본문의 글은 유용원의 군사세계에서 전문가에 가까우신 maxi(김민석) 님이 올려주신 글입니다.
KFX 관련해서 참고하시면 좋을 듯 합니다.
1. 쌍발이든 단발이든 군 요구도 를 충족할 수 있다고 생각합니다.
안녕하세요 김민석입니다.
결론부터 말씀 드리고 시작합니다.
KFX의 단발 엔진
디자인과 쌍발 엔진 디자인은 큰 차이가 없습니다.
쌍발 엔진을 채택한다고 해도,
개발비용과 시간을 줄이기 위한 노력이 들어갈 것이며,
단발 엔진을 채택한다고 해도,
성능향상을 위한 개조와 투자가 들어갈 것입니다.
현재 특정한 디자인을 하지 않으면 망한다는 이야기는 사실과
다릅니다.
두 기체의 차이점이 없진 않겠지요.
하지만 쌍발과 단발 디자인의 성능과 개발비 차이는 과장되어
있고,
쌍발을 좋아하시는 분들,
단발을 좋아하시는 분들 둘 다 실제로는 부풀려진 예측을 내놓습니다.
KFX의 단발 엔진
디자인과 쌍발 엔진 디자인은 큰 차이가 없습니다.
중요한 것은 특정한 성능이나 내부 장비가 과연 필요한가, 필요하지 않은가 입니다.
2. 보라매의 단계별 개발계획에 대한 오해
ADD는 단계적으로
보라매 전투기의 스텔스성을 높여 나가겠다는 발표를 했고,
이 부분에 대해서 많은 부분이 확대 해석하거나 축소 해석을 하는
것을 봐 왔지만,
제가 말씀 드린다고 그게 누구나 다 믿는 것도 아니라서 조용히 해
왔습니다.
제가 듣고 보고 말씀을 듣고 자료를 찾은, 저의 의견으로는 다음과 같습니다.
ADD가 내놓은
3단계 개발계획은 비 스텔스기를 스텔스기로 만드는 <대단한 개조>가 아니고,
501 역시 내부 무장
창 추가 말고는 거의 동등하게 들어갈 것이며,
엔진 수에 관계없이 당연히 실시해야 하는 개량부분입니다.
A. 단계별 개발계획의 예시- F-35
AF-1
103 디자인의
3단계 디자인에서 돈이 많이 든다, 얼마나 들지 모른다는
이야기를 많이 하는데,
결론적으로 말하자면 정확한 개발비 산정을 할 수 없지만, 몇 조원이 추가 개발비가 든다는 것은
정말 말도 안 되는 이야기입니다.
가령, ADD의
C103 디자인의3번째 단계인 "스텔스 처리" 방법은 기존의 IFF안테나나 RWR안테나를
레이더 피탐율이 낮은 컨포멀 안테나로 변경하고, 추가 스텔스 전파 흡수재를 부착한다는 것입니다.
비슷한 경우를 우리는 F-35에서 찾을 수 있습니다.
여기, F-35의 저율
생산기인 F-35 AF-1과 그 후속 생산 분들이 보입니다.
두 기체의 차이가 보이시나요?
AF-1에 있던 기체 등
허리 부분의 위성통신 안테나 부분이, 나중에는 삭제되고 컨포멀 안테나로 변경된 것을 먼저 볼 수
있고요, 또한 등과 허리 기체 상부의 각 부품 이음매
부분에 AF-1은 기존 기체와 동일하지만, 그 후에는 마치
시트 지와 같은 소재로 덧붙여져 있다는 것을 알 수 있습니다. 이 덧붙여진 소재는 Fiber mat 이라 불리는 스텔스 처리 소재입니다.
이음매 부분에 붙여져서 틈 사이에서 산란할 수 있는 전파를 밖으로
보내지 않고 막는 데 쓰이죠.
내부 무장 창을 제외한 "추가 스텔스 처리"라는 것은 이런 것으로 봐야 합니다.
미국의 경우 선행 양산 기간에도 바로 적용 가능한 것을 볼 수
있으며, F-35는 물론
4세대 전투기에
적용한다고 해도도 이런 개량은 그렇게 많은 비용과 시간이 드는 개량이 아닙니다. 다만 <처음부터 RCS를 고려한>
기체에만 효율적인 것이죠.
B. 단계별 개발계획의 예시-
F-15SE/Su-47
블록2에 적용된다는 내부
무장창이 그렇게 돈이 많이 들 것이라는 예측도 비현실적입니다.
KFX-103c 디자인의
핵심인, 암람 4발 혹은 SDB8발을 장착 가능한 내부 무장창 공간을 비워 놓는다는 것을 정확히 말하자면 이런 과정으로 만든다는
것입니다.
가. 이미 KFX-103C 디자인에는 암람 4발을 내부 무장을 가상 시제로 넣어서 어떤 파일런과 크기로 만들지 계산을 했다.
나. 하지만 이 부분을 완전히 비어놓고, <KFX의 전투임무
완성>에 개발을 집중한 다음, 일단 전투임무부터
우선적으로 개발한다.
가.KFX의 내부
무장창은 KFX와 같이 개발하지만, 몇 년이 걸리는
<KFX 내부 무장창의 시험평가>와
독립해서, 내부 무장창이 없어도 전투임무에 투입 가능하게 만든다.
이 과정에서 생길 수 있는 위험요소나 리스크는 다음과
같습니다.
가. 미리 컴퓨터 목업으로 만든 내부 무장창이 너무 작거나 좁아서 크기를 늘려야 한다.
나. 내부 무장창에서 발사 시험을 했더니, 무장창 주변의 다른 부분이
공기 흐름을 이상하게 해서 문제가 생긴다.
다. 내부 무장창은 가급적 모든 기동상황에서 작동해야 하는데, 거꾸로
뒤집거나 속도가 빠르면 발사가 안 된다.
<가>의 용적의 경우 이미 F-22에서부터 <가상현실>기술을 이용해서 기체 제작 전에 미니 사람이
직접 같은 사이즈의 내부 무장창을 가상현실로 장착시험을 하는 등의 시험평가를 하면 극복 가능한 것으로 결론이 났고, 지금 KFX-103C의 내부 무장창도 그렇게 사이즈가 정해진
것입니다.
<나> 역시 내부 무장창 주변의 기체 모습이 평평하다면 실제로 큰
문제가 나타나지 않는다는 것을 이미 F-22 등에서 증명이 되었고,
형상적으로 103 디자인의 배면 설계가 문제가 될 가능성은
극히 적습니다. 내부
무장창을 가지기 위해서 매우 보수적인 설계를 채택했으니까요.
(F-35는 좀 더
리스크가 있지요. F-35의 배면에 대해서는 뒤 부분에 설명합니다)
<다>가 가장 위험한 것일 수 있는데요, 미국의 경우에는 강력한
유압식 런처를 사용하거나(F-22),
가스 식 카트리지를 사용한 파일론-무장 이젝션 방법을 적용하거나(F-15SE) 하는 방법으로
해결했고 이것을 그대로 따라 하는 것이 문제가 될 수는
있습니다.
가령 미국이 20년전에
개발한 유압식 런처를 한국이 그 수준으로 못 만들거나.
하지만 저는 이런 기계공학적 부분에서 리스크가 있다고 생각하기에는
어렵습니다.
내부 무장창 개발비용이 천문학적이 될 것이라는 주장도 솔직히 믿기
힘듭니다.
내부 무장창을 장착한 전투용 제트 항공기들 중, 시험용 기체로 제작된 것들은 다음과 같습니다.
-JSF 사업의 후보
기종이었던 X-32(X-35는 내부 무장창 미 장착)
-러시아의 Su-47 베르쿠트
-보잉의 F-15SE
세 가지 모두 단1기의
기체만 만들어졌고, 단1기의 기체를 위한 전용 내부
무장창을 만들었으며,
X-32는 무장 탑재
시험을, Su-47은 비공개, F-15SE는 실 무장
발사까지 성공했습니다.
이중에서 KFX와 가장
유사한 것은 F-15SE 일 것인데요,
원래 만들어진 형상을 완벽히 그대로 유지한 채로 빈 공간에 내부
무장창을 채워 넣는 것입니다.
그런데, F-15SE가
실제 비행 중 발사가 가능할 때까지 투입된 인원과 시간, 비용은
비정상적으로 높은 가격이거나 일정이 아닙니다.
정확한 정보를 모두 알 수는 없지만 팬톰웍스의 제한된 기술자들이
3년 내외의 시간을 거쳐서
설계에서 발사까지 도달했다는 것을 생각하면요.
저는 내부 무장창
공간을 비워놓고, 거기다가 <전력화와
독립적으로> 내부 무장창 장착과
비행시험을 한다고 해서 개발비가 엄청나게 늘어가거나, 개발기간이 길 것으로 생각하지 않습니다.
Su-47의 경우도 내부
무장창을 장착하는 기체의 전체 개발/제작비용이 1억달러
미만이었고,
중간에 내부 무장창 형상의 변경도 실시했지만 그것에 많은 비용을
투자하지 않았습니다.
일본 역시 ATD-X
심신과 독자적인 프로젝트로, 내부 무장창 개발과 시험을 하려고 하고요.
만약 내부 무장창을 개발하는 비용이 수천억 원의 돈과 수년간의
시간이 들었다면, 이런 시도가 가능할까요?
<내부 무장창을
개발하는 비용>만 따로 떼어서 볼만한 자료가 없었기 때문에 생기는 오해라고 봅니다.
알지 못하는 거랑 비싼 거랑은 전혀 다른 것이고요.
여기까지 말하자면,
maxi(김민석)이 ADD의 쌍발 개발방안을
지지한다고 생각하실 수 있겠으나,
실제로는 반대입니다.
바로 제가 지금까지 말한 이유 때문에, 501 단발로도 우리가 원하는 성능을 얻을 가능성이 있습니다.
지금 말한 것들, 다
F-110단발엔진을 장착한 C-501의 디자인 개량으로
이룰 수 있습니다.
단계적 개발계획 때문에 103을 지지한다는 분들은, 501 역시 단계적으로 같은
수준으로
개량될 수 있다는 사실을 인정하셔야 합니다.
현재 디자인에서 안된 것은 내부무장창 하나밖에 없습니다.
이 역시 내부 무장창을 추가하거나,
EWP를 넣으려는 시도를 하면 될 것입니다.
물론 C-501도 그로
인해 생기는 문제가 있지요.
3.501의 성능향상
방안과 Trade-off
501이라고
성능개량, 못하는 거 아닙니다.
지금 시점에서 여러 부분을 더 개량하면, 103과 충분히 동등한 성능을 낼 수 있을 겁니다.
다만 비용이 올라가는데,
어느 쪽이 특별히 우월하다는 것을
단정짓기는 굉장히 힘듭니다.
A. 501의 시간과
비용을 줄이는 방법- 기체 구조 개념을 유지한다는 의미
C-501 디자인에
대해서 여러 이야기가 나옵니다. FA-50 개조개발이라는 말도,
있고, 103과 거의
똑같다는 말도 있습니다.
둘 다 틀렸습니다.
KAI에서는 KFX-501 디자인을 "FA-50 구조 개념을 유지" 했다고 말합니다.
이런 용어가 굉장히 애매하기 때문에 많은 논란이 있는데요,
명확하게 정리해 보자면 이렇습니다.
FA-50(F-16)의
기체 골조 구조를, KFX 탐색개발 연구에 의해서 도출된 최적의 형태로 바꾼 것입니다.
FA-50의 기체구조를
개조해서 KFX-501 로 만드는 것,
불가능합니다.
다만, KFX-501의
기체 구조는 FA-50, 혹은 F-16의 부분과 유사한 부분이 남아 있습니다.
가령 동체 골조의 배치 간격은 FA-50과 동일하고, 골조의 모양은 다릅니다.
왜냐면 공기흡입구 구조가 틀리고 각이 졌기 때문이죠.
하지만 기체에 세로로 배치된 골조부분의 모양은, FA-50이나 F-16과 완전히 똑같은 부분이 존재합니다.
FA-50과 완전히
동일한 부분은 없지만, FA-50이나 F-16과 전혀
상관없는 모양의 골조 부분 역시 없습니다.
이해가 가시나요?
이렇게 하면 어떤 점에서 좋을까요?
첫째, KAI에서
FA-50 양산을 위한 설비를 그대로 이용할 수 있다는 점입니다.
사이즈가 크게 바뀐
대형 부품을 깎아야 하거나 바꿀 필요성이 없으니까요.
둘째, 구조강도 시험에서 신뢰성이 높다는 것입니다. 바뀐 부분이
많지만, 그래도 이미 오래 동안
사용되고 구조강도 시험을 이미 마친 것과 유사하기 때문에, 정말 크리티컬한 문제가 아니면,
구조강도 시험을 해서 갑자기 어디가 부숴질 위험성은
줄어듭니다.
셋째, FA-50의 많은
부품을 그대로 쓰거나 약간 개조해서 쓸 수 있습니다. 기본 내부 배치가
FA-50과 F-16에서 많이 유사하기 때문에, 이차 동력 시스템에서 FA-50의 구성인 하나의 엔진에
두 개의 제너레이터와 두 개의 유체펌프, 열 전지에서 ESC장비 등이 그대로 쓰일 수 있고요,
전기계통에서 FA-50이
쓰던 115Vac의 주 발전기나 115Vac의
확장전력, FLCC 컴퓨터와 EMER DC 전력
버스의 연결계통을 그대로 쓸 수 있는 부품들이 많습니다.
다만 KFX-501은
AESA 레이더 운용을 위해서 액체냉각장치를 추가 증설하는 정도가 다르죠.
대부분의 내부 장비들을 FA-50에 쓰던 모터, 펌프,
인버터를 그대로 사용하고, 다만 길이에 따라서
전선이나 유압선,
비행제어 와이어를 늘리기만 합니다.
B. 501의 비용 대
효과- 복합재의 사용과 랜딩기어의 교체
하지만, 이 방식이
무조건 좋은 것이 아닙니다.
C-501 단발기
디자인은 FA-50의 구조설계개념과 구 성품을 활용하기 위해서 두 가지 문제를 가집니다.
첫째, 중량경감이 어려워서 추가적인 연비나 기동성 향상을 얻기 힘듭니다.
대부분의 부품 형상이 FA-50이나 F-16에서 따온 부분이 많은데, 따라서 탄소복합소재나
강화 플라스틱과 같은 경량 복합재의 사용이 제한됩니다.
현재 C-501 디자인은
주익 전체를 탄소복합소재로 만들 예정이고, 동체 자체는
FA-50과 유사한
소재로 만들 예정입니다. (F-2와 비슷하죠)
물론 F-2가 등장한지
이미 10여년이 지났기 때문에 과거 F-2가 겪었던
동체-날개 접합 문제 같은 것은
다시 일어날 가능성이 지극히 낮습니다만, 아쉬운 점이 있는 것이 사실입니다.
C-501은 지금
상태에서야 공군이 요구한 기동성과 항속거리를 만족하지만, 저피탐성 향상을 위해서
추가 외부 무장 베이나 내부 무장창을 장착하면 좀 떨어질 수밖에
없기 때문이지요.
C-501이 만약
C-103과 유사한 50~60%의 복합소재를 사용할 수
있다면 추력 대 중량 비, 상승률,
항속거리에서 어쩌면 103보다 더 뛰어난 성능을 낼 수도 있습니다. 하지만 FA-50 기반 설계의 한계로
지금은 그렇지 못한 거고요.
둘째, 내부 무장창 및 외장형 무장 포드를 장착할 수 없습니다.
기체 구조를 FA-50(F-16)과 유지한 상태에서는, 내부 무장창 장착이
불가능합니다.
현재 C-501
디자인에서는 F/A-18E 어드벤스드 호넷같은 외장 무장 포드 장착도 거의
불가능합니다.
기체 구조뿐만 아니라,
FA-50의 랜딩기어를 그대로 쓰고 있기 때문입니다.
FA-50 및 F-16이 엔진 배기구 앞에 접는 식의 랜딩기어 배치를 한다면,
동체 내부에 내부 무장창을 장착할 공간은 100% 없습니다.
또한, F/A-18E
어드밴스드 호넷과 달리 두 랜딩기어 사이의 폭이 좁기 때문에
EWP와 같은 4발 이상의 암람을 탑재하는 외장형 무장 포드의 장착이 매우 힘듭니다.
랜딩기어를 완전히 바꾸어야,
외장형 무장창이나 내부 무장창의 장착이 가능합니다.
F-35와 같은 기체
뿌리에 후방 랜딩기어를 배치하는 것이 꼭 필요합니다.
다만 랜딩기어를 완전히 바꾸게 되면 FA-50의 무게중심이나 구조를 유지하는 것은 좀 어렵겠지요.
C. 103도 구조
개념을 제외하면 상당한 부분의 FA-50 활용 가능
그리고, C-103 역시
FA-50의 구성품을 활용해서 절약이 가능합니다.
가령 수직미익을 하나로 줄이고,
주 날개 배치 역시 C-501 같은 형상으로 배치(사실 거의 차이 없습니다)
한다면, C-103은
C-501처럼 비행제어에 필요한 와이어와 장비 하드웨어를 FA-50을 활용 가능하고요,
지금도 C-103의
외부전력계통의 전압이나 출력은 FA-50의 그것과 동일하게 맞춰져 있습니다.
기체 구조도 다소 중량증가를 감내한다면, C-501처럼 낮은 비율의 복합재를 사용하는 것도 생각해 볼 만 하지요.
4. 뭐가 되든 내부 무장창과 국산 무장 개발은 진행되어야 한다.
저는, 매니아들이 쌍발과
단발로 갑론을박을 하는 것은 도움이 되지 않는다고 생각합니다.
물론 쌍발이 되면 국방과학연구소는 체면을 지킬 수 있고, 단발이 되면 KAI의 자존심은 회복되겠죠.
그런데 저는 그것이 그 두 기관에서 실제 일하시는 엔지니어
분들에게
어떤 도움이 되리라 생각하지 않습니다.
차기 KAI
사장, 차기 기품원장, 차기 방사청장을
노리시는 분들은
엔진 선택에 따라서 좀 흥망이 갈릴 수는 있겠죠.
저는 매니아들이 KAI, ADD,
그리고 TAC 파트너인 록히드 마틴에게 다음을 요구해야 한다고 봅니다.
여론을 조성해야 한다고 봅니다.
하나. 가상시제로
개발되는 장점을 활용하기 위해서, 엔진 수에 관계없이 반드시 내부 무장창을 넣어야 한다.
둘. 개발이 가능한
선에서 탄소복합소재와 경량소재의 적용이 이루어져야 한다.
셋. 육군과 해군에서도
사용 가능한, 보라매 전투기의 탑재무기를 같이 개발해야 한다.
이 주장이 제가 이토록 길게 글을 쓴 이유입니다.
왜 이래야 하나요?
A.KF-X는
라팔, 그리펜, 유로파이터가 가지지 못한 큰 장점을 가지고
있습니다.
바로 가상시제 기술을 사용해서,
설계의 매우 초기단계에서 기동성과 스텔스 성능을 미리 파악하는 것이
가능하기 때문입니다.
잠깐 가정해 봅시다.
만약, KFX-501
디자인 대신,
FA-50에 F-110엔진을 달고 기체 크기를 키우는 디자인을 채택한다고 말입니다.
그렇다면, "커진
F-50"과 KFX-501 디자인의 기동성은 얼마나
다를까요?
그리고 그것을 실제로 제작하고 개발할 때 개발비는 얼마나 차이가
날까요?
결론적으로 말해서 "커진
F-50"은 가격과 기동성은 비슷한 주제에, 스텔스 성능은
큰 차이로
뒤떨어진 디자인입니다.
지금 상황에서 스텔스성을 아무리 신경 쓰지 않는다고 해서, 스텔스기보다 극적으로 뛰어난
기동성을 가진 기체, 못
만듭니다.
처음부터 RCS와
기동성을 같이 고려할 수 있다는 것은 현재 4세대기가 누리지 못하는 엄청난 장점입니다.
그리펜, 호넷, 라팔, 유로파이터는 모두 RCS 저감을 위한 추가적인 처리가
이루어져 있지만,
이것은 "재밍을 편하게
하는 것" 이상의 의미를 가지는 것이 어렵습니다.
비행성능을 중심으로 비행기를 설계하고 실제로 띄워 본
다음에,
RCS 테스트를 실제로
돌려서 "특정한 부분에서 과도하게 RCS가 많은
부분"을 줄이는 방식으로
접근하기 때문입니다.
이와 달리 스텔스 설계를 적용한 전투기들은 평균 RCS가 낮을 뿐만 아니라,
전체적인 RCS분포가
다릅니다. 모서리를 같은 각도로 정렬했기 때문에, RCS
모양은 불가사리나
별 모양입니다. 특정한
부분은 RCS가 엄청나게 높은 대신에, 다른 부분이 낮은
것이죠.
스텔스기와 비스텔스기의 차이는 평균 RCS도 중요하지만, 이렇게
"RCS의 모양"도 중요합니다. 툭 튀어나온 RCS
부분이 적을수록,
적의 위치를 파악하고 은밀성을 유지하기 유리합니다.
내부 무장창은 그런 점에서 꼭 필요합니다.
라팔이 내부 무장창 장착한다고 딱히 나아지지 않습니다.
하지만 처음부터 RCS를
고려한 보라매라면, 다릅니다.
B. 탄소복합소재의
사용은 우리 입장에서는 리스크가 크지만, 스텔스 기술과 달리
수출규제가 비교적 약하고 기술 보유 국가도 많습니다. 탄소섬유 복합재로 날개를 만드는
기술을 미국이 설사 주지 않는다고 해도, 유럽이나 기타 국가들에서 충분히 이전 받을 수 있기 때문에
거절하는 것이 손해입니다.
산업 파급효과에서도
마찬가지입니다. 대형 복합재 항공기 구조물 기술을 보유하느냐에 따라서,
우리 항공산업의 민수용 시장이 달라집니다. 대한민국이 커다란 독자 민항기를 만들지는 않겠지만,
1차 혹은2차 밴더로서 차세대 민수용 항공기에서 특정 비율 이상의 하청을 받느냐 마느냐는
향후 항공산업 발전에 매우 중요한 요소가 될 것입니다.
이 부분은 개발비를 투입해도,
민수에서 충분히 이득을 볼 수 있습니다.
C. 보라매 전투기에
사용할 국산무장은 반드시 육군/해군 무기체계에 통합되어야 합니다.
거꾸로 말하자면, 국산 항공기용 무장을 만들 때에는 반드시 전투기
외의 플랫폼에도
사용할 것을 가정하고 만들어야 합니다. 그 이유는 다음과
같습니다.
첫째, 일정한 수량을 확보하면 경제성, 신뢰성이 향상되고 개량이
용이합니다.
기본 수요를 보라매 전투기로만 한정 지으면 가격과 운용유지의 장점을
얻을 수 없습니다. 보라매 전투기를 120대
기준으로, 한국형 공대공 미사일을 만든다고 했을 때,
한국형 공대공 미사일은 500발 이상의 양산물량을 확보하는 것이 힘듭니다. 이 정도의 양산 수량으로는 단순 산술적 계산으로, 10발 이상의
시험발사는 물론, 연 1~2회의 실 사격 시험도
어렵습니다.
한국형 공대공 미사일은
함대공/지대공 무기체계로,