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F-16XL

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목차

1. 개요

F-16XL은 제너럴 다이내믹스에서 개발한 F-16 파이팅 팰컨의 파생형으로, 향상된 전술 전투기(ETF) 계획에 따라 개발되었다. 초음속 순항 성능을 목표로 시작했으나, 탑재량과 순항거리 향상에 초점을 맞춰 설계가 변경되었다. 2대의 시제기가 제작되었지만, F-15E 스트라이크 이글에 밀려 채택되지 못했다. 이후 미 항공우주국(NASA)으로 넘겨져 층류 연구를 위한 실험기로 사용되었으며, 2009년에 퇴역하여 현재 에드워드 공군 기지에 전시되어 있다.

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F-16XL
기본 정보
1984년 USAF의 강화된 전술 전투기 계약을 위해 F-15E와 경쟁한 F-16XL
1984년 USAF의 강화된 전술 전투기 계약을 위해 F-15E와 경쟁한 F-16XL
기종실험용 전투기
제작 국가미국
제작사제너럴 다이내믹스
개발 원형제너럴 다이내믹스 F-16 파이팅 팰컨
첫 비행1982년 7월 3일
퇴역2009년
생산 대수2대
주요 운용국미국 공군
기타 운용국미국 항공우주국
파생형존재하지 않음
개발
설계자정보 없음
운용
도입정보 없음
현황정보 없음

2. 개발

1977년, F-16XL은 제너럴 다이내믹스 포트워스에서 초음속 순항과 조종 원형(SCAMP) 개발 프로그램으로 시작되었다. 초기 목표는 초음속 수송기 기술을 군용기에 적용하는 실험이었다. 회사는 자체 연구 개발 기금을 풍동 실험에 투자하여 1978년까지 400형 설계를 만들었다.

1981년 3월, 미 공군은 F-111 아드바크의 노후화에 따라 향상된 전술 전투기(ETF) 계획을 발표하였다. 이 계획은 제공 전투 능력, 대지상 공격 능력, 초음속 순항성 등을 요구했다. 제너럴 다이내믹스는 기존 기체를 개조하더라도 초음속 순항이 가능하다고 판단하여 F-16 개조를 제안했지만, EFF 계획은 중지되었다.

이후 맥도넬 더글러스가 F-15E 스트라이크 이글의 원형을 1981년에 첫 비행하게 되자 계획이 재개되었고, 제너럴 다이내믹스도 이전의 F-16을 크게 개조한 F-16XL을 1982년 7월 3일에 띄우게 된다. 원래 초음속 순항 성능을 목표로 하였으나, 요구 사양이 변경되어 탑재량과 순항 거리 향상을 위해 초음속 순항 성능을 포기했다.

1984년 2월 시험 비행에는 2대의 시제기가 참가했다. 하지만 F-15E 스트라이크 이글이 더 높게 평가되어 F-16XL은 채택되지 않았다. F-16XL은 단좌형은 F-16E, 복좌형은 F-16F로 불릴 예정이었다.

1988년, 두 비행기는 미항공우주국(NASA)으로 넘겨져 실험기로 사용되고 있다.

2. 1. SCAMP (초음속 순항 및 기동성 프로토타입)

1977년 F-16XL은 제너럴 다이내믹스 포트워스에서 초음속 순항과 조종 원형(Supersonic Cruise and Maneuver Prototype, SCAMP) 개발 프로그램으로 시작되었다. 초기 목표는 초음속 수송기 기술을 군용기에 적용하는 실험이었다. 회사는 자체 연구 개발 기금을 풍동 실험에 투자하여 1978년까지 400형 설계를 만들었다.

1977년 말 SCAMP 설계팀, 왼쪽부터: 해리 힐레이커, 앤드루 루이스, 케니 반스, 짐 고든


경량 전투기 프로그램에서 승리한 직후, 제너럴 다이내믹스 포트워스는 F-16A와의 부품 호환성을 유지하면서 공대공 및 공대지 임무 능력을 모두 향상시키는 것을 목표로 F-16 파생형에 대한 연구를 시작했다.[1] 해리 힐레이커(원래 F-16의 설계자)의 지도 아래 SCAMP 프로젝트가 시작되었다. 전진익을 포함한 여러 날개 설계가 고려되었지만, 훨씬 더 효율적인 양항비를 가진 큰 "크랭크 애로우" 날개가 채택되었다.

회사는 NASA의 랭리 연구 센터와 긴밀히 협력했으며 풍동 시험을 위해 상당한 연구 개발(R&D) 자금을 투자했다. 여러 해 동안 설계를 개선하여 1980년 말에 최종 F-16XL 설계를 이끌었다.

1981년 3월, 미공군은 F-111 아드바크(Aardvark)의 노후화로 향상된 전술 전투기(ETF) 계획을 발표하였다. 이는 제공 전투능력, 대지상 공격능력, 초음속 순항성 등을 필요로 했다. 이에 제너럴 다이내믹스는 기존 기체를 개조하더라도 초음속 순항이 가능하다고 판단, F-16 개조를 제안하였다. 그러나 EFF 계획은 중지되었다.

이후 맥도넬 더글라스가 F-15 파생형인 F-15E 스트라이크 이글의 원형을 1981년에 첫 비행하게 되자 계획이 재개되었고, 제너럴 다이내믹스도 이전의 F-16을 크게 개조한 F-16XL을 1982년 7월 3일 띄우게 된다. 원래는 초음속 순항 성능을 목표로 하였으나, 요구사양이 변경되어 탑재량과 순항거리 향상을 위해 초음속 순항성능을 포기하게 되었다.

1984년 2월 시험비행에는 2대의 시제기가 참가하였다. 하지만, F-15E가 더 높게 평가되어 F-16XL은 채택되지 않았다. F-16XL은 단좌형은 F-16E, 복좌형은 F-16F로 불릴 예정이었다.

1988년, 두 비행기는 미항공우주국으로 넘겨져 실험기로 사용되고 있다.

2. 2. 향상된 전술 전투기 (ETF) 경쟁

1981년 3월, 미 공군은 F-111 아드바크의 노후화로 인해 강화된 전술 전투기(ETF) 계획을 발표하였다. 이 계획은 제공 전투 능력, 대지상 공격 능력, 초음속 순항성 등을 요구했다. 제너럴 다이내믹스는 기존 기체를 개조하여 초음속 순항이 가능하다고 판단하여 F-16 개조를 제안했다.

맥도넬 더글러스가 F-15의 파생형인 F-15E 스트라이크 이글의 원형을 1981년에 첫 비행을 하게 되자, 제너럴 다이내믹스도 F-16을 크게 개조한 F-16XL을 1982년 7월 3일에 띄우게 된다. 원래는 초음속 순항 성능을 목표로 하였으나, 요구 사양이 변경되어 탑재량과 순항 거리 향상을 위해 초음속 순항 성능을 포기했다.

두 항공기는 동일한 역할을 두고 경쟁했지만, 설계 접근 방식은 상당히 달랐다. F-15E는 기본 F-15B 또는 D에서 거의 변경이 필요 없었던 반면, F-16XL은 원래의 F-16과 구조적, 공기역학적 차이가 컸다.[3] 따라서 F-16XL은 완전 생산에 훨씬 더 많은 노력, 시간 및 비용이 필요했을 것이다.[4] 또한, F-15E는 두 개의 엔진을 가지고 있어 최대 이륙 중량이 훨씬 더 높았고 엔진 고장 시 중복성을 확보할 수 있었다.[4]

1984년 2월 시험 비행에는 2대의 시제기가 참가했다. 하지만 F-15E가 더 높게 평가되어 F-16XL은 채택되지 않았다.[5][6] 제너럴 다이내믹스가 경쟁에서 승리했다면, F-16XL은 F-16E/F(E는 단좌, F는 복좌)로 생산되었을 것이다.[4]

F-16XL과 기존 F-16

3. 설계

F-16XL은 F-16을 기본으로 개조되었으나, 그 형태가 크게 달라졌다.

주로 개조된 부분은 날개이다. 주 날개와 뒷부분의 수평 제어 날개면은 기존의 날개 넓이보다 120% 넓은 꺾인 화살표 모양의 삼각익으로 대체되었다.[7] 탄소복합섬유를 사용하여 270kg의 무게를 감소시켰으나,[7] 여전히 원형보다는 1300kg 더 무거웠다. 또한, 동체 하위부품의 연결 부분에 2구획이 추가되어 동체가 1.4m 길어졌고, 꼬리날개는 뒷쪽으로 3도가량 기울어졌다. 그리고, 배면의 수직안정판은 이착륙시 지면과 부딪히지 않도록 제거되었다. F-16XL은 F-16보다 큰 안정성을 보였다.

이러한 변경으로 초음속에서의 양항비가 25% 향상되었고,[9] 아음속에서는 11% 향상되었고, 조종이 안정되었다. 또한, 연료의 적재량이 82% 증가하였다. F-16XL은 F-16보다 두 배의 무기를 40% 더 멀리 운반할 수 있었다. 확장된 날개는 27 군데에 장비를 탑재할 수 있었다.

F-16XL 항공기의 공대공 좌측 하부 뷰. 이 항공기는 양쪽 날개 끝에 AIM-9 사이드와인더 미사일 2발과 동체에 장착된 AIM-120 AMRAAM 미사일 4발, 그리고 12발의 Mark 82 500파운드 폭탄으로 무장했다.

4. NASA 시험

NASA F-16XL #2, 층류 유동 연구 수행 중


NASA 테스트 동안 사용된 수동 및 능동 공기역학적 글러브


NASA F-16XL #1이 NASA SR-71A와 함께 비행


1988년, 두 대의 F-16XL 항공기는 고속 민간 수송기(HSCT) 프로그램의 초음속 층류(laminar flow) 연구를 위해 NASA 드라이든 비행 연구 센터(Ames-Dryden Flight Research Facility)로 이관되었다.[15][13] F-16XL은 크랭크 화살표 날개와 고속, 고고도 성능으로 인해 이러한 테스트에 이상적인 기종으로 평가받았다. 이 테스트는 NASA와 보잉(Boeing), 맥도넬 더글러스(McDonnell Douglas), 록웰 인터내셔널(Rockwell International) 등 산업체 팀이 함께 수행했다. 주된 목표는 날개 전체에 층류를 달성하고, 전산 유체 역학(CFD) 설계 방법론을 검증하며, 능동 흡입 시스템을 테스트하는 것이었다. 이를 위해 수동 또는 능동 흡입 공기역학적 글러브가 설치되었다. 능동 흡입 글러브는 초음속 비행 중 날개 위 난류(turbulent airflow)를 흡수하여 층류를 복원하고 항력(Drag (physics))을 줄이는 역할을 했다. NASA 랭글리 연구 센터(Langley Research Center)는 F-16XL 실험을 개발하고 조정하는 역할을 맡았다.[14]

F-16XL-1에는 왼쪽 날개에 능동 흡입 글러브가 장착되었다. 이 글러브는 노스 아메리칸 항공(North American Aviation)에서 설계 및 제작했으며, 표면에 간격으로 직경 의 미세한 구멍들이 레이저로 뚫려 있었다. 흡입은 컨베어 880(Convair 880) 에어컨 터보 압축기를 통해 이루어졌으며, 이 압축기는 원래 20mm 캐논 탄약이 있던 자리에 설치되었다.[15] 글러브는 날개 면적의 이상을 덮었다. F-16XL-1은 1990년 5월부터 1992년 9월까지 총 31회의 시험 비행을 통해 글러브 성능을 테스트했다.[13] 이후에는 이륙 성능, 엔진 소음, 음속 붐 현상 등을 পরীক্ষা করার জন্য 사용되었다.

F-16XL-2는 엔진이 더 강력한 제너럴 일렉트릭 F110(General Electric F110)로 교체되었다.[6] 이를 통해 이전 ETF 테스트에서는 달성하지 못했던 F-16XL의 설계 목표 중 하나인 제한적인 초순항(supercruise) ( 고도에서 최대 군사력으로 Mach 1.1)을 달성했다.[16] 이 기체에는 오른쪽 날개에 수동 글러브, 왼쪽 날개에 능동 흡입 글러브가 장착되었다.[13] 수동 글러브는 날개 위 공기 흐름의 특성을 측정하는 장비가 부착되어 있었다. 능동 흡입 글러브는 보잉(Boeing)에서 설계 및 제작했으며, 티타늄 재질로 만들어졌다. 표면에는 직경 의 미세한 구멍 1,200만 개 이상이 간격으로 레이저로 뚫려 있었다.[15] 흡입은 보잉 707(Boeing 707)의 객실 공기 가압 터보 압축기를 통해 이루어졌으며, 이 압축기는 원래 20mm 탄약 드럼이 있던 자리에 설치되어 오른쪽 날개 위로 공기를 배출했다.[13] F-16XL-2는 1995년 10월부터 1996년 11월까지 총 45회의 시험 비행을 수행했다.[15]

초음속 층류 달성에 "상당한 진전"이 있었음에도 불구하고, 두 항공기 모두 목표했던 속도와 고도에서 원하는 수준의 층류 특성을 완벽하게 অর্জন করতে পারেনি. 그러나 NASA 관계자들은 이 테스트 프로그램이 전반적으로 성공적이었다고 평가했다.[13] NASA는 초음속 층류 연구를 계속하기 위해 투폴레프 Tu-144(Tupolev Tu-144)를 사용하는 방안을 잠시 검토했으나, 예산 제약으로 인해 추진하지 못했다.

1999년 테스트 프로그램 종료 후, 두 F-16XL은 NASA 드라이든에 보관되었다.[6] 2007년, 보잉(Boeing)과 NASA는 F-16XL-1을 다시 비행 가능한 상태로 복구하고, 미국 공군 F-16 블록 40에서 발견된 여러 개선 사항을 적용하여 음속 붐 완화 기술을 추가로 연구하는 방안을 검토했다.[17] F-16XL-1은 드라이든에서 택시 테스트와 시스템 점검을 받았으나,[17] 결국 두 F-16XL 모두 2009년에 퇴역하여 에드워드 공군 기지에 보관되었다.[18]

5. 전시


  • 75-0747은 캘리포니아 에드워드 공군 기지의 공군 비행 시험 박물관 에어 파크에 전시되어 있다.[19]
  • 75-0749는 캘리포니아주 에드워드 공군 기지의 공군 비행 시험 박물관에 보관되어 있다.[19]

6. 제원 (F-16XL no.2)

wikitext

F-16XL no.2 제원
승무원1명 (XL #1) 또는 2명 (XL #2)
전장약 16.46m
익폭약 9.75m (AIM-9을 윙팁 마운트에 장착시 약 10.36m)
전고약 5.18m
주익 면적약 61.59m2
자체 중량약 9596.65kg
총 중량약 21772.42kg
최대 이륙 중량약 21772.42kg
엔진제너럴 일렉트릭 F110-GE-100 터보팬 엔진 1기
최대 추력17100lbf
애프터버너 가동 시 추력28900lbf
최고 속도마하 2.0
항속 거리1985nmi (1985년 10월까지 달성한 최장 거리)
최대 항속 거리2245nmi (600gal 드롭 탱크 2개 장착 시)
실용 상승 한도약 16764.00m
상승률62000ftmin
무장1 × 20 mm M61 발칸 회전식 기관포
파일론17개
최대 탑재량최대 약 6803.88kg (스테이션 2–5 및 13–16은 F-15E와 유사하게 그룹으로 분할)


참조

[1] 논문
[2] 논문
[3] 논문
[4] 논문
[5] 웹사이트 February 24, 1984: F-15 Became the Air Force's New Dual-Role Fighter https://www.aftc.af.[...] Air Force Flight Test Center 2023-03-08
[6] 웹사이트 The F-16XL: This Advanced F-16 Variant Lost Out To The F-15E Strike Eagle, But Was It Better? https://avgeekery.co[...] 2017-11-11
[7] 논문
[8] 논문
[9] 논문
[10] 논문
[11] 웹사이트 The Revolutionary Evolution of the F-16XL https://www.airandsp[...]
[12] 논문
[13] 웹사이트 NASA - NASA Dryden Technology Facts - F-16XL Supersonic Laminar Flow https://www.nasa.gov[...] NASA
[14] 웹사이트 Past Projects: F-16XL Ship #2 Supersonic Laminar Flow Control http://www.nasa.gov/[...] NASA 2017-05-10
[15] 논문
[16] 논문
[17] 논문
[18] 웹사이트 F-16XL (Ship #1) https://www.nasa.gov[...] NASA Armstrong Flight Research Center 2011-04-19
[19] 웹사이트 Aircraft Inventory List https://flighttestmu[...] The Flight Test Museum Foundation
[20] 서적
[21] 웹사이트 F-16
[22] 서적
[23] 웹사이트 F-16 XL, Cranked-Arrow Wing http://www.f-16.net/[...]


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