록웰-MBB X-31
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1. 개요
록웰-MBB X-31은 록웰 인터내셔널과 MBB가 공동 개발한 실험 항공기이다. 이 항공기는 카나드 델타 날개와 추력 편향 기술을 사용하여 전투기의 기동 성능을 향상시키는 것을 목표로 설계되었다. X-31은 다양한 기존 항공기 부품을 활용하여 개발 시간과 위험을 줄였으며, 추력 편향을 통해 기존 항공기에서는 불가능한 기동을 실현했다. 두 대의 기체가 제작되었으며, 한 대는 시험 비행 중 사고로 손실되었고, 다른 한 대는 독일 박물관에 전시되어 있다.
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| 록웰-MBB X-31 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 기종 | 실험기 |
| 제작 | 록웰 인터내셔널, 메서슈미트-뵐코브-블롬 |
| 최초 비행 | 1990년 10월 11일 |
| 주요 사용자 | 방위고등연구계획국(DARPA) |
| 기타 사용자 | 미항공우주국(NASA), 독일 항공우주 센터(DLR) |
| 생산 대수 | 2 |
2. 개발 및 설계
미국 최초의 국제 X-비행기 프로그램인 X-31은 방위고등연구계획국(DARPA)이 주도했으며, 미 해군은 해군 항공 시스템 사령부(NAVAIR)를 통해 군사적 역할을 수행했다.[1] NASA는 랭글리 연구 센터와 암스트롱 비행 연구 센터를 통해, 미 공군 비행 시험 센터는 시험 기관으로 참여했다.[1]
X-31은 2대가 제작되었으며, 1호기는 1990년 10월 11일에 첫 비행을 했다.[1] 1990년부터 1995년까지 500회 이상의 시험 비행을 수행했다. 1992년 11월 6일, X-31은 70° 받음각에서 제어 비행을 달성했고, 1993년 4월 29일, 2호기는 실속 후 기동을 사용하여 급격한 최소 반경, 180° 회전("헤르베르트 기동")을 성공적으로 수행했다.[3]
1990년대 중반, 미국과 독일은 이전 투자를 활용하기 위해 1999년 4월에 VECTOR 프로그램에 대한 협력을 시작하기 위한 양해 각서에 서명했다.[5] 2000년 1월에 시작된 5,300만 달러 규모의 VECTOR 프로그램은[6] 미국 해군, 독일 국방 조달 기관 BWB, 보잉의 팬텀 웍스, DASA가 참여하는 합작 투자였다.[7] 2002년부터 2003년까지 퍼턱센트 리버 해군 항공 기지에서 X-31은 극도로 짧은 이착륙 접근 및 자동 착륙 시험을 수행했다.
2. 1. 디자인 특징
X-31은 완전히 새로운 기체 설계였지만, 이전의 여러 항공기 설계와 부품을 많이 활용했다. 사용된 부품 및 설계는 다음과 같다.- Experimental Aircraft Programme: 카나드가 있는 날개 유형 선택, 동체 하부 흡입구
- 독일 TKF-90: 날개 평면 개념 및 동체 하부 흡입구
- F/A-18 호넷: 조종석, 사출 좌석, 캐노피를 포함한 전방 동체, 전기 발전기
- F-16 파이팅 팔콘: 착륙 장치, 연료 펌프, 러더 페달, 앞바퀴 타이어, 비상 전원 장치
- F-16XL: 선행 에지 플랩 드라이브
- V-22 오스프리: 제어 표면 액추에이터
- 세스나 시테이션: 주 착륙 장치의 바퀴와 브레이크
- F-20 타이거샤크: 하이드라진 비상 공기 시동 시스템 (나중에 교체됨)
- B-1 랜서: 카나드에 사용된 제어 베인의 스핀들
이는 비행 자격을 갖춘 부품을 사용하여 개발 시간과 위험을 줄이기 위한 의도였다.[1]
X-31은 주 피치 제어를 위해 카나드 전면 평면을 사용하는 카나드 델타(삼각 날개) 항공기이며, 보조 추력 벡터링 제어가 가능하다. 굽은 델타 날개(사브 35 드라켄 및 F-16XL 프로토타입과 유사)와 후방 동체를 따라 고정된 스트레이크, 그리고 안정성과 기동성을 높이기 위한 한 쌍의 움직이는 컴퓨터 제어 카나드를 특징으로 했다. 미익기와 유사하게, 가동 수평 미익은 없고, 방향타가 있는 수직 미익만 있다. 피치 및 롤은 배기 가스를 지시하는 세 개의 패들(추력 벡터링)의 도움을 받아 카나드에 의해 제어된다.[2]
X-31은 전투기의 기동 성능을 향상시키는 추력 편향 연구를 위해 개발된 연구기다. 단발 단좌, 단일 수직 미익에 카나드 날개·델타 날개를 가지고 있으며, JAS39이나 EF-2000과 비슷한 형상이다. 인테이크는 기체 하부에 있으며, 엔진 노즐에는 추력 편향용 추력 편향판이 3개 장착되어 있다. 이를 통해 배기 방향을 제어하여 기동성을 향상시켰다. 조종 계통에는 플라이 바이 와이어를 채용하고 있다.[2]
X-31은 4개의 비행 제어 컴퓨터를 가지고 있었는데, 3개가 비행 제어를 수행하고 나머지 1개는 3개의 비행 제어 컴퓨터의 제어에 모순이 생기지 않도록 하는 시스템이었다.
3. 시험 비행
X-31은 카나드 델타(삼각 날개) 항공기로, 주 피치 제어를 위해 카나드 전면 평면을 사용하고 보조 추력 벡터링 제어가 가능하다. 1990년 10월 11일, 1호기가 첫 비행을 했고,[1] 1995년까지 500회 이상의 시험 비행이 수행되었다. 1992년 11월 6일에는 70° 받음각에서 제어 비행을 달성했고, 1993년 4월 29일에는 2호기가 실속 후 기동을 사용하여 급격한 최소 반경, 180° 회전을 성공적으로 수행했다. 이는 일반 항공기의 정상적인 받음각 범위를 훨씬 벗어난 것으로, MBB의 직원 Dr. 볼프강 헤르베르트의 이름을 따 "헤르베르트 기동"이라고 불렸다.[3]
1990년대 중반, 미국과 독일은 1999년 4월에 VECTOR 프로그램 협력을 위한 양해 각서에 서명했다.[5] 53억달러 규모의 이 프로그램은 2000년 1월에 시작되었으며,[6] 미국 해군, 독일의 국방 조달 기관 BWB, 보잉의 팬텀 웍스 및 DASA가 참여했다.[7] 2002년부터 2003년까지 X-31은 메릴랜드 주 퍼턱센트 리버 해군 항공 기지에서 시험 비행을 했다. 처음에는 상공 약 1524.00m에서 가상 활주로를 이용해 극도로 짧은 이착륙 접근 방식을 수행하여 관성 항법 시스템/위치 정보 시스템이 지상 착륙에 필요한 센티미터 정확도로 항공기를 정확하게 안내하는지 확인했다. 이후 24도의 높은 받음각과 짧은 착륙으로 유인 항공기의 최초 자율 착륙을 달성했다.
3. 1. 사고
1995년 1월 19일, BuNo 164584 기체가 캘리포니아주 에드워드 공군기지 북쪽에서 292회 비행 중 추락했다.[8][9][10] 피토관 내부에 얼음이 얼어붙어 비행 제어 컴퓨터에 잘못된 속도 데이터가 전송된 것이 원인이었다. 가열식 피토관 대신 비가열식 킬 프로브를 사용한 점, 지상 승무원과 조종사가 컴퓨터 제어를 무시할 수 있는 옵션을 몰랐던 점 등이 사고 요인으로 지적되었다. 조종사는 안전하게 탈출했다.[8][9][10]NASA는 2005년에 이 사건을 다룬 "X-31: Breaking the Chain"이라는 영화를 제작했다.[11] 영화에서는 X-31의 혁신적인 비행 제어 장치(카나드 날개 및 엔진 배플)가 컴퓨터로 제어되어 기존 제트기로는 불가능한 기동을 수행할 수 있었지만, 독립적인 오류들(예: 동행한 추격 조종사가 기지와의 시험 조종사의 무선 통신을 듣지 못한 점)이 겹쳐 제어 불능 상태를 초래했음을 보여준다. 조종사 탈출 후 컴퓨터가 잘못된 데이터를 사용하여 비행을 제어하려 할 때 항공기가 비정상적인 자세를 취하는 모습도 나온다.
4. VECTOR 프로그램
1990년대 중반, 이 프로그램은 활성화되기 시작했고, 미국과 독일은 이전 투자를 활용하기 위해 1999년 4월에 VECTOR 프로그램에 대한 협력을 시작하기 위한 양해 각서에 서명했다.[5] 5300만달러 규모의 VECTOR 프로그램은 2000년 1월에 시작되었다.[6] VECTOR는 미국 해군, 독일의 국방 조달 기관 BWB, 보잉의 팬텀 웍스 및 DASA가 참여하는 합작 투자였으며, 재정적 제약으로 인해 탈퇴한 스웨덴이 처음에는 참여할 것으로 예상되었다.[7] 비행 시험 장소로 메릴랜드 주 퍼턱센트 리버 해군 항공 기지가 선택되었다. 2002년부터 2003년까지 X-31은 처음에는 하늘에서 가상 활주로에서 극도로 짧은 이착륙 접근 방식을 수행하여 관성 항법 시스템/위치 정보 시스템이 지상 착륙에 필요한 센티미터 정확도로 항공기를 정확하게 안내하는지 확인했다. 그런 다음 이 프로그램은 24도의 높은 받음각과 짧은 착륙으로 유인 항공기의 최초의 자율 착륙으로 절정에 달했다. 관련된 기술은 Integrinautics의 가상 위성 기술을 기반으로 한 차동 GPS 시스템과 Nordmicro의 소형화된 플러시 공기 데이터 시스템이었다.
이후 X-31은 퍼턱센트 리버 해군 항공 기지에 보관되어 있었지만, 2000년 4월부터 VECTOR 계획으로 단거리 이착륙 시험이 실시되게 되어 복귀를 위한 개조·정비가 이루어졌다. 재정비 후 첫 비행은 2001년 2월 24일에 이루어졌다. 2002년부터 2003년에 걸쳐 상공에서 모의 이착륙 시험을 반복했다.
5. 제원
| 항목 | 값 |
|---|---|
| 승무원 | 1명 |
| 전장 | 13.21m |
| 전폭 | 7.26m |
| 전고 | 4.44m |
| 익면적 | 21.02m2 |
| 에어포일 | 록웰 5.5%[12] |
| 공허 중량 | 5175kg |
| 적재 중량 | 약 6622.44kg |
| 최대 이륙 중량 | 약 7227.99kg |
| 엔진 | 제너럴 일렉트릭 F404 터보팬 엔진 1기 (71kn) |
| 최대 속도 | 1449kmh (마하 1.28)[13] |
| 최대 상승 한도 | 12200m |
| 상승률 | 218m/s |
| 익면 하중 |
참조
[1]
서적
Flying Beyond the Stall
https://www.nasa.gov[...]
2014
[2]
웹사이트
Rockwell-MBB : X-31
https://www.flickr.c[...]
2002-12-19
[3]
웹사이트
Discovering Novel Fighter Combat Maneuvers in Simulation: Simulating Test Pilot Creativity
http://www.cs.ucl.ac[...]
United States Air Force
[4]
웹사이트
Partners in Freedom: Rockwell-MBB X-31
http://oea.larc.nasa[...]
NASA Langley Research Center
2003-10-17
[5]
웹사이트
VECTOR Program starts at Pax River
https://www.navair.n[...]
2000-04-01
[6]
웹사이트
Boeing X-31 Takes Flight Again in New Multinational Program
https://boeing.media[...]
[7]
웹사이트
U.S. Navy, Germany Set to Start X-31 VECTOR Program
http://www.highbeam.[...]
2000-04-05
[8]
웹사이트
The Crash of the X-31A
http://www.check-six[...]
[9]
기타
Destroyed in Seconds
Discovery Channel
2008-12-19
[10]
웹사이트
Loss of the X-31A
http://www.nasa.gov/[...]
[11]
Youtube
X-31: Breaking the Chain: Lessons Learned
https://www.youtube.[...]
2014-08-21
[12]
웹사이트
The Incomplete Guide to Airfoil Usage
https://m-selig.ae.i[...]
[13]
문서
Jenkins, Landis and Miller 2003, p. 39.
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