노스롭 X-4 밴텀
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1. 개요
노스롭 X-4 밴텀은 1940년대에 수평 안정판이 없는 반무미익 설계를 실험하기 위해 개발된 미국의 실험용 항공기이다. 웨스팅하우스 J30 제트 엔진 2기를 장착하고, 1명의 조종사만을 수용할 수 있는 소형 항공기로 설계되었다. X-4는 비행 시험을 통해 천음속 영역에서 반무미익 설계의 문제점을 드러냈으며, 특히 마하 0.88 이상의 속도에서 심한 피치 진동과 불안정한 헌팅 현상을 보였다. 이러한 시험 결과는 이후 항공기 설계에 영향을 미쳐, 플라이 바이 와이어와 같은 컴퓨터 제어 시스템의 개발 필요성을 제기했다. 두 대의 X-4는 현재 박물관에 전시되어 있다.
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| 노스롭 X-4 밴텀 | |
|---|---|
| X-4 밴텀 | |
 | |
| 기종 개요 | |
| 종류 | 무미익기 시제기 |
| 제작사 | 노스럽 |
| 최초 비행 | 1948년 12월 15일 |
| 생산 대수 | 2대 |
| 현황 | 퇴역 |
| 제원 | |
| 날개폭 | 8.13m |
| 높이 | 4.5m |
| 익면적 | 18.6m² |
| 자체 중량 | 3,207kg |
| 총 중량 | 7,825kg |
| 엔진 | 웨스팅하우스 J30 터보제트 2기 |
| 추력 | 7.1kN |
| 성능 | |
| 최고 속도 | 1,040km/h |
| 상승 한도 | 12,190m |
2. 개발 배경 및 과정
초음속 비행을 위해서는 공기 저항을 줄이는 것이 중요하며, 무미익기는 수평 꼬리날개 등이 없어 유리하다. 1940년대에는 충격파 발생을 피하기 위해 수평 꼬리날개를 없애는 것이 바람직하다고 여겨졌다. 제2차 세계 대전 중 독일의 메서슈미트 Me163이 개발되었고, 1945년 영국에서 드 해빌랜드 DH.108 개발이 시작되면서 미국에서도 무미익기에 대한 연구가 활발해졌다. 그러나 무미익기는 천음속 및 아음속에서 조종 및 비행 안정성에 문제가 발생하기 쉬워, 이를 실험기를 통해 연구해야 했다.
미국 육군 항공대는 제2차 세계 대전 중 독일의 메서슈미트 Me 163 로켓 전투기와 전후 영국의 드 해빌랜드 DH.108 제트 실험기가 수평 꼬리날개가 없는 반무미익 설계를 채택한 것에 주목했다. 이러한 항공기들의 개발은 미국에 자극을 주어, 미국 육군 항공대는 1946년 6월 11일 노스롭사와 X-4 두 대를 제작하는 계약을 체결했다.
2. 1. 노스럽 사의 선정
노스롭 사는 무미익기·전익기에 관심을 가지고 있었으며, 1942년부터 YB-35, 1943년부터 XP-79를 개발하고 있었다.[1] 이러한 경험을 바탕으로, 미국 육군 항공대는 1946년 6월 11일에 노스롭 사와 X-4 2대를 제작하는 계약을 체결했다.[2] 노스롭은 N-9M, XB-35, YB-49와 같은 비행익 설계 경험도 풍부했다.2. 2. 설계 특징
X-4는 매우 작은 크기로 설계되었으며, 조종사, 계측 장비, 웨스팅하우스 J30 제트 엔진 두 개, 45분 분량의 연료만을 탑재할 수 있었다. 지상에서 사다리나 발판 없이 대부분의 유지보수 작업이 가능했고, 조종석을 쉽게 들여다볼 수 있었다.[1]주 날개는 후퇴익 형태였고, 후퇴각은 40도 34분이었다. 날개 뒷부분에는 엘레본(에일러론과 엘리베이터 기능을 통합한 조종면)과 플랩 겸용 스피드 브레이크가 있었다. 수직 꼬리날개만 있고, 수평 꼬리날개는 없었다.[2] 900리터의 연료는 동체 및 주익 인테그럴 탱크에 탑재되었다.
3. 시험 비행 및 결과
X-4는 초음속 비행 시 공기 저항을 줄이기 위해 수평 꼬리날개를 없앤 무미익기 형태로 설계되었다. 1940년대에는 수평 꼬리날개를 생략하는 것이 충격파 발생을 피하는 데 유리하다고 여겨졌다. 제2차 세계 대전 중 독일의 메서슈미트 Me163 개발, 1945년 영국의 드 해빌랜드 DH.108 개발 시작과 함께 미국에서도 무미익기 연구가 활발해졌다. 하지만 무미익기는 천음속·아음속에서 조종 및 비행 안정성 문제가 발생하기 쉬웠고, X-4는 이를 실험하기 위한 기체였다.
노스롭사가 개발 및 제조를 맡았다. 노스롭은 무미익기·전익기에 관심을 가지고 YB-35(1942년), XP-79(1943년)를 개발해왔다. 1946년 6월 11일, MX-810 계획으로 2대의 X-4 제조 계약이 체결되었다.
X-4는 40도 34분의 후퇴익 주익을 가졌다. 주익 후연 바깥쪽은 엘레본, 안쪽은 플랩 겸 스피드 브레이크였다. 2기의 터보제트 엔진을 탑재, 인테이크는 주익 뿌리에 위치했다. 수직 꼬리날개만 있었고, 소형 기체로 항속 시간은 45분이었다. 900리터의 연료는 동체 및 주익 인테그럴 탱크에 탑재되었다.
초호기는 1948년 6월 완성, 11월 뮤록 드라이 호수로 이동, 1948년 12월 16일 첫 비행[7]을 했다. 이후 우기로 인해 드라이 호수를 사용할 수 없어 1949년 4월까지 비행이 연기되었다. 2호기는 1949년 6월 7일 첫 비행했다. 초호기는 잦은 고장으로 1950년 1월 10번째 비행 후 2호기 부품 공급용으로 사용되었다. 2호기는 제조사 시험 비행 20회 후, 1950년 2월 공군과 NACA에 인도되었다.
1950년 8월부터 2호기 시험 비행이 시작되었다. 1952년 엔진이 XJ30-WE-7에서 J30-WE-9로 교체되었다. 1954년 9월까지 82회(비행 중단 포함)의 시험이 이루어졌다. 척 예거, 앨버트 스코트 크로스필드 등이 테스트 파일럿으로 탑승했다.
시험 결과, 마하 0.8 초과 시 피치 운동으로 안정성이 저하되고 기수가 아래로 향하는 현상이 발생했다. 발사재를 사용하여 플랩 겸 스피드 브레이크를 수정, 항상 5도 열린 상태로 만들었다. 이 개량으로 1951년 8월부터 마하 0.9 초과 시에도 피치 운동이 발생하지 않았다. 이후 발사재 제거/장착 시험 비행을 했다. 마지막 시험 비행은 1954년 9월 29일에 이루어졌다.
시험 종료 후, 초호기는 미국 공군사관학교, 2호기는 국립 미국 공군 박물관에 보관 및 전시되었다.
3. 1. 초기 시험 비행 (1948-1950)
1948년 11월, 첫 번째 X-4가 캘리포니아주 머록 공군 기지에 인도되었다. 이 기체는 택시 테스트를 거쳐 1948년 12월 15일에 첫 비행을 했으며, 노스롭의 테스트 파일럿 찰스 터커가 조종했다.[7] 그러나 겨울비로 인해 로저스 드라이 호수가 침수되어 1949년 4월까지 추가 비행이 불가능했다.[1]첫 번째 X-4는 기계적 신뢰성이 낮아 10번의 비행 후 운행이 중단되었고, NACA 머록 비행 시험 부서(현재는 드라이든 비행 연구 센터)의 책임자인 월터 C. 윌리엄스는 이 항공기를 "레몬"이라고 불렀다.[1] 두 번째 X-4(일련 번호 46-677)는 비행이 중단된 동안 인도되었으며, 곧 훨씬 더 신뢰할 수 있음을 증명했다. 두 번째 기체는 1949년 6월 7일에 첫 비행을 하였고, 총 20번의 제조사 주도 시험 비행을 했다. 그럼에도 불구하고 계약자 비행 프로그램은 1950년 2월까지 지연되었고, 두 항공기는 미국 공군과 NACA에 인도되었다.[1] 첫 번째 X-4는 두 번째 항공기의 예비 부품으로 사용되면서 다시는 비행하지 않았다.
3. 2. NACA 주도 시험 비행 (1950-1953)
NACA(현재 에드워드 공군 기지)는 1950년 8월부터 본격적인 X-4 시험 비행을 시작했다.[1] 척 예거를 비롯한 여러 테스트 파일럿들이 X-4를 조종했다.[1] 시험 비행 결과, X-4는 마하 0.88 이상의 속도에서 심각한 세로축 불안정성(피칭) 문제를 보였다.[2] 또한, 기수가 아래로 숙여지는 현상과 함께, 요, 피치, 롤 세 축 모두에서 불안정한 진동(관성 결합)이 발생했다.[2]이러한 문제를 해결하기 위해, 프로젝트 엔지니어들은 플랩/스피드 브레이크 뒷부분의 두께를 늘리고 발사 나무 스트립을 추가하여 5° 각도로 열린 상태를 유지하는 개량을 시도했다. 그 결과, 마하 0.91까지는 안정성이 향상되었지만, 그 이상의 속도에서는 여전히 진동 문제가 발생했다.[2]
4. 시험 종료 및 유산
X-4 프로그램은 비록 완전한 무미익 횡단기 개발이라는 목표를 달성하지는 못했지만, 항공 기술 발전에 중요한 이정표를 남겼다. 두 대의 X-4는 80회 이상의 시험 비행을 통해 방대한 데이터를 축적했으며,[1] 이는 이후 반무미익 항공기 개발에 귀중한 자료로 사용되었다.
X-4는 돌고래 현상으로 알려진 심각한 안정성 문제를 겪었지만, 이 실험은 플라이 바이 와이어와 같은 컴퓨터 제어 시스템 개발의 필요성을 제기하는 계기가 되었다.[2]
4. 1. 시험 종료
1953년 9월 29일, X-4는 마지막 시험 비행을 끝으로 퇴역했다.[1]4. 2. X-4의 유산
X-4는 반무미익 설계가 천음속 영역에서 심각한 안정성 문제(돌고래 현상)를 일으킬 수 있음을 입증했다.[2] X-4 자체는 비록 실패했지만, 이 실험을 통해 얻은 데이터는 이후 항공기 설계에 중요한 영향을 미쳤다. 특히, 플라이 바이 와이어와 같은 컴퓨터 제어 시스템의 개발 필요성을 제기했다.5. 보존 상태
Northrop X-4 Bantam영어의 첫 번째 기체(일련번호 46-676)는 미국 공군사관학교에 보관되었다가 현재 에드워즈 공군 기지의 공군 비행 시험 박물관에 전시되어 있다.[1][3] 두 번째 기체(일련번호 46-677)는 오하이오주 데이턴의 미국 국립 공군 박물관에 전시되어 있다.[1][4]
6. 제원 (X-4)
| X-4 제원 | |
|---|---|
| 승무원 | 1명 |
| 전장 | 7.1m |
| 전폭 | 8.2m |
| 전고 | 4.52m |
| 자중 | 2.5ton |
| 엔진 | J30-WE-9 터보제트 2기 (추력 7.1kN) |
6. 1. 일반 특성
- '''승무원:''' 1명
- '''길이:''' 약 7.01m
- '''날개폭:''' 약 7.92m
- '''높이:''' 약 4.27m
- '''자체 중량:''' 약 2497.93kg
- '''최대 이륙 중량:''' 약 3547.09kg
- '''엔진:''' Westinghouse J30-WE-7 / WE-9 터보제트 2기, 각 1600lbf
6. 2. 성능
| 항목 | 값 |
|---|---|
| 최대 속도 | 1,006 km/h (625 mph) |
| 상승 한도 | 약 12893.04m |
| 상승률 | 7700ftmin |
| 승무원 | 1명 |
| 전장 | 7.1m (약 7.01m 약 7.62cm) |
| 전폭 | 8.2m (약 7.92m 약 25.40cm) |
| 전고 | 4.52m (약 4.27m 약 25.40cm) |
| 자체 중량 | 2.5ton (약 2497.93kg) |
| 엔진 | Westinghouse J30-WE-7 / WE-9 터보제트 엔진 2기 (각 1600lbf 추력) |
참조
[1]
간행물
Northrop X-4
2014-06/07
[2]
서적
Summary report of results obtained during demonstration tests of the Northrop X-4 airplanes
https://digital.libr[...]
National Advisory Committee for Aeronautics
2021-06-28
[3]
웹사이트
Aircraft Inventory List
https://flighttestmu[...]
[4]
웹사이트
Northrop X-4 Bantam
https://www.national[...]
[5]
문서
Hallion 1977, p. 23.
[6]
웹인용
The Incomplete Guide to Airfoil Usage
https://m-selig.ae.i[...]
2019-04-16
[7]
NASA자료
AMERICAN X-VEHICLES An Inventory—X-1 to X-50
http://history.nasa.[...]
NASA
2003
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