군용기의 주요 요소

 

 ● 엔진

 

군용기의 핵심 기술은 바로 엔진이다. 

 

2차 세계대전 기간에 탄생한 제트엔진을 이용한 제트기는 강력한 출력을 자랑하면서 잘해야 시속 700킬로미터로 날아가던 프로펠러기를 가볍게 제쳤다. 

 

현재 군용기에 쓰이는 엔진은 터보제트, 터보팬, 터보프롭 3가지다. 

 

모두 고온·고압의 가스를 뒤로 내뿜어 그 반작용으로 나아가는 제트 엔진의 일종이며 연료는 정제 등유를 사용한다. 

 

터보제트 엔진은 구조가 단순하고 가격이 저렴하다는 장점이 있지만 연료 효율이 떨어지는 단점이 있으며 초기 제트기에서 주로 사용한다. 

 

▲ 제너럴 일렉트릭(GE)이 1970년 만든 터보제트 엔진 J85-GE-17A.     © Sanjay Acharya

 

터보팬 엔진은 터보제트 엔진에 프로펠러와 비슷한 팬을 달아 추진력을 늘린 것으로 연료 효율이 높아 대다수 전투기가 채택하고 있다. 

 

▲ Il-76, Mig-31이 사용하는 터보팬 엔진 솔로비에프 D-30.

 

터보팬 엔진의 중요한 요소로 바이패스비(율)라는 게 있다. 

 

터보팬 엔진에서 팬을 통과한 공기의 일부는 그냥 뒤로 빠져나가고, 나머지는 터보제트 엔진에 들어가 연료를 연소시키는 데 쓰인다. 

 

이때 그냥 통과하는 공기량과 엔진으로 들어가는 공기량의 비율을 바이패스비라 부른다. 

 

예를 들어 바이패스비가 6이면 엔진으로 들어가는 공기의 양보다 그냥 통과하는 공기의 양이 6배나 많다는 뜻이다. 

 

바이패스비가 크면 연료 효율은 높은데 공기 저항이 커서 속도가 떨어지고, 반대로 바이패스비가 작으면 연료를 많이 먹는 대신 속력이 빠르다. 

 

속도가 중요한 전투기에는 바이패스비가 작은 엔진을, 연료 효율이 중요한 수송기에는 바이패스비가 큰 엔진을 다는 식이다. 

 

문제는 터보팬 엔진마다 바이패스비가 정해져 있기 때문에 비행기도 태어날 때부터 빠른 비행에 적합한 비행기와 느린 비행에 적합한 비행기로 나뉜다는 것이다. 

 

예를 들어 빠른 비행에 적합한 전투기가 상황에 따라 느리게 비행할 때는 엔진 효율이 떨어져 기동력도 떨어지는 현상이 발생할 수 있다. 

 

따라서 무조건 빠른 비행기가 좋은 비행기인 것은 아니며 용도에 따라 빠른 비행기, 느린 비행기에 맞는 엔진을 장착하여 효율을 극대화한다. 

 

터보프롭 엔진은 터보제트 엔진에 커다란 프로펠러를 달아 주로 프로펠러로 추진력을 내는 엔진으로 터보제트, 터보팬에 비해 저속에서 연료 효율이 높아 수송기에서 많이 사용한다. 

 

▲ 제너럴 일렉트릭(GE)의 T64 터보프롭 엔진. 오른쪽이 가스 터빈(터보제트 엔진)이며 왼쪽은 감속기어와 프로펠러. 가스 터빈이 너무 빠르게 회전하기 때문에 감속기어로 회전수를 줄여야 한다.     © Hunini

 

초음속 항공기의 경우 애프터버너(afterburner)라는 장치가 중요하다. 

 

애프터버너는 제트엔진 뒤에 연소기를 장착해 추가 연료를 주입해 배기가스를 재가열하는 장치다. 

 

애프터버너를 가동하면 추진력이 급격히 늘어나는 대신 연료도 매우 빨리 소비하기 때문에 이륙할 때나 초음속 비행할 때만 사용한다. 

 

▲ 항공모함에서 이륙하기 위해 애프터버너를 가동한 F/A-18 호넷. 노즐에서 불꽃이 보이면 애프터버너를 가동한 것이다.     © 미 해군

 

그래서 흔히 초음속 전투기라고 자랑하는 것들도 알고 보면 필요할 때만 초음속으로 날아가고 평소에는 아음속(음속에 가까운 빠른 속도)으로 날아다니는 경우가 많다. 

 

미국과 서방 국가의 제트엔진 제조업체 순위는 제너럴 일렉트릭(미국), 롤스로이스 plc(영국), 프랫 앤드 휘트니(미국) 순이다. 

 

제트엔진을 제작하기 위해서는 고도의 기술력이 필요하기에 현재 제트엔진을 제작할 수 있는 나라는 많지 않다. 

 

한국도 21세기 들어서야 제트엔진 개발을 본격적으로 시작했으며 아직 국산 전투기에는 미국산 제트엔진을 탑재하고 있는 실정이다.