외부연료탱크
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1. 개요
외부연료탱크는 항공기의 항속 거리를 늘리기 위해 사용되는 추가 연료 탱크를 의미한다. 1923년 처음 등장하여 스페인 내전, 제2차 세계 대전을 거치며 널리 사용되었으며, 드롭 탱크, 컨포멀 연료 탱크, 윙팁 증조 등 다양한 형태가 존재한다. 군용 항공기뿐만 아니라 군용 차량, 자동차 경주 등에도 활용되며, 공기 저항 증가, 무장 장착 공간 감소 등의 단점도 존재한다.
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| 외부연료탱크 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 유형 | 탈착식 연료 탱크 |
| 용도 | 항공기의 작전 범위를 확장하기 위해 추가 연료를 저장 및 운반 |
| 설계 및 기능 | |
| 위치 | 일반적으로 항공기 날개 아래 또는 동체 아래에 장착 |
| 재료 | 금속 또는 복합 재료 |
| 특징 | 비행 중 연료 공급 필요에 따라 투하 가능 |
| 크기 및 용량 | |
| 일반적인 용량 | 약 |
| 참고 | 크기와 용량은 항공기 유형과 임무에 따라 다름 |
| 추가 정보 | |
| 다른 이름 | 드롭 탱크 (Drop tank) 외부 탱크 (External tank) 윙 탱크 (Wing tank) 배꼽 탱크 (Belly tank) |
2. 역사
초기 보조 연료 탱크는 비행 중 항력을 줄이고 기동성을 높이기 위해 연료가 소진되거나 전투, 비상 상황 발생 시 버릴 수 있도록 설계되었다. 현대식 외부 탱크는 비상시 투하할 수 있도록 전투 중에도 유지할 수 있다.[1]
스페인 내전(1936년)에서 전투기가 동체 없이 장거리 호위 비행을 할 수 있도록 추가 연료를 운반하는 데 사용되었다.[1] 호리코시 지로가 설계한 미쓰비시 A5M은 1937년부터 외부 보조 연료 탱크를 장착하여 항속 거리를 늘렸다.
제2차 세계 대전 동안 루프트바페는 Ju 87R ''슈투카'' 급강하 폭격기의 장거리 버전을 위해 300L 경합금 모델을 도입하면서 1940년 초에 외부 연료 탱크를 사용하기 시작했다. 메서슈미트 Bf 109 전투기 또한 1940년 8월에 도입된 Bf 109E-7 변형부터 이 유형의 보조 연료 탱크를 사용했다.
연합군은 전투기가 유럽 대륙을 넘어 항속 거리와 순찰 시간을 늘리는 데 보조 연료 탱크를 사용했다. 영국 공군은 1942년 수퍼마린 스핏파이어가 몰타로 이동하는 동안 외부 연료 탱크를 사용했다.
일본 제국 해군의 미쓰비시 A6M 제로 전투기는 보조 연료 탱크를 사용하여 최대 출력 시 2시간, 순항 속도 시 6~8시간의 비행 시간을 확보했다. 보조 연료 탱크는 전투 초계 (CAP)에서도 제로기에 흔히 사용되었다.[2] 제로는 1940년에 실전에 투입되었다.
미국은 초기에는 폭격기 이론가들이 중폭격기 자체 방어를 주장하며 장거리 호위 전투기가 불필요하다고 생각하여 보조 연료 탱크 개발을 장려하지 않았다.[3][4] 1941년, 벤자민 S. 켈시와 올리버 P. 에콜스는 록히드 P-38 라이트닝을 시작으로 미국의 전투기에 보조 연료 탱크 기술을 추가하기 위해 노력했다.[5][6]
제8공군의 이라 C. 이커 장군은 리퍼블릭 P-47 썬더볼트 전투기의 항속 거리를 연장하기 위해 영국산 경화 종이 보조 연료 탱크를 실험했다. 그러나 지미 둘리틀 소장은 1944년에 미국 전투기를 위해 금속 보조 연료 탱크를 도입했다.[7]
2. 1. 군용 항공기 보조 연료 탱크의 발전
보조 연료 탱크는 1923년 3월 5일, 셀프리지 비행장에서 처음 사용되었다는 기록이 있다.[1]
1936년 스페인 내전에서 전투기의 항속 거리를 늘리기 위해 사용되면서 본격적으로 활용되기 시작했다. 호리코시 지로가 설계한 미쓰비시 A5M은 1937년부터 외부 보조 연료 탱크를 장착하여 장거리 비행 능력을 확보했다.
제2차 세계 대전 당시, 일본 제국 해군의 미쓰비시 A6M 제로 전투기는 보조 연료 탱크를 사용하여 최대 출력 시 2시간, 순항 속도 시 6~8시간의 비행 시간을 확보했다. 보조 연료 탱크는 전투 초계 (CAP)에도 제로기에 흔히 사용되었다.[2] 제로는 1940년에 실전에 투입되었다.
독일은 융커스 Ju 87 급강하 폭격기의 장거리 버전인 Ju 87R에 300L 경합금 보조 연료 탱크를 도입하면서 1940년대 초부터 본격적으로 사용하기 시작했다. 메서슈미트 Bf 109 전투기 또한 1940년 8월에 도입된 Bf 109E-7 변형을 시작으로 보조 연료 탱크를 사용했다. 포케불프 Fw 190에도 장착된 이 300L 탱크는 최소 4가지 구조 형식(적어도 1가지 함침 종이 재료, 일회용 버전 포함)으로 제공되었으며 외관만 약간 다를 뿐이었다. 루프트바페에서 대부분의 보조 연료 탱크의 표준 용량이 되었으며, 드물게 사용되는 900L 핀 안정식 대용량 보조 연료 탱크는 일부 종류의 메서슈미트 Bf 110 중전투기 및 기타 쌍발 엔진 ''루프트바페'' 전투기에 사용되었다.
영국 공군은 1942년, 슈퍼마린 스핏파이어 전투기에 보조 연료 탱크를 장착하여 몰타로 이동하는 등 장거리 작전에 활용했다.
미국은 초기에는 보조 연료 탱크 개발에 소극적이었다. 폭격기 마피아로 불리던 폭격기 이론가들은 중폭격기 편대가 자체 방어할 수 있으며, 장거리 호위 전투기는 불필요하다고 주장했기 때문이다. 그러나 벤자민 S. 켈시 등 공군 조종사들의 노력으로 록히드 P-38 라이트닝 전투기에 보조 연료 탱크 기술을 적용하기 시작했다. 전투기당 450gal의 추가 연료를 공급하는 보조 연료 탱크가 있어야만 P-38이 복수 작전, 즉 야마모토 이소로쿠 제독의 항공기를 격추할 수 있었다. (이 임무를 위해 각 전투기는 약 150gal에서 165gal의 보조 연료 탱크 1개와 약 300gal에서 330gal의 더 큰 보조 연료 탱크 1개를 탑재했다).[5][6]
제8공군의 이라 C. 이커 장군은 리퍼블릭 P-47 썬더볼트 전투기의 항속 거리 연장을 위해 영국산 경화 종이 보조 연료 탱크를 실험했다. 그러나 지미 둘리틀 소장은 미국 전투기에 금속 보조 연료 탱크를 도입하도록 지시했다.[7] 외부 보조 연료 탱크는 썬더볼트를 단거리 요격기에서 장거리 호위 및 제공 전투기로 바꾸어 영국 제도에서 독일로 폭격기를 호위할 수 있게 했고, 노스 아메리칸 P-51 머스탱의 호위를 받으며 중폭격기 편대가 주간 공습을 수행할 수 있게 했다. P-38은 또한 가장 긴 출격 비행을 위해 300USgal에서 330USgal의 보조 연료 탱크 2개를 탑재할 수 있었다. 이 물방울 모양의 탱크 디자인은 길이가 약 3.96m이고, 가장 넓은 지점의 직경이 약 0.91m였다.[8]
전시 금속 부족과 전투기의 항속 거리를 늘려야 할 필요성에 직면한 영국은 접착제로 함침된 크라프트지로 만들어진 드롭 탱크를 고안했다. 이 탱크는 항공기 작동에 필요한 극한의 고온 및 저온에 대한 내성이 우수하고 방수 기능도 갖추고 있었다.
미국 종이 탱크는 밥 셰이퍼 대령과 카스 호프 대령이 개발했는데, 110usgal 종이 탱크를 개발하는 데 많은 시간을 보낸 후 런던의 보우터-로이드에서 이를 대량 생산했다. 그러나 북유럽에서 운용되는 단발 엔진 미국 전투기용으로 가장 많이 사용된 연료 탱크는 75usgal 용량의 완전 금속 탱크였다. 또 다른 일반적인 금속 드롭 탱크는 P-51, P-47 및 P-38에 사용된 150USgal에서 165USgal 모델이었다.[11]
2. 2. 종이 재질 보조 연료 탱크
전시 상황에서 금속이 부족해지자 영국은 접착제로 함침된 크라프트지를 사용하여 보조 연료 탱크를 만들었다. 이 탱크는 방수 기능이 있었고 극한의 온도 변화에도 잘 견딜 수 있었다.[9] 이러한 종이 탱크는 1회용으로, 이륙 직전에 연료를 채우고 임무가 취소되면 투하하는 방식으로 사용되었다.[9] 파피에마셰 탱크는 노즈 콘, 테일 콘 및 본체의 세 가지 주요 구성 요소로 조립되었으며, 각 구성 요소는 나무 형상으로 성형되었다. 중앙 부분은 함침된 종이 층을 원통형으로 감싸서 만들었고, 끝단은 때때로 고어라고 불리는 꽃잎 모양의 조각으로 손으로 적층했다.[9] 최종 조립 전에 나무로 된 슬로시 방지 슬로시 배플을 설치하고, 파이프와 피팅을 부착하고 내부에 연료 저항성 래커를 코팅한 후 세 조각을 프레스에 넣어 접착했다.[9] 약 13,000개의 파피에마셰 탱크가 RAF에 의해 제작되어 사용되었으며, 그 대부분은 전쟁 중에 사용되어 상당한 양의 금속을 절약했다.[9]미국은 종이 탱크를 개발하여 대량 생산했으며, 이는 제8공군 전투기들이 문제없이 사용했다.[10]
2. 3. 전후 보조 연료 탱크의 발전
전후에는 마트라 JL-100과 같이 로켓 발사기와 연료 탱크를 결합한 형태의 보조 연료 탱크도 등장했다. 마트라 JL-100은 앞부분에는 19발의 68mm SNEB 로켓 발사기를, 뒷부분에는 250L의 연료를 탑재하여 다쏘 미라주 III와 잉글리시 일렉트릭 라이트닝과 같은 전투기에 장착할 수 있도록 설계된 단일 포드였다. 컨베어 B-58 허슬러 폭격기는 기체 하부에 핵무기와 연료를 함께 수납하는 결합형 포드를 사용했다.3. 군용 항공기의 보조 연료 탱크 종류
군용기의 보조 연료 탱크(증조)는 드롭 탱크, 컨포멀 연료 탱크(CFT), 윙팁 증조(tip tank)로 분류된다. 드롭 탱크는 비행 중 분리 가능하고, CFT는 기체 밀착형이며, 윙팁 증조는 날개 끝에 장착된다.[13] 초기 제트기는 윙팁 증조를 사용했고, 2식 수상전투기는 플로트 내부, C-130은 주익 하부에 고정식 증조를 갖췄다.
현대 군용기는 대부분 외부 연료 탱크를 기본 장비로 포함한다. 연료 탱크는 큰 용적을 활용, 공중 급유 포드, 정찰 포드, 집진 포드 등 다양한 장비 탑재에 사용된다. B-58 허슬러는 핵폭탄과 연료 탱크를 일체화한 미션 포드를 사용했다.
일부 헬리콥터는 파일론에 보조 연료 탱크를 장착, 항속 거리와 비행 시간을 늘린다. UH-60, CH-53, AH-64, OH-1 등이 해당된다. Mi-8은 외장형, CH-47은 컨포멀 탱크를 사용한다.
3. 1. 드롭 탱크 (Drop Tank)
하드 포인트에 장착되어 비행 중 분리 가능한 보조 연료 탱크이다. 보통 양쪽 끝이 뾰족한 원통형 또는 방추형을 하고 있으며, 대부분 안정판이 없다. 항력과 무게를 줄이고, 피탄 시 인화 및 폭발 위험을 방지하기 위해 잔량에 관계없이 투하하는 경우가 많았다.[16] 비행 시에는 드롭 탱크의 연료를 먼저 소비하고, 기내 탱크의 연료를 보존한다.
제2차 세계 대전 이후 전투기 대형화에 따라 보조 연료 탱크도 대용량화되었다. 대한민국 공군의 F-15K, F-16 등도 2000리터 이상의 대용량 드롭 탱크를 사용한다. 현대에는 비상시를 제외하고는 공중 투기를 하지 않는 것이 일반적이다.
지로 호리코시가 설계한 미쓰비시 A5M은 1937년부터 연장된 항속 거리를 위해 외부 하단 보조 연료 탱크를 장착하기 시작했으며,[14][15] 제2차 세계 대전 동안 ''루프트바페''는 Ju 87R, 즉 ''슈투카'' 급강하 폭격기의 장거리 버전을 위해 경합금 모델을 도입하면서 1940년 초에 외부 연료 탱크를 사용하기 시작했다. 메서슈미트 Bf 109 전투기 또한 1940년 8월에 도입된 Bf 109E-7 변형을 시작으로 이 유형의 보조 연료 탱크를 사용했다. 포케불프 Fw 190에도 장착된 이 300리터 탱크는 최소 4가지 구조 형식(적어도 1가지 함침 종이 재료, 일회용 버전 포함)으로 제공되었으며 외관만 약간 다를 뿐이며, 루프트바페에서 대부분의 보조 연료 탱크의 표준 용량이 되었으며, 드물게 사용되는 핀 안정식 대용량 보조 연료 탱크는 일부 종류의 메서슈미트 Bf 110 중전투기 및 기타 쌍발 엔진 ''루프트바페'' 전투기에 사용되었다.
최초의 보조 연료 탱크는 비어 있을 때, 또는 전투 또는 비상 사태 발생 시 항력, 무게를 줄이고 기동성을 높이기 위해 버리도록 설계되었다. 현대식 외부 탱크는 비상 사태 시 떨어뜨릴 수 있도록 전투 중에 보관할 수 있다.
3. 2. 컨포멀 연료 탱크 (Conformal Fuel Tank, CFT)
컨포멀 연료 탱크(CFT)는 기체 측면이나 상부에 밀착되도록 장착되는 보조 연료 탱크이다. 비행 중 분리는 불가능하지만, 드롭 탱크에 비해 공기 저항이 작아 연비가 좋고, 하드 포인트를 필요로 하지 않으므로 더 많은 무장을 탑재할 수 있다는 장점이 있다[16]. F-15E에는 표준 장비되어 있다. F-16 블록 60과 (폴란드 공군이 채용하고 있는) 블록 52+도 채용하고 있다. 그 외에도 사브 39 그리펜, 라팔, 타이푼에서도 이용이 검토되고 있다.3. 3. 윙팁 증조 (Tip Tank)
윙팁 증조(Tip Tank)는 좌우 날개 끝에 장착되는 보조 연료 탱크[16]이다. 탈착이 불가능한 고정식과, 주기 중에만 탈착 가능한(비행 중 분리는 불가능) 반고정식이 있다. 날개 끝에 중량물을 장착하면 강도적으로는 유리하지만, 롤 레이트가 낮아져 기동성에 악영향을 준다. 이는 항공기가 비행 중 기체의 무게를 주익으로 들어 올리기 때문에, 외팔보가 되는 주익이 클린 상태보다 날개 양 끝에 중량물이 붙는 쪽이 강도적으로 유리하기 때문이다.주로 초기의 제트 전투기에 사용되었지만, 전투 임무를 고려하지 않는 훈련기 및 COIN기에서는 현재에도 사용되고 있다. 윙팁 증조를 채용한 기종은 다음과 같다:
- P-80
- T-33
- F9F
- F-5A/B
- F-104
- L-39
- A-37
- SF-260
와류나 시계 문제로 밀집 대형을 짜기 어려워 곡예 비행 시에는 떼어내는 경우가 있다(예: 프레체 트리콜로리의 MB-339PAN).
3. 4. 헬리콥터용 보조 연료 탱크
일부 헬리콥터 기종은 파일론에 보조 연료 탱크를 장착할 수 있다. 이는 기내 공간을 희생하지 않고 항속 거리와 비행 시간을 늘릴 수 있다는 장점이 있다. UH-60, CH-53, AH-64, OH-1 등에서 채용되고 있다. 일반적으로 보조 연료 탱크의 내용물이 비어도 평시에는 분리하지 않고 귀환한다.[16]4. 군용 차량의 보조 연료 탱크
전차, 자주포, 장갑차와 같은 군용 차량에도 보조 연료 탱크(증조)가 장착되는 경우가 있다.
전차 연료는 인화점이 높은 경유를 사용하지만, 고폭탄 폭발 시 고온으로 인해 인화될 수 있다. 따라서 비상시나 전투 시 차내에서 조작하여 투기할 수 있도록 설계되는 경우가 많다.[1] 소련군 전차는 펜더 위 등에 노출된 고정식 연료 탱크가 탑재된 경우가 많았지만, 중동 전쟁에서 실제로 점화되는 경우가 많았다.[1] 보통 외장식 탱크가 인화되어도 차체 바깥쪽만 연소될 뿐 폭발하지는 않지만,[1] 연료가 많이 남아있는 상태에서 인화되면 소화가 어려워 전차가 전소되는 사례도 있었다.[1]
제2차 세계 대전 직전에는 연료 보급 편의성을 위해 제리캔이 발명되어, 보조 탱크 대신 차체 외부에 제리캔을 대량으로 탑재하기도 했다.[2]
보병용 휴대형 대전차 무기에 주로 사용되는 성형 작약탄(HEAT탄)에 대한 방어 효과를 위해, 인화 위험을 감수하고 외부 연료 탱크를 '장갑'의 일종으로 배치하는 설계도 있었다.[3]
5. 기타 용도
현대 군용기는 대부분 외부 탑재품을 전제로 설계되어 기본 장비에 증조를 포함한다. 증조는 큰 용적을 활용하여 기체 개조나 풍동 시험 없이 대형 장비를 추가하는 수단으로 사용된다. 증조 자체를 케이스로 활용하기도 한다. 대표적인 예로, 드로그 호스, 펌프, 권취기를 추가하여 탱크 내 연료를 다른 기체에 공급하는 공중 급유 포드가 있다. 그 외에도 각종 카메라, 센서 등을 내장하는 정찰 포드, 대기 중 핵폭발 증적을 찾는 집진 포드 등이 있다. 특이한 예로는 핵폭탄과 증조를 일체화한 B-58 허슬러의 미션 포드, 탑승자용 화물 트래블 포드 등이 있다.[13]
6. 자동차 경주에서의 활용
제2차 세계 대전 이후, 핫 로드 선수들은 마른 호수에서 육상 속도 기록 경주를 위해 남은 드롭 탱크(보조 연료 탱크)를 활용했다. 드롭 탱크는 공기역학적으로 중립적이었기 때문에 자동차로 개조하기에 적합했으며, 이렇게 개조된 자동차는 레이크스터로 불렸다.[12] 소-칼 스피드 샵의 빌 버크는 168USgal P-51 머스탱 벨리 탱크를 개조하려 시도했으며, 이후 더 큰 305USgal P-38 라이트닝 탱크로 전환했다.[12] 오늘날에도 레이크스터는 본네빌 솔트 플랫에서 경쟁한다.[12]
7. 보조 연료 탱크의 단점
드롭 탱크(보조 연료 탱크)의 주요 단점은 항공기에 항력을 증가시켜 연비를 저하시킨다는 것이다. 외부 연료 탱크는 관성 모멘트를 증가시켜 롤 속도를 감소시킨다. 또한 드롭 탱크를 사용하면 무장 장착점에 무기를 장착할 수 있는 공간이 줄어들어 무기 탑재 능력이 감소하고, 항공기의 레이더 단면적이 증가한다.[13] 드롭 탱크의 연료 일부는 탱크 자체의 추가적인 항력과 무게를 극복하는 데 사용되며, 항력은 항공기 속도의 제곱에 비례하여 증가한다.
참조
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웹사이트
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문서
'堀越二郎 零戦 その誕生と栄光の記録'
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撃墜王坂井三郎―零戦に託したサムライ魂
PHP文庫
2008-06-02
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뉴스
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https://trafficnews.[...]
2018-02-22
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