항공기 설계는 대개 3단계로 나누어진다. 이 3단계란 개념설계, 기본설계, 상세설계로서 T-50 형상 개발 역시 이 3단계를 맞춰 개발되었으며, 체계개발 추진 지연으로 추가된 단계전환 사업이 기본설계와 상세설계 사이에 존재한다. T-50 개념설계 단계는 1년 동안 국방과학연구소 주도, 한국 업체 참여로 수행되었다. T-50 항공기는 서로 상반되는, 저속/저고도 이착륙 성능이 주가 되는 훈련기 성능과 고속/고고도 기동성능이 주가 되는 공격기 성능을 동시에 충족하여야 했다. 개념 설계에서 성능 비교 대상으로 F-5 초음속 전투기를 선정하여 비교 검토 연구가 진행되었고, 형상 아이디어 개발을 위해 우선 19개 항공기 형상을 개발하였다.

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19개 항공기 개발 형상 중 T-50 요구도를 만족하는 3개 형상을 선정하여, 각각 100, 200, 300 시리즈로 명명하고 각 시리즈별로 첫 번째 형상은 1, 두 번째 반복 형상은 2 식으로 명명하기로 하였다. 100 시리즈는 가장 보편적인 주날개 꼬리날개로 구성된 항공기이고, 200 시리즈는 프랑스의 미라주(Mirage)와 유사한 형태로 꼬리날개가 없는 델타(Delta)형 날개를 채용한 항공기이고, 300 시리즈는 스웨덴에서 개발한 JAS-39와 유사한 형상으로 귀날개(Canard)를 갖는 델타익 형상이다. 100 시리즈는 3차례의 반복 개념 설계를 수행하였고 최종적으로 기본 설계 형상이 되었다. 200 시리즈는 1차례의 반복 설계 이후 요구도 불만족으로 개발이 중지되었다. 300 시리즈는 3차례의 반복 설계를 수행하였으나, 100 시리즈와의 최종 비교에서 선택되지 못했다. 기본 설계 형상은 103A와 303A의 설계 후, 이 결과를 기준으로 선정되었다. 이때 내부 기총 장착을 제외한 기타 실속/접근속도, 날개 하중 경로, 날개 무장 능력 등의 항목에서는 형상 103이 많은 장점을 갖는 것으로 평가되어 최종 선택되어, 이를 바탕으로 최종 형상 104B가 설계되었다.

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개념설계 단계에서 T-50 요구성능에 부합하는 형상 특성을 찾아내기 위한 다양한 비교 분석 연구가 여러 차례 수행되었다. 이때 수행된 연구들을 대략적으로 살펴보면, 수직꼬리 날개 개수, 캐노피 형상, 날개 형상(일반 날개 vs 델타형 날개), 초음속 혹은 아음속, 엔진 개수(단발 혹은 쌍발 항공기), 주익의 위치(고익/중익/저익), 기총 내/외부 장착 여부, 공기 흡입구의 위치(Bifurcated or Chin) 등이다. 이러한 비교 분석 연구를 통해서 기본 설계를 위한 개념설계 형상 개발이 이루어졌다.

기본설계 단계는 1994년부터 1995년까지 2년간 국방과학연구소 주도 한국업체 참여로 진행되었다. 기본설계 단계의 형상 명칭은 개념설계와 구분을 쉽게 하기 위해 400 시리즈로 명명되었다. 기본설계 형상은 개념설계의 최종 형상(형상 104B)을 사용하여, 총 6번의 반복 설계를 통해 형상 401부터 406까지 설계 및 해석이 수행되었다. 기본설계는 기본설계 형상을 기준으로 요구도에 만족하는 형상을 개발하기 위해 세부적인 형상 세밀화 작업이 이루어졌다. 예를 들어 날개의 위치, 스트레이크의 형상, 흡입구의 형상 및 위치, 동체의 크기, 이들 변화에 따른 성능 및 조종 안정성 연구, 구조 배치 연구 등이다. 이때 일반적인 주날개 꼬리날개 형상의 대표적인 예인 F-16 초음속 전투기를 비교 대상으로 삼아 비교 검토 연구가 진행되었다. 해석 연구와 더불어 개발 형상에 대한 고속 및 저속 풍동시험 결과가 반영되어 해석의 검증과 현실화 또한 이루어졌다. 기본설계 단계에서 이루어진 형상 비교분석 연구 중 몇 가지를 살펴보면 기체 체적의 적절성 연구, 단좌형 형상 연구, 조종실 후방석 시계 연구 등이 있다.

단계전환 사업은 1996년 초부터 1997년 중반까지 한국항공 주도로 수행되었다. 단계전환 사업 단계의 형상 명칭은 기본설계와 구분을 쉽게 하기 위해 500 시리즈로 명명되었다. 기본 형상으로 탐색개발의 최종 형상(형상 406)을 사용하였으며, 이 기간동안 3번의 반복 설계를 통해 형상 501부터 형상 503까지 설계 및 해석이 수행되었다. 단계전환 사업동안 기본설계와 마찬가지로 설계 형상에 대한 세밀화가 주로 수행되었고, 기본설계 형상에 대한 고속 및 저속 풍동시험이 수행되면서 그 결과를 설계에 반영하였다. 대표적으로 저속 풍동시험 결과 드러난 Deep Stall 문제와 고속 흡입구 풍동시험에서 드러난 흐름 박리 문제가 있으며, 이를 해결하기 위해 스트레이크 형상 변경과 공기흡입구 덕트 형상 개선이 이루어졌다.

체계개발 형상 개발은 1997년 10월부터 시작되어 1998년 8월 말 완료되었다. 체계개발 단계의 형상 명칭은 단계전환 사업의 형상을 이어받아 500 시리즈로 계속 명명되었다. 체계개발 기본 형상으로 단계전환 사업의 최종 형상(형상 503)을 사용하여, 체계개발 기간 동안 3번의 반복 설계를 통해 형상 504부터 형상 506가지 설계 및 해석이 진행되었다. 504, 505, 506 각 형상 변경 과정 중 주요 설계 현안 해결 및 비교 연구 결과 반영을 위해 504 Rev.A, 504 Rev.B 등과 같이 세부 형상 변경을 수행하였다.

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형상 504는 단계전환 사업 최종 형상인 형상 503을 기준으로 6번의 세부 형상 변경을 수행한 뒤 최종 결정되었는데, 이 형상에는 엔진 무게중심 자료가 수정되면서 스트레이크를 포함해서 주날개 위치가 후방으로 이동되는 큰 형상 변경 및 내부 기총 위치 변경으로 인한 형상 변경 등이 반영되었다. 형상 505는 두 번의 세부 형상 변경 후 최종 결정되었다. 이 형상에는 하중 경로 개선을 위한 세부 형상 변경과 설계 현실화에 따라 제기된 비용 절감, 군수 지원 편의, 중량 절감 등을 위한 수직 꼬리날개와 플랩퍼론(Trailing Edge Flaperon)의 국부 형상 변경, 그리고 풍동시험 결과를 반영한 수평 꼬리날개 형상 수정이 반영되었다. 이 형상을 기준으로 제작성을 고려한 외형성(Production Quality Master Lines) 개발이 수행되었고, 본격적인 내부구조 설계가 진행되었다. 형상 506은 세 번의 세부 형상 변경을 거쳐 최종 결정되었다. 전방동체 형상 개선, 풍동시험 결과를 반영한 스트레이크 형상 개선, 중량 절감을 위한 수직 꼬리날개 형상 변경, 경계층 분리기 형상 개선이 반영되었다.

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체계개발 단계에서는 본격적인 내부 설계가 진행됨에 따라 발생하는 여러가지 문제점들을 해결하기 위해서 다양한 비교분석 연구가 진행되었다. 중량 절감과 연료량 증가를 위해 검토된 날개 두께 변경 연구, 기총으로 인한 내부 간섭 문제를 해결하기 위해 기총 재배치 연구, 후방 동체 공간 확보를 위한 Aft Shelf 확장 연구, 추력 향상 및 대체 엔진 확보를 위한 F414 엔진 장착 연구, 내부 배치의 효율성 제고 및 엔진 성능 향상, 대체 엔진 장착을 위한 공기흡입구 및 공기흡입구 덕트 형상 연구, 엔진 무게중심 변경 문제를 해결하기 위한 주날개 위치 변경, 원활한 T-50 지상 운용을 위한 지상 간극(Ground Clearance) 연구, 내부 구조물 배치의 효율성을 위한 하중 경로 개선 연구, 기총 가스 폭발 문제 해결을 위한 Dry Bay 통합 최적화 연구, 성능 향상 및 중량 절감을 위한 Turtle Deck 제거 연구, 전방동체 내부 재배치에 따른 전방동체 형상 변경 등이 있었다. 이들 연구 결과는 형상에 영향을 미쳤으며, 이 영향은 각 세부 형상 변경 시 각기 반영되었다.

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외형성 확정은 1999년 8월말에 이루어졌다. 형상 506에 대한 세 번의 세부 형상 변경이 수행되어 최종적으로 형상 506 Rev.C가 결정되었고, 이 형상을 기준으로 최종 외형선 확정을 수행하였다. 외형선 확정이 이루어짐에 따라 T-50에 대한 본격적인 도면 생성이 이루어졌다.

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T-50은 F-5를 초기 비교대상 항공기로 시작하였으며 그 후 21세기 초음속 전투기에 맞는 훈련기 겸 경공격기로 확장되어 설계되면서, 당시 경량 다목적 전투기로서 최고의 항공기 성능을 보유한 F-16을 비교 대상 기종으로 삼았다. F-16 형상과 유사한 부분이 있는 이유는 이 때문이다. T-50 항공기 형상은 T-50의 특수한 요구성능에 맞추어, 1993년부터 1999년 8월까지 총 7년에 걸쳐 20회 이상의 반복설계 및 수십번의 비교 분석 연구를 통해 진화된 형상으로 독자적으로 개발된 고유 형상이다.

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출처 : T-50 형상 개발 과정(한국항공우주학회 2003 춘계학술대회)