융커스 J 1
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1. 개요
융커스 J 1은 1915년 개발된 융커스 사의 실험적인 중익 단엽기이다. 캔틸레버 날개와 완전 금속 구조를 특징으로 하며, 제1차 세계 대전 중 군사적 활용을 위해 개발되었다. 두랄루민의 문제로 인해 강철을 사용했으며, 1915년 12월 첫 비행을 통해 성능을 시험했다. 비행 시험 결과, 룸플러 C.I보다 빠른 속도를 기록했지만 조종성, 용접 구조의 문제로 인해 비판을 받기도 했다. J 1은 1916년 이후 비행하지 않았으며, 전쟁 중 파괴되었으나, 융커스 기술 박물관에서 실물 크기 복제품을 제작할 계획을 발표했다.
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| 융커스 J 1 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 기종 | |
| 유형 | 실험/선구적인 항공기 |
| 제작사 | 융커스 & Co |
| 설계자 | 후고 융커스 |
| 첫 비행 | 1915년 12월 12일 |
| 도입 | 해당 없음 |
| 퇴역 | 1916년 |
| 현황 | 퇴역 |
| 추가 운용국 | 해당 없음 |
| 생산 연도 | 1915년 |
| 생산 대수 | 1대 |
| 대당 가격 | 해당 없음 |
| 파생형 | 해당 없음 |
2. 개발 과정
1907년, 한스 라이스너가 융커스에게 초기 단엽기 항공기의 설계 및 건설에 대한 협력을 요청하면서 융커스는 항공 분야에 관심을 갖게 되었다. 융커스는 열량계의 한 종류를 발명하고 내부 연소 엔진 구조를 만드는 등 이미 공학적 능력을 인정받고 있었다.[3] 융커스는 기체 디자인의 문제를 해결할 방법을 연구했고, 그 당시 많은 비행기들이 사용했던 나무와 천으로 된 외부 버팀대가 많은 마찰력을 발생시킨다는 것을 인지했다. 이를 통해 외부 버팀대를 제거하고, 대신 버팀 구조를 날개 안에 두는 방식을 고안했다. 1910년, 융커스는 독일에서 이러한 날개 디자인(캔틸레버 날개)에 대한 특허를 취득했다.[3]
1914년 제1차 세계 대전 발발 이후, 융커스는 자신의 디자인을 군사적으로 활용하고자 했다.
2. 1. 배경
1907년 한스 라이스너는 융커스에게 초기 단엽기 항공기의 설계 및 건설에 대한 협력을 요청했고, 1909년에 함께 첫 번째 단엽기 설계 및 제작에 참여했으나 큰 성공을 거두지 못했다. 하지만, 이 프로젝트는 융커스가 항공 설계자로서의 경력을 쌓도록 이끌었다.[3] 융커스는 기체 디자인의 문제를 해결할 방법을 연구했고, 그 당시 많은 비행기들이 사용했던 나무와 천으로 된 외부 버팀대가 많은 마찰력을 발생시킨다는 것을 인지했다. 이를 통해 외부 버팀대를 제거하고, 대신 버팀 구조를 날개 안에 두는 방식을 고안했다. 1910년, 융커스는 독일에서 이러한 날개 디자인(캔틸레버 날개)에 대한 특허를 취득했다.[3]1914년 제1차 세계 대전 발발 이후, 융커스는 자신의 디자인을 군사적으로 활용하고자 했다. 융커스는 자신의 디자인과 라이스너의 엔테 디자인에서 모든 주된 기체 구조를 전부 금속으로 제작해야 한다는 결정을 내렸다. 하지만 비행 구조에 이상적인 합금인 두랄루민은 그보다 약 6년 전 독일에서 개발되었는데, 그 당시의 두랄루민은 쉽게 플레이킹하고, 금속장 형태에서 다른 원치 않는 특징들이 나타났다. 따라서 융커스는 두랄루민 대신 더 무거운 강철을 사용할 수 밖에 없었다. 융커스 사의 연구 기관(Forschungsanstalt Professor Junkersde)을 통해 전금속 항공기 개발에 착수했다.[3]
2. 2. 재료 선정의 어려움
융커스는 비행기 기체 구조에 이상적인 합금인 두랄루민을 사용하고자 했다. 두랄루민은 알프레드 빌름이 6년 전에 개발하였으나, 판금 형태로 가공했을 때 벗겨짐 및 기타 바람직하지 않은 특성이 나타나는 문제점이 있었다.[1] 결국 융커스는 두랄루민 대신 더 무거운 전기 강철 판을 사용할 수밖에 없었다.2. 3. 계약 체결 및 설계
1915년 7월, 융커스 사는 독일 정부와 최초로 비행체 개발 계약(No. 96/7.17 A7/L)을 맺었다.[3] 이 계약에 따라 2인승 전금속 비행체를 제작해야 했는데, 75 kW (100hp) 엔진을 사용하여 최대 시속 130km/h (81mph), 날개 하중 50 kg/m² (10.2lb/ft2)을 가져야 했다.[3] 1915년 9월, 융커스 사의 연구기관장이었던 오토 마더(Otto Mader)와 구조재 및 테스팅 부서장이었던 한스 스테델(Hans Steudel)은 J 1의 디자인을 연구하기 시작했고, 같은 해 11월, J 1이 완성되었다.[3]3. 디자인
융커스 J 1은 캔틸레버 날개와 완전 금속 구조를 통합한 실험적인 미드윙 단엽기였다. 외부적으로 J 1은 매우 깔끔하고 균형 잡힌 항공기였다.[3] 하중을 받는 부위는 비교적 매끄러운 외부 덮개 내부에 골판 강철 보강 시트가 추가된 너비 42cm의 강철판으로 동체를 감싸 외부 덮개를 형성했는데, 이는 최초의 완전 금속 응력 외피 구조 사용이었다.[3] 방향타는 고정된 핀이 없는 "올 플라잉" 디자인이었고, 꼬리 표면 구조와 덮개도 날개처럼 성형된 강철판으로 구성되었다. 받음각은 지상에서 조정할 수 있었다.
J 1의 기본 구조는 중심 동체 부분과 항공기의 날개 뿌리 역할을 하는 일체형 내부 스텁 날개를 중심으로 구축되었다. 스텁 날개는 융커스가 특허받은 스파가 없는 날개에 부착 지점으로 사용되었으며, 스텁 날개에서 겹겹이 층을 이루며 바깥쪽으로 배열된 짧은 스팬 트러스 타이어 섹션으로 구성되었다. 중심 부분에는 노즈 섹션, 후방 동체 및 꼬리 유닛이 고정되었다. 당시에는 특이하게 날개에 외부 지지 스트럿이나 와이어가 없었고, 외부 보강은 수평 안정판과 착륙 장치 지지대에만 사용되었다. 내부 구조는 용접된 스트립 강철 앵글 스톡과 I-빔 섹션을 강철 튜브의 일부와 함께 사용하여 주요 내부 구조를 형성했다.[3]
날개의 혁신적인 캔틸레버 구조는 익현 방향 강철판으로 덮여 있었다. 날개 뿌리는 가장 두꺼운 지점에서 동체 높이의 약 75% 깊이였고, 날개 뿌리와 날개 끝 사이의 앞전 및 뒷전 각도 테이퍼링과 함께 최소 세 개의 에어포일 변화가 있었다. J 1은 또한 날개 강도를 높이기 위해 매끄러운 외부 금속 덮개 아래 숨겨진 구조적 요소로 ''스팬 방향'' 골판이 있는 강철판에 의존했다.[3]
J-1의 동력으로 선택된 90kW 메르세데스 D.II 6기통 수냉식 직렬 엔진은 엔진의 크랭크 케이스와 하부 실린더 블록을 감싸는 간단한 조개 껍질 모양의 수평으로 분리된 카울링 내부에 위치했다. 라디에이터는 전방 동체 아래쪽의 복부 위치에 배치하여 시대에 앞선 엔진 라디에이터 레이아웃을 보였으며, 라디에이터 하우징의 앞쪽 개구부는 앞쪽 기어 스트럿의 동체 부착 지점 바로 뒤에 위치했고, 너비는 그 위의 동체 너비와 같았다.
4. 시험 비행
융커스 J 1이 비행하기 전, 독일 육군 항공 행정 부서인 Inspektorat der Fliegertruppen|IdFliegde은 J 1에 대한 정적 하중 시험을 수행할 것을 요구했다. 여기에는 모래 주머니를 사용하여 J 1 구조에 대한 일반적인 정적 하중 시험, 하중 및 강도 시험, 엔진 및 프로펠러 조합으로 얻을 수 있는 정적 추력 시험이 포함되었다. 1915년 12월 3일에 이러한 정적 시험이 완료되었고, 이어서 엔진 추력 시험이 진행되었다. 융커스 공장은 아직 데사우에 시험 비행장을 갖추지 못했기 때문에, J 1은 비행 시험을 위해 베를린 서쪽에 있는 Fliegerersatzabteilung 1|FEA 1de 비행장인 되베리츠로 옮겨졌다.
1915년 12월 12일, FEA 1의 Leutnant|중위de 테오도르 말린크로트가 J 1을 택싱하고 잠시 "홉"하는 임무를 맡았으며, 그는 거의 3m 고도까지 성공했다. 이 짧은 비행 중, J 1이 하강할 때 강풍이 우현 날개를 덮쳐, 좌현 날개 끝이 땅에 닿았고, J 1 동체의 좌현이 날개 장착부 뒤쪽으로 안쪽으로 굽어졌다. 1915년 말 휴가 기간 동안 수리가 진행되면서 시험이 지연되었고, 그 후 수리를 테스트하기 위해 추가적인 정적 하중 시험이 수행되었다.
1916년 1월 18일, J 1의 두 번째 비행은 FEA 1 부대의 Gefreiter|병장de 파울 아놀드에 의해 되베리츠에서 수행되었다. J 1은 200m의 이륙 활주 후, 가변 받음각 안정 장치가 J 1이 꼬리 부분이 무겁다고 잘못 판단하여 부적절하게 설정되었기 때문에, 고도가 겨우 80m에 도달했다. 그날 늦게, 안정 장치가 수평 비행 트림을 제공하도록 조정된 후, Leutnant|중위de 말린크로트는 다시 시도하여 이번에는 더 짧은 이륙 활주로에서 최대 900m의 고도에 도달했다. 조종성은 허용 가능한 것으로 판단되었고, 비행 중 항공기는 안정적인 것으로 보고되었다.
1월 19일, 말린크로트는 J 1을 다시 조종하여 유일하게 알려진 "고성능" 비행 시험을 수행했는데, 이는 7km 코스로 구성되었고 200m에서 300m의 고도를 커버했다. 이 비행 동안, 말린크로트는 최고 속도 170km/h에 도달했다.
5. 평가 및 영향
J 1의 비행 성능은 테스트 프로그램을 통해 평가되었다. 조종사와 정비반으로부터 정보가 수집되었다. 항공기의 용접 구조는 이전에 지상에서 문제가 있었던 것으로 보인다. 공중에서의 둔한 성능 때문에 일부 사람들은 J 1을 Blecheselde(주석 당나귀 또는 판금 당나귀)와 같은 비하하는 이름으로 조롱했다. 그러나 네덜란드의 항공 개척자인 안토니 포커와 같은 인물들은 이러한 구조를 사용한 항공기가 더 높은 속도와 더 큰 내구성을 가질 수 있다고 지적하며 J 1의 잠재력과 입증된 원리를 칭찬했다.[1][2] 융커스 J 1의 조종성은 융커스를 비판하는 사람들에게 조롱의 대상이 되었지만, 군은 이 개념을 개선하는 것을 계속 지지했다. 1916년 1월 말까지 융커스는 계약을 체결했으며, 융커스 J 2 단좌 전투기가 뒤따랐지만 실전에 배치되지는 않았다.
융커스 J 1은 1916년 1월 이후 다시 비행하지 않은 것으로 추정된다. 이 항공기는 제1차 세계 대전을 거쳐 살아남았으며 1926년 뮌헨의 도이체 박물관에 정적 전시되었다. 제2차 세계 대전 중 1944년 12월, J 1은 연합군의 도시 폭격으로 파괴되었다.[1][2]
후고 융커스가 1915년에 제작한 J 1은 융커스의 첫 번째 기체이며, 강철로 만들어진 전금속제였다. 지주나 버팀선이 없는 캔틸레버 단엽기로서 공기 저항 감소를 꾀했다. 또한 당시 주류였던 얇은 날개와 달리 공기역학적으로 열등하다고 여겨졌던 두꺼운 날개가 더 우수한 양항비를 발휘한다는 것을 실증했다는 점에서 획기적이었다.[3]
재료는 0.1mm에서 0.5mm 두께의 평활한 강판을 외판에 사용했으며, 안쪽에는 보강용 골판이 용접되어 있었다.[4] 공허 중량이 937kg으로, 동시기 포커 E.III의 400kg에 비해 무거웠지만, 목재와 천, 버팀선으로 만들어진 기존 기체에 비해 내후성, 내구성이 유리했다. 엔진 마력이 비슷한 알바트로스 LDD 복엽기와 같은 비행 코스를 비행하여, 50km/h 이상의 속도 차이로 172km/h를 기록했다.[5]
6. 제원
| 융커스 J 1 제원[6] | |
|---|---|
| 승무원 | 조종사 1명, 승무원 1명 |
| 길이 | 8.64m |
| 날개폭 | 12.92m |
| 높이 | 3.11m |
| 날개 면적 | 24.34m2 |
| 순 기체 중량 | 920.3kg |
| 최대 이륙 중량 | 1080kg |
| 엔진 | 메르세데스 D.II (6기통 수냉식 직렬 피스톤, 최대 90kW) |
| 최고 속도 | 170kmh |
참조
[1]
웹사이트
Junkers J1 – recreating the world's first all metal aircraft.
https://www.kickstar[...]
2017-10-08
[2]
웹사이트
J 1 Project.
http://www.J1-projec[...]
2017-10-08
[3]
서적
飛行機技術の歴史
京都大学学術出版社会
[4]
서적
飛行機技術の歴史
京都大学学術出版会
[5]
서적
飛行機技術の歴史
京都大学学術出版会
[6]
서적
Junkers: An Aircraft Album
Arco Publishing Inc
1971
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