forum.valka.cz

첫 등장부터 양산까지 오랜 시간이 걸렸던 비밀이 바로 이것이었습니다. 불안정한 항공기를 안정하게 하는데 필요한 기술들이 완성되는데 무려 50년의 세월이 걸렸던 것 이였습니다.

www.innovateli.com

2015년 말 미공군은 차세대 전략 폭격기 B-21의 사업자로 노스롭을 선택했습니다. B-2가 대당 2조원 인데 비해 B-21은 상당히 저렴한 5천억원이 될 것이라는 예상입니다. X-47B과 같이 개발중인 무인 전투기들도 역시 대부분 전익기 형태를 취하고 있지요. 

www.nbcnews.com

CATIA와 같은 설계, 해석 프로그램의 관련 공학의 발전으로 인해 전익기의 단점은 개선되고 장점이 부각되고 있습니다. 성능에 경제성까지 갖추고 있는데요. 미래 전장에서는 전익기를 쉽게 만나볼 수 있지 않을까 싶습니다.