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F-15S/MTD

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목차

1. 개요

F-15S/MTD는 단거리 이착륙 및 기동 기술을 시험하기 위해 개발된 F-15B의 개조 기체이다. 1975년 랭글리 연구소의 2차원 추력 편향 노즐 연구를 시작으로, 맥도넬 더글러스사와 미국 공군이 협력하여 개발되었다. 이 기체는 추력 편향 노즐, 카나드 앞날개, 통합 비행 제어 시스템 등을 통해 짧은 활주로에서 운용할 수 있는 기술을 시험했으며, F-22 랩터 개발에도 영향을 미쳤다. F-15S/MTD는 ACTIVE, IFCS 등 다양한 파생형으로 개조되어 기술 개발에 활용되었다.

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F-15S/MTD
기본 정보
1997년 저고도에서 비행 중인 F-15 ACTIVE
1997년 고안정 엔진 제어(HISTEC) 중 저고도에서 비행 중인 F-15 ACTIVE
종류기술 시범 및 연구용 항공기
제작 국가미국
제작사맥도넬 더글러스
첫 비행1988년 9월 7일 (STOL/MTD)
퇴역1991년 8월 15일 (STOL/MTD)
2009년 1월 30일
상태NASA와 군에서 모두 퇴역
주요 운용국미국 공군
기타 운용국NASA
제작 대수1대
개발 기반맥도넬 더글러스 F-15 이글
파생형F-15IFCS
민간 등록 번호NASA 837
군용 시리얼 번호USAF S/N 71-0290

2. 개발 배경

F-15S/MTD는 단거리 이착륙(STOL) 능력과 기동성 향상 기술을 실험하기 위한 "애자일 이글 프로젝트"의 일환으로 개발되었다. 이 프로젝트는 장래 전투기에 필요한 신기술을 조사하는 것을 목표로 했다.[14]

맥도넬 더글러스사는 1984년 미국 공군과 1.178억달러 규모의 계약을 체결하고, F-15B 시제기를 기반으로 개조 작업을 진행했다.[15] 1988년 첫 비행을 시작으로, 추력편향 노즐과 커나드를 장착하여 단거리 이착륙 및 기동성 향상 실험을 수행했다.

F-15 S/MTD는 다음의 조건을 만족하는 것을 목표로 하였다.[14]

항목조건
활주로 치수457m×15m
야간 및 악천후 운용 능력운저고도 200ft, 시정 1/2마일
젖은 활주로 운용가능
측풍 하 이착륙30kt의 측풍
기내 및 기외 장비 형태통상적인 F-15와 동일



이후 F-15 S/MTD는 F-15 ACTIVE, F-15 IFCS 등으로 개량되어 다양한 실험에 활용되었다.

기체 이미지 일러스트

2. 1. F-15 STOL/MTD

F-15 STOL/MTD는 젖고 폭탄으로 파손된 활주로에서 이착륙하는 방법을 시험했다. 이 항공기는 가역 엔진 추력, 20도 편향 가능한 제트 노즐, 그리고 F/A-18 호넷의 수평미익에서 파생된 카나드 앞날개를 조합하여 사용했다.[11][8] 1988년 F-15에 피치 벡터링/반전 노즐과 카나드 앞날개가 장착되었다.

맥도넬 더글러스사가 비행 목표를 달성한 후 프로그램을 종료한 1991년 8월 15일 이전,[7] F-15 STOL/MTD 항공기는 다음과 같은 인상적인 성능 결과를 달성했다.

  • 42mi/h의 낮은 속도로 회전하는 벡터 이륙 시연[7]
  • 이륙 거리가 25% 감소[7]
  • 표준 F-15의 약 2286.00m에 비해 단 약 502.92m의 활주로에서 착륙[7]
  • 비행 중 추력 반전을 통해 급격한 감속[7]


STOL/MTD의 결과는 차세대 전술 전투기 프로그램의 요구 사항을 알리는 데 도움이 되었으며, 이 프로그램은 F-22를 탄생시켰다.[8]

맥도넬 더글러스(당시)가 중심이 되어 복좌형 원형 1호기를 개조한 실험기이다. 기체는 개조를 통해, 통상적인 수평 꼬리날개와 F/A-18의 수평 꼬리날개를 유용한 카나드를 함께 갖는 삼익기가 되었다.

각종 실험과 신기술 평가를 위해 개수를 거듭하여, ACTIVE, IFCS 등으로 이름을 바꾸었고, 2009년 1월 30일까지 NASA에서 실험이 실시되었다[12] . 이후 에드워드 공군 기지에서 전시되어 있다[13] .

실험기이기 때문에, 양산이나 무장의 탑재는 이루어지지 않았지만, 투입된 기술은 F-22와 같은 신형기 개발에 활용되었다.

단거리 이착륙기 개발 실험을 주요 목적으로 계획명은 "애자일 이글 프로젝트"라고 불렸다. 또한 기본적인 목표는 장래 전투기를 위한 신기술을 조사하는 것도 염두에 두었다. 단거리 이착륙(STOL)성에 대해서는 운용에 대한 기본적인 기동성을 저하시키지 않고 다음 조건을 만족하는 것을 목표로 했다[14]。

항목조건
활주로 치수457m×15m
야간 및 악천후 운용 능력운저고도 200ft, 시정 1/2마일
젖은 활주로 운용가능
측풍 하 이착륙30kt의 측풍
기내 및 기외 장비 형태통상적인 F-15와 동일



맥도넬 더글러스사는 1984년 10월 1일에 1.178억달러로 미국 공군의 비행 공력 연구소와 기체 설계, 개조, 시험 계약을 체결했다.[15] 기간은 5년으로, 맥도넬 더글러스사가 주 계약사가 되었으며, 엔진 배기 노즐은 프랫 & 휘트니사, 신형 비행 조종 시스템은 제너럴 일렉트릭사, 플라이 바이 와이어 (FBW)는 내셔널 워터 리프트사, 강착 장치는 클리블랜드 매틱사가 각각 담당하여 부 계약사로 선정되었다.

작업은 1985년 말까지를 제1단계로, 기체 설계와 엔진 배기 노즐 개발을 실시했다. 기체는 미국 공군 소유의 시제 11호기 (복좌형 1호기) TF-15B (71-0290)를 차용하여 다음 시험 기술을 탑재했다.


  • 2차원 추력 벡터링/추력 반전 배기 노즐 (2D TV/TR)
  • 비행 조종 및 엔진 제어 시스템 통합 (IFPC)
  • 비포장 지면 운용 가능한 강착 장치
  • 기상 착륙 유도 표시 장치
  • 첨단 조종사·항공기 인터페이스 (PVI) 시스템


1986년부터 개발은 제2단계로 이행되어 기체 개수 작업이 진행되었다. 약간의 지연이 있었지만 각 작업은 순조롭게 진행되어, 1988년 9월 7일에 첫 비행을 실시했다. 개수된 기체에는 "F-15 S/MTD" (단거리 이착륙/기동 기술 데몬스트레이터)라는 이름이 붙여졌다.

첫 비행 시에는 기존형 배기 노즐을 장착하고 있었으며, 기본적인 비행 특성을 확인한 후 1989년 초에 2차원 추력 편향 노즐을 장착하고, 같은 해 5월 10일에 2차원 추력 편향 노즐을 장착하고 첫 비행이 이루어졌다. 그 후 13개월 동안 총 비행 횟수는 100회의 비행 시험이 예정되어 있었다.

개조 대상인 71-0290호기는 F-15의 전 규모 개발기로 제조되었으며, 1973년 첫 비행 이후 2200시간의 비행을 기록했다. 초기 개조 외에 높은 받음각에서의 원활한 비행 제어와 목표인 30kt의 측풍 상태에서의 착륙을 위해 F/A-18의 수평미익이 공기 흡입구 부분에 카나드 날개로 장착되었다. 주익 윗면에는 신소재로 알루미늄-리튬 합금이 사용되었다[16] 또한, 배기 노즐 가변 액추에이터용 별도 유압 시스템, 백업 전기 시스템과 플라이트 패스 제어 세트(FPCS), 배기 노즐 컨트롤러, 배터리 충전 시스템이 새로 장착되었으며, 중앙 컴퓨터, FPCS, NC용 각 소프트웨어도 새로 제작되었다.

F-15E와 동일한 조종석[17]에는 PVI 시스템을 탑재한다.[18] PVI는 조종석 표시 장치를 통해 HUD 상에 각 정보를 표시한다. 레이더는 휴즈사(당시)의 AN/APG-70을 장착하고, 마틴 마리에타사의 LANTIRN도 휴대하지만, 이들은 착륙 시 조종사를 지원하는 것을 목적으로 한다.[19]

탑재된 2차원 스러스트 벡터링/스러스트 리버싱 배기 노즐(2D TV/TR)[20]은 비행 중에 배기 노즐의 각도를 ±20°의 범위에서 작동시킬 수 있으며, 공중에서 스러스트 리버스를 걸 수도 있었다. 이에 더해, 애프터 버너를 일반 배기 노즐로 운용할 수 있는 등, 다채로운 운용이 이루어졌다.[21] 이 2차원 추력 편향 노즐의 기술은 F-22에도 사용되는 등, 일정한 성공을 거두었다.

F-15 S/MTD에는 카나드 날개나 2차원 추력 노즐과 같은 새로운 기구의 장착으로 예상되는 파일럿의 부담 증가를 경감하기 위해 IFPC로서 다음과 같은 기기를 통합했다.

  • MIL-1750 규격의 마이크로 프로세서에 의한 비행 조종 장치
  • 임시 플라이트 패스 조종에 배기 방향 변환, 또는 스러스트 리버스를 이용하는 시스템의 통합
  • 메커니컬 및 각종 디지털 방식의 백업 조종 계통 없이 4중 FBW


IFPC는 조종사가 상황에 따라, 통상 외에, 단거리 이륙/진입, 단거리 이착륙, 순항, 전투 중 어느 모드를 선택하면, 조종사에 의한 통상 조작을 받은 스로틀 레버나 조종간의 센서 출력에 따라 추가 기기의 제어를 함으로써 목적을 달성하도록 되어 있다.

강착 장치에 관해서는 앞다리, 주 다리 모두 스트러트 스프링의 비율과 유압 댐핑 특성의 변경만 이루어졌다.[22] 하지만, 높이 차이 약 11.43cm의 요철이 있는 면에서의 시험에서도 강도나 운용 능력에는 문제가 없다고 판정되었다.

2. 2. F-15 ACTIVE

F-15S/MTD 계획에 사용된 비행기는 1991년 추력편향과 커나드[28]를 사용한 F-15S/MTD 계획이 성공적으로 완료된 후 여러 차례 비행하였다.

F-15 ACTIVE


1990년대에 동일한 F-15 기체(미 공군 S/N 71-0290)는 ACTIVE("Advanced Control Technology for Integrated Vehicles", 통합 차량을 위한 첨단 제어 기술) 프로그램에 맞춰 추가로 개조되었다(카나드와 노즐은 유지). 이 프로그램에서는 프랫 & 휘트니(Pratt & Whitney)의 피치/요 밸런스 빔 노즐(P/YBBN)과 첨단 제어 로직 프로그래밍이 연구되었다. NASA는 1993년에 이 비행기를 인수하여 엔진을 P/YBBN이 장착된 프랫 & 휘트니 F100-PW-229 엔진으로 교체했다.[9] ACTIVE 구성에서 이 기체는 LANCETS("lift and nozzle change effects on tail shock", 꼬리 충격에 대한 양력 및 노즐 변경 효과) 프로그램에도 사용되었으며, 이 프로그램에서는 계산된 초음속 충격파 매개변수와 비행 중 측정된 매개변수가 비교되었다. LANCETS 비행 테스트는 2008년 12월에 종료되었다.[10] F-15 ACTIVE는 1993년부터 1999년까지 운용되었으며, 1996년 10월 31일에 최대 마하 1.95에서 추력 벡터링이 시연되었다.

이후 해당 항공기는 1999년부터 2008년까지 F-15 IFCS (지능형 비행 제어 시스템) 프로그램, 2006년부터 2007년까지 탐사 통신 및 항법 시스템 프로그램(SBRDC/ECANS)에 따른 우주 기반 거리 시연 및 인증 프로젝트, 고안정성 엔진 제어(HISTEC) 프로그램, 1997년의 고속 연구 음향에도 사용되었다.

맥도넬 더글러스(당시)가 중심이 되어 복좌형 원형 1호기를 개조한 실험기이다. 기체는 개조를 통해, 통상적인 수평 꼬리날개와 F/A-18의 수평 꼬리날개를 유용(流用)한 카나드를 함께 갖는 삼익기가 되었다.

각종 실험과 신기술 평가를 위해 개수를 거듭하여, ACTIVE, IFCS 등으로 이름을 바꾸었고, 2009년 1월 30일까지 NASA에서 실험이 실시되었다[12] . 이후 에드워드 공군 기지에서 전시되어 있다[13] .

실험기이기 때문에, 양산이나 무장의 탑재는 이루어지지 않았지만, 투입된 기술은 F-22와 같은 신형기 개발에 활용되었다.

F-15 ACTIVE는 1993년에 미국 공군에서 NASA로 이관되어 실험을 계속하고 있다. F-15S/MTD는 F-15 ACTIVE(Advanced Control Technology for Integrated Vehicles: 선진 제어 기술 통합 항공기)로 이름을 바꾸고[24][25], 항공기 자체의 조종성·제어성 향상을 목표로 하는 실험기로 엔진을 F100-PW-229로 교체[26], Su-37과 같은 삼차원 추력 편향 노즐을 장착하고 제어 소프트웨어 등도 일신하여 1996년4월 24일부터 시험 비행을 실시하고 있다. 다만, 구조상 Su-37처럼 코브라를 수행할 수는 없다.

정비 중인 F-15 ACTIVE
원형기를 사용하고 있기 때문에 에어브레이크의 형태가 다르다

2. 3. F-15 IFCS

1999년에 F-15 ACTIVE의 실험은 '지능형 비행 제어 시스템' 개발 '신경망 프로젝트'로 이행하면서 'F-15 IFCS'로 이름이 변경되었다. 이 시스템은 항공기가 피탄, 고장 등으로 인해 이상이 발생했을 때, 실시간으로 학습하고 자동으로 대응하여 조종사의 부담을 줄이는 것을 목표로 하는 차세대 기체 제어 시스템이다. NASA 에임스 연구 센터, 보잉 통합 방위 시스템 부문 팬텀웍스, 웨스트버지니아 대학교의 Scientific Research 연구소, 조지아 공과대학교 등이 공동으로 개발을 진행했다. 2003년부터 시스템 실험을 시작했고, 2005년부터는 개조된 F-15에 시스템을 탑재하여 실험을 진행했으며, 2007년에 연구를 종료했다.

2. 4. 기타 파생형

맥도넬 더글러스(당시)가 복좌형 원형 1호기를 개조한 실험기이다. 이 기체는 통상적인 수평 꼬리날개와 F/A-18의 수평 꼬리날개를 유용한 카나드를 함께 갖는 삼익기 형태가 되었다.

NASA에서 각종 실험과 신기술 평가를 위해 개수를 거듭하여, ACTIVE, IFCS 등으로 이름을 바꾸었고, 2009년 1월 30일까지 실험을 실시했다[12] . 이후 에드워드 공군 기지에서 전시되어 있다[13] .

실험기이기 때문에 양산이나 무장 탑재는 이루어지지 않았지만, 투입된 기술은 F-22와 같은 신형기 개발에 활용되었다.

; F-15 ACTIVE

1993년 미국 공군에서 NASA로 이관된 F-15S/MTD는 F-15 ACTIVE (Advanced Control Technology for Integrated Vehicles: 선진 제어 기술 통합 항공기)로 이름을 바꾸고[24][25], 항공기 자체의 조종성·제어성 향상을 목표로 하는 실험기로 엔진을 F100-PW-229로 교체했다[26], Su-37과 같은 삼차원 추력 편향 노즐을 장착하고 제어 소프트웨어 등도 일신하여 1996년 4월 24일부터 시험 비행을 실시하고 있다. 다만, 구조상 Su-37처럼 코브라를 수행할 수는 없다.

; F-15 IFCS

1999년 실험은 '지능형 비행 제어 시스템' 개발 '신경망 프로젝트'로 이행하여, 'F-15 IFCS'로 개명했다. 이 시스템은 탑재 기체에 피탄이나 고장 등으로 인한 이상 영향을 실시간으로 학습하여 자동적으로 대응함으로써 조종자의 부담을 없애는 것을 목표로 하는 차세대 기체 제어 시스템으로 기대된다. 이 시스템은 NASA 에임스 연구 센터와 보잉 통합 방위 시스템 부문 팬텀웍스, 웨스트버지니아 대학교의 Scientific Research 연구소, 조지아 공과대학교 등이 공동으로 개발을 진행했으며, 2003년부터 시스템 실험을 시작, 2005년부터 개조된 F-15에 시스템을 탑재하여 실험을 진행했으며, 2007년에 연구를 종료했다.

; F-15B SBRDC/ECANS

우주 개발 통신 및 항법 시스템(ECANS) 프로그램의 일환으로 진행된 '우주 배치 계측 데몬스트레이션 및 인증'(SBRDC) 연구 시 개명된 명칭. 최신 우주 통신 시스템 개발을 목적으로, 우주 개발 지원에 사용되는 지상의 인프라를 간소화할 가능성을 추구하는 것이다[27]。

; F-15 MANX

F-15 ACTIVE의 꼬리 날개를 제거한 타입. 다만, 실제로 제작되지는 않았다.

3. 기술적 특징

F-15S/MTD는 단거리 이착륙 및 기동성 향상을 위해 여러 기술을 적용한 실험기였다. 맥도넬 더글러스(당시)가 복좌형 원형 1호기를 개조했으며, 1988년 9월 7일에 첫 비행을 했다.

주요 개량 내용은 다음과 같다.


  • 카나드 장착: F/A-18의 수평 꼬리날개를 유용, 공기 흡입구에 장착.
  • 2차원 추력 편향 노즐: 프랫 & 휘트니가 개발한 2차원 추력 벡터링/추력 반전 배기 노즐(2D TV/TR)을 장착, 비행 중 배기 노즐 각도를 ±20° 범위에서 조절하고 공중에서 추력 반전 가능.
  • 통합 비행 제어 시스템 (IFPC): MIL-1750 규격 마이크로프로세서 기반 비행 조종 장치, 추력 반전 등을 이용하는 시스템, 4중 플라이 바이 와이어(FBW) 시스템 통합.
  • 기타: 주익에 알루미늄-리튬 합금 신소재 사용,[16] 별도 유압 시스템, 백업 전기 시스템 등 장착.


이러한 기술 개량을 통해 F-15 S/MTD는 단거리 이착륙 성능과 기동성이 향상되었다. 특히 2차원 추력 편향 노즐과 카나드는 급격한 감속 및 정지를 가능하게 하여 근접전에서 유용했다.

F-15 S/MTD의 기술은 F-22 개발에 활용되었다.

3. 1. 추력 편향 노즐

F-15S/MTD는 추력 편향 노즐과 커나드를 사용하여 저속 성능을 향상시키고 짧은 활주로에서 운용할 수 있는 첨단 기술을 실험했다.[6] 1975년 랭글리 연구소는 2차원 추력 편향 노즐 연구를 후원하는 프로그램을 시작했고,[7] 1977년에는 맥도넬 더글러스사와 함께 F-15에 추력 편향, 추력 반전, 2-D 노즐을 통합하는 시스템 연구를 시작했다.

F-15S/MTD에 탑재된 2차원 추력 편향/추력 반전 배기 노즐(2D TV/TR)은[20] 비행 중에 배기 노즐의 각도를 ±20° 범위에서 작동시킬 수 있었고, 공중에서 추력 반전을 걸 수도 있었다. 가동식 노즐과 판(vane)을 설치하여 가스를 전방, 바깥쪽 또는 비행기 축과 20도까지의 어느 각도로든 보낼 수 있었다. 고도로 발전된 비행 제어 소프트웨어는 전방 커나드의 움직임을 조정하여 상방으로, 수평꼬리날개와 노즐로 하방으로 힘을 줄 수 있었다. 이러한 기술은 F-22에도 사용되었다.

노즐 위·아래로부터의 엔진 가스를 편향시키고 비행기 앞부분의 커나드를 회전시키면 거대한 에어브레이크로 작용하는데, S/MTD는 매우 급속히 정지할 수 있었고, 강력한 F100 엔진은 빠르게 가속시켰다. 이러한 종류의 조종은 근접전에서 유용하다.

3. 2. 카나드

F-15S/MTD는 추력편향과 카나드[28]를 사용하여 저속 성능을 향상시키고 짧은 활주로에서 운용하기 위한 첨단 기술을 시험한 실험기이다. 1988년 F-15에 피치 벡터링/반전 노즐과 함께 카나드가 장착되었는데, 이 카나다는 F/A-18의 수평미익에서 파생된 것이다.[11][8]

맥도넬 더글러스사(당시)는 복좌형 원형 1호기를 개조하여 실험기를 만들었는데, 이 기체는 통상적인 수평 꼬리날개와 F/A-18의 수평 꼬리날개를 유용(流用)한 카나드를 함께 갖는 삼익기가 되었다. 높은 받음각에서의 원활한 비행 제어와 30kt의 측풍 상태에서의 착륙을 위해 F/A-18의 수평미익이 공기 흡입구 부분에 카나드 날개로 장착되었다.

고도로 발전된 비행 제어 소프트웨어는 전방 카나드의 움직임을 조정하여 상방으로 힘을 줄 수 있었고, 수평꼬리날개와 노즐은 하방으로 힘을 줄 수 있었다. 또한, 노즐 위·아래로부터의 엔진 가스를 편향시키고 비행기 앞부분의 카나드를 회전시키면 거대한 에어브레이크로 작용하여 S/MTD는 매우 급속히 정지할 수 있었다.

3. 3. 통합 비행 제어 시스템 (IFPC)

F-15 S/MTD는 통합 비행 제어 시스템(IFPC)을 통해 조종사의 부담을 줄이고 다양한 비행 모드를 지원했다. IFPC는 다음과 같은 구성 요소를 통합했다.

  • MIL-1750 규격 마이크로프로세서를 사용한 비행 조종 장치
  • 임시 비행 경로 조종에 배기 방향 전환 또는 추력 반전을 이용하는 시스템 통합
  • 기계식 및 디지털 방식 백업 없이 4중 플라이 바이 와이어(FBW) 시스템


IFPC는 조종사가 단거리 이륙/진입, 단거리 이착륙, 순항, 전투 등 상황에 맞는 모드를 선택하면 스로틀 레버와 조종간 센서 출력에 따라 추가 기기를 제어하여 조종사가 목적을 달성하도록 돕는다.

F-15 S/MTD의 노즐은 가동식 노즐과 판(vane)을 설치하여 가스를 전방, 바깥쪽, 또는 비행기 축과 20도 각도로 보낼 수 있었다. [9] 고도로 발전된 비행 제어 소프트웨어는 전방 카나드의 움직임을 조정하여 상방으로, 수평 꼬리날개와 노즐로 하방으로 힘을 줄 수 있었다. 노즐 위아래에서 엔진 가스를 편향시키고, 비행기 앞부분의 카나드를 회전시키면 거대한 에어브레이크로 작용하여 F-15 S/MTD는 매우 빠르게 정지할 수 있었고, F100 엔진은 빠르게 가속할 수 있었다. 이러한 조종은 근접전에서 유용하다.

1990년대에 F-15 S/MTD(미 공군 S/N 71-0290)는 ACTIVE ("Advanced Control Technology for Integrated Vehicles", 통합 차량을 위한 첨단 제어 기술) 프로그램에 맞춰 개조되었다 (카나드와 노즐은 유지). 이 프로그램에서는 프랫 & 휘트니(Pratt & Whitney)의 피치/요 밸런스 빔 노즐(P/YBBN)과 첨단 제어 로직 프로그래밍이 연구되었다. NASA는 1993년에 이 비행기를 인수하여 엔진을 P/YBBN이 장착된 프랫 & 휘트니 F100-229 엔진으로 교체했다.[9]

이후 해당 기체는 1999년부터 2008년까지 F-15 IFCS (지능형 비행 제어 시스템) 프로그램에 사용되었다.

3. 4. 기타 기술

F-15 S/MTD는 실험기로, 양산이나 무장 탑재는 이루어지지 않았지만, 투입된 기술은 F-22와 같은 신형기 개발에 활용되었다.

개조 대상인 71-0290호기는 F-15의 전 규모 개발기로 제조되었으며, 1973년 첫 비행 이후 2,200시간의 비행을 기록했다. 초기 개조 외에 높은 받음각에서의 원활한 비행 제어와 목표인 30kt의 측풍 상태에서의 착륙을 위해 F/A-18의 수평미익이 공기 흡입구 부분에 카나드 날개로 장착되었다. 주익 윗면에는 신소재로 알루미늄-리튬 합금이 사용되었다.[16] 또한, 배기 노즐 가변 액추에이터용 별도 유압 시스템, 백업 전기 시스템과 플라이트 패스 제어 세트(FPCS), 배기 노즐 컨트롤러, 배터리 충전 시스템이 새로 장착되었으며, 중앙 컴퓨터, FPCS, NC용 각 소프트웨어도 새로 제작되었다.

F-15E와 동일한 조종석[17]에는 PVI 시스템을 탑재했다.[18] PVI는 조종석 표시 장치를 통해 HUD 상에 각 정보를 표시한다. 레이더는 휴즈사(당시)의 AN/APG-70을 장착하고, 마틴 마리에타사의 LANTIRN도 휴대하지만, 이들은 착륙 시 조종사를 지원하는 것을 목적으로 한다.[19]

탑재된 2차원 스러스트 벡터링/스러스트 리버싱 배기 노즐(2D TV/TR)[20]은 비행 중에 배기 노즐의 각도를 ±20°의 범위에서 작동시킬 수 있으며, 공중에서 스러스트 리버스를 걸 수도 있었다. 이에 더해, 애프터 버너를 일반 배기 노즐로 운용할 수 있는 등, 다채로운 운용이 이루어졌다.[21] 이 2차원 추력 편향 노즐의 기술은 F-22에도 사용되는 등, 일정한 성공을 거두었다.

F-15 S/MTD에는 카나드 날개나 2차원 추력 노즐과 같은 새로운 기구의 장착으로 예상되는 파일럿의 부담 증가를 경감하기 위해 IFPC로서 다음과 같은 기기를 통합했다.

  • MIL-1750 규격의 마이크로 프로세서에 의한 비행 조종 장치
  • 임시 플라이트 패스 조종에 배기 방향 변환, 또는 스러스트 리버스를 이용하는 시스템의 통합
  • 메커니컬 및 각종 디지털 방식의 백업 조종 계통 없이 4중 FBW


IFPC는 조종사가 상황에 따라, 통상 외에, 단거리 이륙/진입, 단거리 이착륙, 순항, 전투 중 어느 모드를 선택하면, 조종사에 의한 통상 조작을 받은 스로틀 레버나 조종간의 센서 출력에 따라 추가 기기의 제어를 함으로써 목적을 달성하도록 되어 있다.

강착 장치에 관해서는 앞다리, 주 다리 모두 스트러트 스프링의 비율과 유압 댐핑 특성의 변경만 이루어졌다.[22] 하지만, 높이 차이 4.5in(11.4cm)의 요철이 있는 면에서의 시험에서도 강도나 운용 능력에는 문제가 없다고 판정되었다.

; F-15 ACTIVE

: F-15S/MTD는 1993년에 미국 공군에서 NASA로 이관되어 실험을 계속하고 있다. 여기에서 F-15S/MTD는 F-15 ACTIVE(Advanced Control Technology for Integrated Vehicles: 선진 제어 기술 통합 항공기)로 이름을 바꾸고[24][25], 항공기 자체의 조종성·제어성 향상을 목표로 하는 실험기로 엔진을 F100-PW-229로 교체[26], Su-37과 같은 삼차원 추력 편향 노즐을 장착하고 제어 소프트웨어 등도 일신하여 1996년 4월 24일부터 시험 비행을 실시하고 있다. 다만, 구조상 Su-37처럼 코브라를 수행할 수는 없다.

; F-15 IFCS

: 1999년에 실험은 '지능형 비행 제어 시스템' 개발 '신경망 프로젝트'로 이행하여, 이에 따라 'F-15 IFCS'로 개명했다. 이 시스템은 탑재 기체에 피탄이나 고장 등으로 인한 이상 영향을 실시간으로 학습하여 자동적으로 대응함으로써 조종자의 부담을 없애는 것을 목표로 하는 차세대 기체 제어 시스템으로 기대된다. 이 시스템은 NASA 에임스 연구 센터와 보잉 통합 방위 시스템 부문 팬텀웍스, 웨스트버지니아 대학교의 Scientific Research 연구소, 조지아 공과대학교 등이 공동으로 개발을 진행했으며, 2003년부터 시스템 실험을 시작, 2005년부터 개조된 F-15에 시스템을 탑재하여 실험을 진행했으며, 2007년에 연구를 종료했다.

; F-15B SBRDC/ECANS

: 우주 개발 통신 및 항법 시스템(ECANS) 프로그램의 일환으로 진행된 '우주 배치 계측 데몬스트레이션 및 인증'(SBRDC) 연구 시 개명된 명칭. 최신 우주 통신 시스템 개발을 목적으로, 우주 개발 지원에 사용되는 지상의 인프라를 간소화할 가능성을 추구하는 것이다.[27]

; F-15 MANX

: F-15 ACTIVE의 꼬리 날개를 제거한 타입. 다만, 실제로 제작되지는 않았다.

4. 시험 및 평가

단거리 이착륙기 개발 실험을 주요 목적으로 "애자일 이글 프로젝트"가 진행되었다. 이 프로젝트는 장래 전투기를 위한 신기술을 조사하는 목적도 있었다. 단거리 이착륙(STOL) 성능은 운용 기동성을 저하시키지 않으면서 다음 조건을 만족하는 것을 목표로 했다[14]。

조건내용
활주로 치수457m × 15m
야간 및 악천후 운용 능력운저고도 약 60.96m, 시정 약 0.80km
젖은 활주로 운용가능
측풍 조건30kt의 측풍 하에서 이착륙
장비 형태통상적인 F-15와 같은 기내 및 기외 장비 형태에서의 운용



맥도넬 더글러스사는 1984년 10월 1일에 1.178억달러로 미국 공군의 비행 공력 연구소와 기체 설계, 개조, 시험 계약을 체결했다.[15] 5년 기간의 이 계약에서 맥도넬 더글러스사가 주 계약사, 프랫 & 휘트니사 (엔진 배기 노즐), 제너럴 일렉트릭사 (신형 비행 조종 시스템), 내셔널 워터 리프트사 (플라이 바이 와이어, FBW), 클리블랜드 매틱사 (강착 장치)가 부 계약사로 선정되었다.

1985년 말까지 제1단계로 기체 설계와 엔진 배기 노즐 개발을 실시했다. 기체는 미국 공군 소유의 시제 11호기(복좌형 1호기) TF-15B (71-0290)를 차용하여 다음 기술들을 탑재했다.


  • 2차원 추력 벡터링/추력 반전 배기 노즐 (2D TV/TR)
  • 비행 조종 및 엔진 제어 시스템 통합 (IFPC)
  • 비포장 지면 운용 가능한 강착 장치
  • 기상 착륙 유도 표시 장치
  • 첨단 조종사·항공기 인터페이스 (PVI) 시스템


1986년부터 제2단계로 기체 개수 작업이 진행되었다. 1988년 9월 7일 첫 비행을 실시했고, 개수된 기체는 "F-15 S/MTD" (단거리 이착륙/기동 기술 데몬스트레이터)로 명명되었다.

1989년 초 2차원 추력 편향 노즐을 장착, 5월 10일에 2차원 추력 편향 노즐 장착 후 첫 비행이 이루어졌다. 이후 13개월 동안 총 100회의 비행 시험이 예정되었다.

1988년 전반부터 지상 시험 (지상 진동 시험, 구조 모드 상호 작용, 엔진 운전, 시스템 시험 등)이 실시되었다[23]. 미국 공군 비행 시험 센터, 통합 시험 군에서 초도 비행 종료 후 9월부터 비행 시험이 시작되었다. 비행 시험 항목은 7가지로 분류되었다.

  • 통상형 배기 노즐 페이즈: 25회
  • 2D TV/TR 기능 체크 비행: 5회
  • 페리 비행: 2회
  • 비행 가능 영역 확장 비행: 30회
  • 성능 확인 페이즈: 20회
  • 기술 개발 페이즈: 10회
  • 사용법 결정 페이즈: 5회


애자일 이글 프로젝트는 1991년 8월 15일 F-15 S/MTD의 마지막 비행으로 종료되었다.

5. 대중 문화


  • 1993년 애니메이션 영화 ''기동경찰 패트레이버 2 the Movie''에서는 2002년을 배경으로 3대의 불량 F-16J(비행편 "와이번") 편대가 STOL/MTD 기체 부품을 일부 갖춘 2쌍의 반가상 F-15J Kai+(비행편 "위저드"와 "프리스트")에 의해 요격되는 장면이 나온다.[1]
  • ''에이스 컴뱃'' 시리즈에서 F-15 STOL/MTD는 플레이어가 사용할 수 있는 기체로 등장하며, 일부 적대 세력의 주력 기체로도 사용되었다.[2] ''에이스 컴뱃 제로: 더 벨칸 워''에서는 소서러 팀이 8대의 F-15 STOL/MTD를 운용한다.[2] ''에이스 컴뱃 3: 일렉트로스피어''에서는 가상의 현대화 파생형인 F-15S/MT 이글+가 주요 적대 세력인 심해 디종에 의해 사용된다.[2]
  • ''Project Wingman'' 비디오 게임에서는 F/S-15라는 이름으로 등장한다.[3] 연합군과 적군 모두 사용하며, 플레이어가 사용할 수도 있다.[3]

6. 제원

F-15S/MTD와 F-15 ACTIVE는 실험기로, 양산이나 무장 탑재는 이루어지지 않았다. 아래는 각 기체의 제원이다.

; F-15S/MTD

항목내용
승무원2명
전장19.7m
전폭13m
전고5.64m
익면적58.2m2
자체 중량12,232 kg
최대 이륙 중량31,930 kg
동력프랫 & 휘트니 F100-PW-200 터보팬 엔진 (A/B: 10,578 kgf) × 2
최대 속도마하 2.1
항속 거리4,405 km
실용 상승 한도17,750 m



; F-15 ACTIVE

F-15 ACTIVE의 3차원 추력 편향 노즐, 1996년


항목내용
승무원2명
전장19.42m (피토관 제외)
전폭13m
전고5.64m
자체 중량15,876 kg
동력프랫 & 휘트니 F100-PW-229 터보팬 엔진 (A/B: 12,900 kgf) × 2
연료 탑재량5225kg (약 1,700 갤런)


6. 1. F-15 STOL/MTD



1975년, 랭글리 연구소는 2차원 추력 편향 노즐 연구를 지원하는 프로그램을 시작했다.[7] 1970년대 초, 정부와 업계의 연구를 통해 추력 편향 2-D 노즐 개념의 상당한 이점이 확인되었다.[7]

1977년, 랭글리는 맥도넬 더글러스사와 함께 F-15에 추력 편향, 추력 반전, 2-D 노즐을 통합하는 시스템 연구를 시작했다. 1984년, 공군 비행 역학 연구소와 공군 항공 시스템 사령부는 맥도넬 더글러스에 STOL/MTD 첨단 개발 실험 항공기 계약을 체결했다.[7]

STOL/MTD 프로그램에 사용된 항공기[6]는 1991년 프로그램이 성공적으로 완료된 이후 여러 번 비행했으며, 저속 성능 향상을 위해 추력 편향과 카나드 앞날개를 사용했다. 이 항공기는 짧은 활주로에서 운용하기 위한 첨단 기술을 시험했다. 이 F-15는 공격받는 비행장에서의 전쟁기 생존성 및 전투 능력을 향상시키기 위한 공군 기지 운용성(ABO, Air Base Operability) 개선 노력의 일환이었다.

F-15 STOL/MTD는 젖고 폭탄으로 파손된 활주로에서 이착륙하는 방법을 시험했다. 이 항공기는 가역 엔진 추력, 20도 편향 가능한 제트 노즐, 그리고 카나드 앞날개를 조합하여 사용했다. 1988년 F-15에 피치 벡터링/반전 노즐과 카나드 앞날개가 장착되었다. 카나드 앞날개는 F/A-18의 수평미익에서 파생되었다.[11][8]

1991년 8월 15일, 맥도넬 더글러스가 비행 목표를 달성한 후 프로그램을 종료하기 전,[7] F-15 STOL/MTD 항공기는 다음과 같은 인상적인 성능 결과를 달성했다.

  • 42mi/h의 낮은 속도로 회전하는 벡터 이륙 시연[7]
  • 이륙 거리 25% 감소[7]
  • 표준 F-15(약 2286.00m)에 비해 단 약 502.92m의 활주로에서 착륙[7]
  • 비행 중 추력 반전을 통해 급격한 감속[7]


STOL/MTD의 결과는 차세대 전술 전투기 프로그램의 요구 사항을 알리는 데 도움이 되었으며, 이는 F-22 개발로 이어졌다.[8]

개조 대상인 71-0290호기는 F-15의 전 규모 개발기로 제조되었으며, 1973년 첫 비행 이후 2,200시간의 비행을 기록했다. 높은 받음각에서의 원활한 비행 제어와 목표인 30kt의 측풍 상태에서의 착륙을 위해 F/A-18의 수평미익이 공기 흡입구 부분에 카나드 날개로 장착되었다. 주익 윗면에는 신소재로 알루미늄-리튬 합금이 사용되었다.[16] 또한, 배기 노즐 가변 액추에이터용 별도 유압 시스템, 백업 전기 시스템과 플라이트 패스 제어 세트(FPCS), 배기 노즐 컨트롤러, 배터리 충전 시스템이 새로 장착되었으며, 중앙 컴퓨터, FPCS, NC용 각 소프트웨어도 새로 제작되었다.

F-15E와 동일한 조종석[17]에는 PVI 시스템이 탑재되어[18] 조종석 표시 장치를 통해 HUD 상에 정보를 표시한다. 레이더는 휴즈사(당시)의 AN/APG-70을 장착하고, 마틴 마리에타사의 LANTIRN도 휴대하지만, 이들은 착륙 시 조종사를 지원하는 것을 목적으로 한다.[19]

탑재된 2차원 스러스트 벡터링/스러스트 리버싱 배기 노즐(2D TV/TR)[20]은 비행 중에 배기 노즐의 각도를 ±20°의 범위에서 작동시킬 수 있으며, 공중에서 스러스트 리버스를 걸 수도 있었다. 애프터 버너를 일반 배기 노즐로 운용할 수 있는 등, 다채로운 운용이 이루어졌다.[21] 이 2차원 추력 편향 노즐의 기술은 F-22에도 사용되었다.

F-15 S/MTD에는 카나드 날개나 2차원 추력 노즐과 같은 새로운 기구의 장착으로 예상되는 파일럿의 부담 증가를 경감하기 위해 다음과 같은 통합 비행 및 추진 제어(IFPC, Integrated Flight and Propulsion Control) 장치가 통합되었다.

  • MIL-1750 규격의 마이크로 프로세서에 의한 비행 조종 장치
  • 임시 플라이트 패스 조종에 배기 방향 변환 또는 스러스트 리버스를 이용하는 시스템 통합
  • 메커니컬 및 각종 디지털 방식의 백업 조종 계통 없이 4중 FBW


IFPC는 조종사가 상황에 따라 통상, 단거리 이륙/진입, 단거리 이착륙, 순항, 전투 중 어느 모드를 선택하면, 조종사에 의한 통상 조작을 받은 스로틀 레버나 조종간의 센서 출력에 따라 추가 기기의 제어를 함으로써 목적을 달성하도록 되어 있다.

강착 장치에 관해서는 앞다리, 주 다리 모두 스트러트 스프링의 비율과 유압 댐핑 특성의 변경만 이루어졌다.[22] 하지만, 높이 차이 약 11.43cm의 요철이 있는 면에서의 시험에서도 강도나 운용 능력에는 문제가 없다고 판정되었다.

; F-15S/MTD

항목내용
승무원2명
전장19.7m
전폭13m
전고5.64m
익면적58.2m2
자체 중량12,232kg
최대 이륙 중량31,930kg
동력F100-PW-200 터보팬 엔진 (A/B: 10578kgf) × 2
최대 속도마하 2.1
항속 거리4,405km
실용 상승 한도17,750m


6. 2. F-15 ACTIVE

1990년대에 동일한 F-15 기체(미 공군 S/N 71-0290)는 ACTIVE("Advanced Control Technology for Integrated Vehicles", 통합 차량을 위한 첨단 제어 기술) 프로그램에 맞춰 추가로 개조되었다(카나드와 노즐은 유지). 이 프로그램에서는 프랫 & 휘트니의 피치/요 밸런스 빔 노즐(P/YBBN)과 첨단 제어 로직 프로그래밍이 연구되었다. NASA는 1993년에 이 비행기를 인수하여 엔진을 P/YBBN이 장착된 프랫 & 휘트니 F100-229 엔진으로 교체했다.[9] ACTIVE 구성에서 이 기체는 LANCETS("lift and nozzle change effects on tail shock", 꼬리 충격에 대한 양력 및 노즐 변경 효과) 프로그램에도 사용되었으며, 이 프로그램에서는 계산된 초음속 충격파 매개변수와 비행 중 측정된 매개변수가 비교되었다. LANCETS 비행 테스트는 2008년 12월에 종료되었다.[10] F-15 ACTIVE는 1993년부터 1999년까지 운용되었으며, 1996년 10월 31일에 최대 마하 1.95에서 추력 벡터링이 시연되었다.

이후 이 항공기는 1999년부터 2008년까지 F-15 IFCS (지능형 비행 제어 시스템) 프로그램에 사용되었다. 또한 2006년부터 2007년까지 탐사 통신 및 항법 시스템 프로그램(SBRDC/ECANS)에 따른 우주 기반 거리 시연 및 인증 프로젝트, 고안정성 엔진 제어(HISTEC) 프로그램, 1997년의 고속 연구 음향에도 사용되었다.

맥도넬 더글러스(당시)가 중심이 되어 복좌형 원형 1호기를 개조한 실험기이다. 기체는 개조를 통해, 통상적인 수평 꼬리날개와 F/A-18의 수평 꼬리날개를 유용(流用)한 카나드를 함께 갖는 삼익기가 되었다.

각종 실험과 신기술 평가를 위해 개수를 거듭하여, ACTIVE, IFCS 등으로 이름을 바꾸었고, 2009년 1월 30일까지 NASA에서 실험이 실시되었다[12] . 이후 에드워드 공군 기지에서 전시되어 있다[13] .

실험기이기 때문에, 양산이나 무장의 탑재는 이루어지지 않았지만, 투입된 기술은 F-22와 같은 신형기 개발에 활용되었다.

; F-15ACTIVE

항목내용
승무원2명
전장19.42m (피토관 제외)
전폭13m
전고5.64m
자체 중량15,876kg
동력프랫 & 휘트니 F100-PW-229 터보팬 엔진 (A/B: 12900kgf) × 2
연료 탑재량5,225kg (약 1,700갤런)


참조

[1] 웹사이트 Boeing: History -- Chronology – 1988 – 1992 http://www.boeing.co[...] Boeing c. 2010
[2] 웹사이트 Fact Sheets: MCDONNELL DOUGLAS F-15A http://www.nationalm[...] 2017-07-15
[3] 웹사이트 Aircraft Description http://www.nasa.gov/[...] NASA 2010-04-19
[4] 웹사이트 NASA Armstrong Fact Sheet: NF-15B Research Aircraft https://www.nasa.gov[...] 2014-02-28
[5] 웹사이트 NF-15B https://www.hmdb.org[...] 2018-08-11
[6] 웹사이트 AFRL Acronyms http://www.wpafb.af.[...] USAF 2010-04-19
[7] 서적 Partners in Freedom: Contributions of the Langley Research Center to US Military Aircraft of the 1990 NASA 2010-04-20
[8] 서적 Advanced Tactical Fighter to F-22 Raptor: Origins of the 21st Century Air Dominance Fighter American Institute of Aeronautics & Astronautics
[9] graphics collection F-15 ACTIVE http://www.dfrc.nasa[...] NASA
[10] 뉴스 Sonic Solutions http://www.aviationn[...] 2009-01-05
[11] 웹사이트 NASA Armstrong Fact Sheet: NF-15B Research Aircraft http://www.nasa.gov/[...] 2014-10-20
[12] 웹사이트 NASA NF-15B Research Aircraft http://www.nasa.gov/[...] 2015-08-06
[13] 웹사이트 NF-15B Historical Marker https://www.hmdb.org[...] 2020-11-12
[14] 문서 エアワールド」1990年5月号p70
[15] 문서 エアワールド」1990年5月号p71
[16] 문서 エアワールド」1990年5月号p72
[17] 문서 これは、原型機がF-15Eの電子機器開発に用いられていたためで、必要な機能を追加してそのまま使用している
[18] 문서 エアワールド」1990年5月号p75
[19] 문서 世界の名機シリーズ F-15イーグル」65p
[20] 문서 2D TV/TRは当初の計画案の重量を超過したため、新しい加工法と軽量の新素材を適用するよう再設計されたため、全体の開発スケジュールに若干の影響を及ぼした
[21] 문서 アフターバーナー時は可変ノズル部が全開となり、リバース・モードでは排気部をシャットアウトし、排気ノズル上下にある可変ベーンから排気を前方に向けて放出する。アプローチ時にはこのベーンを45°から135°の間でセットし、進入速度を調節することができる
[22] 문서 エアワールド」1990年5月号p73
[23] 문서 エアワールド」1990年5月号p76
[24] 문서 NF-15B ACTIVEと表記される場合もある
[25] 문서 Jウイング」2007年5月号p29
[26] 웹사이트 NASA Dryden F-15 ACTIVE Graphics Collection http://www.dfrc.nasa[...]
[27] 문서 世界の名機シリーズ F-15イーグル」66p
[28] 문서 저속에서의 조종성을 향상시키기 위해 앞쪽에 단 작은 날개이다.
[29] 웹인용 NASA Armstrong Fact Sheet: NF-15B Research Aircraft http://www.nasa.gov/[...] 2014-10-20


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