제너럴 일렉트릭 F110

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1. 개요
2. 개발 배경
- 2.1. 대한민국과의 관계
3. 설계 특징
- 3.1. 파생형
4. 적용 기체
- 4.1. 전투기
- 4.2. 기타
5. 제원
참조

1. 개요

제너럴 일렉트릭 F110은 1970년대 프랫 & 휘트니 F100 엔진의 대안으로 개발된 제너럴 일렉트릭(GE)의 터보팬 엔진이다. F110은 신뢰성, 운용성 및 성능 간의 균형에 중점을 두었으며, 다양한 파생형을 통해 전투기의 성능 향상에 기여했다. F-16, F-14, F-15 등 다양한 기종에 장착되었으며, 대한민국 공군의 F-15K, 일본의 F-2에도 라이선스 생산된 파생형이 사용된다.

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제너럴 일렉트릭 F110
개요
종류	터보팬
원산지	미국
제조사	GE 에어로스페이스
최초 가동	1980년대
주요 사용처	제너럴 다이내믹스 F-16 파이팅 팔콘 그러먼 F-14B/D 톰캣 맥도넬 더글러스 F-15E 스트라이크 이글 보잉 F-15EX 이글 II 미쓰비시 F-2 TAI TF 칸
개발 기반	제너럴 일렉트릭 F101
파생형	제너럴 일렉트릭 F118

2. 개발 배경

F110은 제너럴 일렉트릭(GE)이 1970년대 미국 전투기 엔진 시장에 다시 진입하려는 노력과, 미국 공군이 F-15와 F-16에 사용되던 프랫 & 휘트니 F100 엔진의 신뢰성, 수명 및 유지보수 문제를 해결하고자 하는 요구가 맞물려 개발되었다. 1975년, GE는 자체 자금으로 B-1 폭격기용 F101 엔진의 파생형인 F101X 개발을 시작했다. F101X는 F404에서 확대된 더 작은 팬을 사용하여 전투기 엔진에 더 적합한 추력을 냈다.^[3]

지미 카터 행정부가 B-1A를 취소하면서 GE는 전투기 엔진 시장에 F101X를 제공하는 데 더 집중했다. 이 엔진은 공군의 엔진 모델 파생 프로그램(EMDP)의 지원을 받아 1979년에 F101 파생 전투기 엔진(F101 DFE)으로 자금을 지원받기 시작했다. 공군은 F101 DFE를 F100의 잠재적 대안으로 여겼다.^[3]

F110 엔진이 공군의 아놀드 엔지니어링 개발 센터에서 성능 테스트를 받고 있다.

1980년 지상 테스트를 완료한 후, F101 DFE는 F-16에 장착되어 비행 테스트를 거쳤으며, 기존 F100보다 성능과 작동성이 크게 향상되었다. 1982년, 공군은 F101 DFE의 본격적인 개발을 시작했고, 이 엔진은 F-16용으로 선택되어 '''F110-GE-100'''으로 지정되었다. F110의 등장은 프랫 & 휘트니가 F100의 문제를 해결하고 개선된 F100-PW-220 변종을 개발하는 계기가 되었다.^[3]^[4] 1983년, 공군은 "위대한 엔진 전쟁"이라 불리는 대체 전투기 엔진(AFE) 경쟁을 F100과 F110 사이에서 실시하여 엔진 계약을 체결했다. 1984년부터 두 엔진을 모두 구매했으며, 경쟁은 1992년에 종료되었다.^[5]

F-14B 프로토타입, BuNo 157986, F101 DFE를 테스트하고 있다. 해군은 결국 F110-GE-400으로 채택할 것이다.

F101 DFE는 1981년에 F-14B 프로토타입에서도 테스트되었으며, 기존 프랫 & 휘트니 TF30보다 성능이 크게 향상되었다.^[6] 해군은 1984년에 F101 DFE를 선택했고 '''F110-GE-400'''으로 지정했다.^[3]

GE F101의 발전형인 F110은 엔진 코어 설계를 공유한다. P&W F100과 비교했을 때 고고도에서는 추진력 차이가 거의 없지만, 저고도에서는 30% 이상 출력이 높다.^[35]

2. 1. 대한민국과의 관계

F110-GE-129 엔진은 131kN의 추력을 내며, 대한민국 공군의 F-15K에 장착된다. 이전의 모든 F-15는 PW 사의 엔진을 장착하였으며, F-15에 GE 사의 엔진이 장착되는 것은 이것이 처음이다. GE 엔진은 면허 생산 형식으로 삼성테크윈과 공동으로 제작한다.^[1]

F-15E는 AFE 계획에 따라 F100-PW-229 및 F110-GE-129에 대응하는 엔진 베이를 갖추고 있다. F-15E의 한국향인 F-15K는 F110-GE-129를 삼성테크윈(현 한화에어로스페이스)이 라이선스 생산한 F110-STW-129를 채택하여 2005년부터 배치되었다.^[2]

3. 설계 특징

F110-GE-100/400은 낮은 바이패스 비율을 가진 축류식 애프터버닝 터보팬 엔진이다. 2단 저압 터빈으로 구동되는 3단 팬과 1단 고압 터빈으로 구동되는 9단 압축기로 구성되어 있으며, 전체 압력비는 30.4, 바이패스비는 0.87이다.^[7] GE F101의 발전형으로, 엔진 코어 설계를 공유하고 있다.

F100의 높은 추력과 낮은 무게라는 목표와는 대조적으로, F110은 신뢰성, 운용성, 성능 간의 균형에 더 중점을 두었다. 팬과 입구 가이드 베인은 압축기 실속에 대한 저항을 증가시키기 위해 공기 흐름을 원활하게 설계되었다. 이 엔진은 급격한 스로틀 입력에 더 관대하도록 전자 및 유압 기계 제어 시스템을 갖추고 있다.

100과 -400의 주요 차이점은 후자의 증폭기 섹션이 약 50인치 더 길다는 것이다. F-16 C/D Block 30/40에 사용되는 -100은 중간 출력에서 16600lbf의 비설치 정적 추력을 가지며, 애프터버너 작동 시 28200lbf의 추력을 가진다. F-14 B/D에 사용된 -400의 수치는 각각 16333lbf과 26950lbf이다.^[8]

P&W F100과 비교했을 때 고고도에서의 추진력은 거의 차이가 없지만^[35], 저고도에서는 3할 이상 출력이 높다.^[35]

3. 1. 파생형

'''F110-GE-100''': F101 DFE (파생 전투기 엔진)에서 파생된 초기형으로, F-16 블록 30과 40에 장착된다.
'''F110-GE-400''': -100의 해군형으로 F-14에 장착하기 위해 50인치 증강기 연장부가 있으며, F-14A+(후에 F-14B로 명명됨)와 F-14D에 장착된다.
'''F110-GE-129''': 성능이 향상된 엔진으로, F-16 블록 50과 70, F-15K, SG, SA, QA 및 EX에 장착된다.
'''F110-GE-129A''': CFM56-7의 3차원 공력 기술을 피드백하여 연소실, 고압 터빈을 개량하였다. 비행 시간당 비용이 25% 삭감되었다. F-15E에 탑재 시 23,500lb의 공대지 병장을 탑재 가능하다.^[36]
'''F110-IHI-129''': F110-GE-129A를 IHI가 라이선스 생산한 것이다. F-2A/B에 탑재되었다.
'''F110-STW-129''': F110-GE-129A를 삼성테크윈(현 한화 에어로스페이스)이 라이선스 생산한 것이다. F-15K에 탑재되었다.
'''F110-GE-129B''': 129A에 운용 수명 연장(SLEP) 하드웨어를 적용한 개량형이다. 터키 공군의 F-16C/D가 채택했으며, 미국 공군도 340기의 F-16C/D에 대해 개수를 실시했다.^[37]
'''F110-GE-129C''': 신뢰성을 향상시킨 개량형이다. 싱가포르 공군의 F-15SG 외에 사우디아라비아 공군도 F-15S의 교체용으로 조달했다.
'''F110-GE-129D''': 개량형으로, 유지보수 주기를 40% 연장하여 6,000사이클로 개선하여 유지보수 비용 절감을 도모했다. 오만 공군의 F-16 Block 50이 채택했다.^[38]^[39]
'''F110-GE-132''': 개량형으로, 바이패스비가 0.76에서 0.68로 소폭 감소, 유량은 270lb/sec에서 275lb/sec로 증가, 추력은 32000lbf으로 증강되었다. F-16E/F Block 60에 탑재되었다.
'''F118''': F110의 애프터버너 미탑재형이다.
'''F118-GE-100''': B-2스텔스 폭격기에 탑재되었다.
'''F118-GE-101''': U-2S정찰기에 탑재되었다.

4. 적용 기체

기종	비고
제너럴 다이내믹스 F-16 파이팅 팔콘
제너럴 다이내믹스 F-16XL
F-14A+ (F-14B) 및 F-14D 슈퍼 톰캣
맥도넬 더글러스 F-15E 스트라이크 이글 및 보잉 F-15EX 이글 II
미쓰비시 F-2
TAI TF 카안^[29]

1973년에 F-14는 프랫 & 휘트니 TF30 엔진을 탑재하여 취역했지만, 10년 안에 많은 문제가 발생했다.

F-16은 최초 프랫 & 휘트니 F100 엔진을 채용하여 취역했다.

F-15E는 AFE 계획에 따라 F100-PW-229 및 F110-GE-129에 대응하는 엔진 베이를 갖추고 있다.

4. 1. 전투기

1973년, F-14는 P&W TF30 엔진을 탑재하여 취역했지만, 10년 안에 많은 문제가 발생했다. (F100 엔진을 탑재한 F-15나 F-16에서도 비슷한 문제 발생.) 국방부는 개량형 TF30-P-414A를 조달했다. 1979년, F101 파생형인 F101-X가 F-14 엔진으로 채용되었고, 이후 F110-GE-400으로 명명되었다.

F110-GE-400과 F110-GE-100의 주요 차이점은 길이인데, -400형은 F-14 기체에 맞게 애프터버너 후부를 약 127.00cm 연장했다.

새 엔진은 23,100 lbf (최대 27,600 lbf) 출력을 가지며, 이전 TF30 엔진(추력 20,900 lbf)보다 강력했다. F110으로 업그레이드된 F-14는 F-14B로 알려졌으며, F-14D에도 F110이 채택되었다.

F-16은 최초 프랫 & 휘트니 F100 엔진을 채용했다. 1984년, 미국 공군은 F-16 운용 위험 감소를 위해 엔진을 이중 소스화하는 AFE(Alternative Fighter Engine) 계획을 시작, 프랫 & 휘트니 F100과 제너럴 일렉트릭 F110 중 경쟁에서 승리한 엔진을 계약했다. F-16C/D Block30/32는 P&W F100과 GE F110 모두 탑재 가능한 공통 엔진 베이를 채용한 최초 기체이다. F110은 현재 미 공군 F-16C/D의 86%에 탑재된다.

F110-GE-100은 F100-PW-200보다 약 4,000 lbf 더 큰 출력을 내기 위해 더 많은 공기가 필요하다. 초기에는 카탈로그 스펙대로 출력을 얻지 못했고, Block40 이후 F110 탑재 기체는 인테이크가 대형화되었다(MCID, 통칭 '빅 마우스').

F-16용 F110에는 F110-GE-100 (추력 28,000 lbf, Block30/40용), F110-GE-129 (추력 29,400 lbf, Block50 시리즈용), F110-GE-132 (추력 32,000 lbf, Block60용)가 있으며, 후자로 갈수록 신형이며 출력이 크다.

일본 F-16 기반 개발 F-2에는 IHI(구 이시카와지마 하리마 중공업)가 라이센스 생산한 F110-IHI-129가 채용되었다.

F-15E는 AFE 계획에 따라 F100-PW-229 및 F110-GE-129 대응 엔진 베이를 갖추고 있다. 한국향 F-15K는 F110-GE-129를 삼성테크윈(현 한화에어로스페이스)이 라이선스 생산한 F110-STW-129를 채택, 2005년부터 배치되었다.

싱가포르향 F-15SG는 신뢰성을 향상시킨 F110-GE-129C를 채택, 2008년 롤아웃했다. 사우디아라비아 F-15S도 F110-GE-129C 환장을 위해 조달하고 있다.

4. 2. 기타

F118은 F110의 파생형으로, 후기연소기가 없으며 B-2 스피릿 스텔스 폭격기에 장착하기 위해 개발되었다. 1단 고압 터빈이 9단 고압 압축기를 구동하며, 2단 저압 터빈이 3단 팬을 구동한다. 연소기는 애뉼러 형이다. 1998년, 미국 공군의 U-2에 F118의 변형 버전이 장착되었다.

5. 제원

종류	애프터버너 장착 터보팬 엔진
길이	463cm - 590cm
직경	118cm
중량	1778kg - 1996kg
압축기	팬 3단, 9단 축류 압축기
연소	환형 연소실
터빈	2단 저압, 1단 고압 터빈
추력	120kN - 125kN
압축비	29.9:1 - 30.4:1
터빈 온도	약 1510.0°C
추력 대 중량비	6.36:1

^[40]

F110-GE-100/400^[7]^[8], F110-GE-129^[32]^[33], F110-GE-132^[10]^[11]^[12] 등 세부 모델별 제원은 하위 문단을 참고.

5. 1. F110-GE-100/400

F110-GE-100/400은 낮은 바이패스 비율을 가진 축류식 애프터버닝 터보팬 엔진이다. 2단 저압 터빈으로 구동되는 3단 팬과 1단 고압 터빈으로 구동되는 9단 압축기로 구성되어 있으며, 전체 압력비는 30.4, 바이패스비는 0.87이다.^[7] F100의 높은 추력과 낮은 무게라는 야심찬 목표와는 대조적으로, F110은 신뢰성, 운용성 및 성능 간의 균형에 더 중점을 두었다. 팬과 입구 가이드 베인은 압축기 실속에 대한 저항을 증가시키기 위해 공기 흐름을 원활하게 설계되었다. 이 엔진은 급격한 스로틀 입력에 더 관대하도록 전자 및 유압 기계 제어 시스템을 갖추고 있다. -100과 -400의 주요 차이점은 후자의 증폭기 섹션이 약 약 127.00cm 더 길다는 것이다.

F-16C/D Block 30/40에 사용되는 -100은 중간 출력에서 16600lbf의 비설치 정적 추력을 가지며, 애프터버너 작동 시 28200lbf의 추력을 가진다. F-14B/D에 사용된 -400의 수치는 각각 16333lbf과 26950lbf이다.^[8]

F-14A는 1973년 프랫 & 휘트니 TF30 엔진을 장착하고 미국 해군에 배치되었다. 1970년대 말, 초기 엔진의 여러 문제점 이후, 국방부는 업그레이드된 TF30-P-414A의 구매를 시작했다. 이 엔진들은 정비성 문제를 해결했지만, 연료 소비량과 추력은 초기 모델과 비슷하여 F-14가 원래 설계된 수준보다 훨씬 낮았다.

미 공군의 AFE 평가 결과를 검토한 후, 해군은 1984년에 F-14를 재엔진화하기 위해 F101 DFE를 선택했고, 해당 변형은 F110-GE-400으로 지정되었다. -400과 공군의 F110-GE-100의 주요 차이점은 길이였다. -400은 F-14 기체에 맞게 약 127.00cm의 테일 파이프 연장부를 가지고 있었고, 이는 증폭기 하류에 장착되었다. 초기 사용 기간 동안 -400의 길어진 테일 파이프는 애프터버너 라이너에 예상치 못한 핫스팟을 생성하여, 문제가 해결되기 전에 여러 대의 F-14가 손실되는 결과를 초래했다.^[15] 이 엔진은 애프터버너 작동 시 26950lbf의 비장착 추력을 생성했다;^[16]^[17] 해수면에서 애프터버너 작동 시 장착 추력은 23400lbf였으며, 마하 0.9에서는 30200lbf까지 상승했다.^[18] 이는 F-14가 원래 의도했던 F401과 유사했으며, TF30의 최대 비장착 추력 20900lbf보다 상당한 증가를 제공했다.^[19] 이러한 업그레이드된 기체들은 F110을 장착한 새로운 생산 항공기와 마찬가지로, 처음에는 F-14A+로 알려졌다가 F-14B로 재지정되었다. 같은 엔진은 항공기의 최종 변형인 F-14D에도 장착되었다.

1973년에 F-14는 P&W TF30 엔진을 탑재하여 취역했지만, 그로부터 10년 안에 많은 문제가 발생했다. 국방부는 개량형 TF30-P-414A의 조달을 시작했다. 그 후 1979년에 F101의 파생형인 F101-X가 F-14의 엔진으로 채용되었고, 나중에 F110-GE-400이 되었다.

F110-GE-400과 F110-GE-100의 가장 큰 차이점은 길이로, -400형은 F-14의 기체에 맞추기 위해 애프터버너 후부를 약 127.00cm 연장했다.

새로운 엔진은 23100lbf(최대 27600lbf)의 출력을 가지며, 이전 TF30 엔진(추력 20900lbf)과 비교하여 강력해졌다.

F110으로 업그레이드된 F-14는 F-14B로 알려져 있다. 또한 F110은 동 기체의 최종형인 F-14D에도 채용되었다.

5. 2. F110-GE-129

F110-GE-129 엔진은 29,400 lbf (131 kN)의 추력을 내는 엔진이다. 대한민국 공군의 F-15K에 장착되어 운용되고 있다. 이전까지 모든 F-15는 프랫 & 휘트니(PW) 사의 엔진을 장착하였지만, F-15K는 F-15 계열 전투기 중 최초로 제너럴 일렉트릭(GE) 사의 엔진을 장착한 기종이 되었다. GE 엔진은 삼성테크윈(현 한화에어로스페이스)이 면허 생산 형식으로 공동 제작하였다. 싱가포르 공군의 F-15SG에도 동일한 엔진이 선정되어 사용되고 있다.^[32]

1980년대 중반, 미 공군은 전술 전투기의 더 강력한 출력을 요구하며 F100 및 F110 엔진에 대한 성능 향상 엔진(IPE) 프로그램을 시작했다. 이 프로그램의 목표는 F100-PW-220 및 F110-GE-100에서 달성된 내구성을 유지하면서 29000lbf급의 추력을 달성하는 것이었다. 그 결과, 프랫 & 휘트니 F100-PW-229와 제너럴 일렉트릭 F110-GE-129가 개발되었다. F110-GE-129는 F110-GE-100 엔진에 비해 여러 구성 요소가 개선되었다. 특히, FADEC를 통합하여 더 넓은 범위의 조건과 비행 영역에서 최대 추력을 달성할 수 있게 되었으며, 80%의 부품 공통성을 유지했다. 바이패스비는 0.76으로 감소했다. F110-GE-129는 중간 추력에서 17155lbf, 완전 애프터버너 작동 시에는 29500lbf의 추력을 낸다.^[32] 1992년에 F-16C/D 블록 50에 처음 장착되었으며, 이후 대한민국 공군의 F-15K를 시작으로 성능이 향상된 F-15E에도 동력을 제공했다.

미쓰비시 F-2와 제너럴 다이내믹스 F-16XL의 F-16 파생형 두 기종은 F110-GE-129 엔진으로 구동된다. F-2용 엔진은 IHI에서 면허 생산되었으며, 2024년 2월 IHI 회사 내부 고발자에 대한 보도가 있기 전까지 F110-IHI-129로 지정되었다.^[12]^[24] 2024년 4월 24일, IHI는 자회사인 IHI 파워 시스템즈가 2003년부터 엔진 데이터를 조작하여 전 세계 4,000개 이상의 엔진에 영향을 미쳤다는 사실에 대해 일본 국토교통성의 조사가 진행 중이라고 발표했다.^[25]

F-15E 스트라이크 이글은 IPE(Initial Production Engine, 초기 생산 엔진)로 프랫 & 휘트니 F100-PW-229를 선택했지만, 비행 테스트를 위해 F110-GE-129 엔진 2기를 1대의 항공기에 장착했다.^[26]^[27] 대한민국은 40대의 F-15K 전투기에 F110-GE-129 엔진을 선택했는데, 이는 양산형 F-15에 제너럴 일렉트릭 엔진이 장착된 첫 사례였다. 이 엔진은 삼성테크윈과의 공동 기술 제휴를 통해 생산되었다. 싱가포르 공군도 F-15SG의 동력으로 이 엔진을 선택했다.

F-15E는 F110-GE-129의 FADEC를 통합한 새로운 플라이 바이 와이어(fly-by-wire) 제어 시스템을 갖춘 어드밴스드 이글(Advanced Eagle)로 추가 개발되었다. F110-129E를 탑재한 어드밴스드 이글은 사우디 아라비아의 F-15SA, 카타르의 F-15QA, 그리고 미국 공군의 F-15EX의 기반이 되었다.^[28]

F110-GE-129의 파생형은 다음과 같다.

'''F110-GE-129A'''
CFM56-7의 3차원 공력 기술을 적용하여 연소실, 고압 터빈을 개량했다. 비행 시간당 비용이 25% 절감되었다. F-15E에 탑재 시 약 10659.41kg의 공대지 병장을 탑재 가능하다.^[36]
'''F110-IHI-129''': F110-GE-129A를 IHI가 라이선스 생산한 것. F-2A/B에 탑재.
'''F110-STW-129''': F110-GE-129A를 삼성테크윈(현 한화 에어로스페이스)이 라이선스 생산한 것. F-15K에 탑재.
'''F110-GE-129B''': F110-GE-129A에 운용 수명 연장(SLEP) 하드웨어를 적용한 개량형. 터키 공군의 F-16C/D가 채택했으며, 미국 공군도 340기의 F-16C/D에 대해 개수를 실시했다.^[37]
'''F110-GE-129C''': 신뢰성을 향상시킨 개량형. 싱가포르 공군의 F-15SG 외에 사우디아라비아 공군도 F-15S의 교체용으로 조달했다.
'''F110-GE-129D''': 개량형. 유지보수 주기를 40% 연장하여 6,000사이클로 개선하여 유지보수 비용 절감을 도모했다. 오만 공군의 F-16 Block 50이 채택했다.^[38]^[39]

5. 3. F110-GE-132

F110-GE-132는 2000년부터 F110의 더욱 향상된 변형으로 개발되었으며, 처음에는 F110-GE-129EFE (Enhanced Fighter Engine, 강화된 전투기 엔진)라고 불렸다.^[32] -132는 경쟁 제품인 프랫 앤 휘트니 F100-PW-232와 함께 블록 30 변형에서 도입된 F-16의 Modular Common Inlet Duct (MCID), 즉 "빅 마우스" 흡입구를 최대한 활용하도록 설계되었다. -132는 더 효율적이고 최대 공기 흐름을 증가시킬 수 있는 향상된 팬, 복합재 팬 덕트, 고온부의 내구성 개선, 래디얼 증폭기 및 제어 시스템 개선 사항을 통합했다. 이 엔진은 Integrated High Performance Turbine Engine Technology, 통합 고성능 터빈 엔진 기술 (IHPTET) 프로그램 하에 수행된 연구를 활용했다. -132는 중간 추력에서 19000lbf의 추력을, 애프터버너 작동 시에는 32500lbf의 추력을 내지만, 6,000 사이클로 검사 간격을 늘리기 위해 -129 추력 수준으로 조정할 수도 있다. 구형 -129는 새로운 팬이 모듈형 부품이므로 -132 구성으로 업그레이드할 수 있다. F110-132는 아랍에미리트 연합의 F-16E/F 블록 60에 동력을 공급하도록 선택되었다.^[10]^[11] 엔진 비행 테스트는 2003년에 시작되었고, 첫 인도는 2005년에 이루어졌다.^[12]

132의 기술과 상업용 CFM56 개발 기술은 F110 수명 연장 프로그램(SLEP)과 공유되었으며, SLEP 기술로 업그레이드된 F110-129는 -129C로 지정되었다.

개량형은 바이패스비가 0.76에서 0.68로 소폭 감소, 유량은 270lb./sec에서 275lb./sec로 증가, 추력은 32000lbf으로 증강되었다. F-16E/F Block 60에 탑재되었다.

참조

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