보잉의 BTX에 대한 얘기가 많이 나오지만 정작 기술적인 내용은 거의 없는것 같아서 현재까지 알려진 정보만을 가지고 몇 가지 추정해 봤습니다. 기본적으로 이런저런 가능성이 있다는 부분에서는 별로 오류가 없을것 같은데 겨우 보잉 홈페이지 동영상과 사진만 보고 막연히 추정한 것이니 그냥 재미삼아서 보시고 올바르지 않은게 있다면 알려주시면 좋겠습니다.

주날개를 위에서 내려다 보는 평면형상은 사다리꼴 형태입니다. 제공호 F-5, F-18 호넷 등에 대표적으로 적용된 형태로 주로 스트레이크와 같이 적용되어 일부에서는 하이브리드 윙이라고 부르기도 하지만 이런 특이한 명칭은 별로 중요하지 않습니다. 그냥 날개의 앞전 기준으로 후퇴익이라고 불러도 별로 상관이 없습니다.

아래 사진에서 빨간색 화살표에 날개 앞쪽에 LEX, LERX 등으로 부르는 스트레이크를 가지고 있습니다. F-5에서 적용되기 시작된 스트레이크는 F-16, F-18로 이어지면서 계속 발전되어 사다리꼴 날개에는 거의 필수처럼 사용되는데, 여기서 스트레이크만 따로 생각하면 하나의 델타익으로 볼 수 있고 그래서 뒤로 소용돌이 와류를 발생시켜서 이를 가지고 날개 윗면의 흐름 속도를 빠르게 만들어 양력을 증가시키는 역할을 합니다. 

위의 사진에서 노란색 부분을 잘 보면 가운데 둥근 동체의 중간 부분이 약간 잘록하게 들어간듯 아닌듯 한데 아마도 면적법칙이 적용되었을 가능성이 있습니다. 면적법칙이란 비행기의 길이방향에 대한 단면적 분포가 급격하게 변하지 않으면 마하수 1 전후의 천음속에서 항력이 최소가 된다는 이론입니다. F-5 제공호를 보면 동체 가운데가 잘록하게 들어간 것도 같은 이유입니다.

면적법칙은 동체의 굴곡으로만 조절하는게 아니라 수직꼬리날개의 위치를 가지고도 조절할 수가 있는데, F-18이나 아래 그림처럼 보잉의 BTX를 옆에서 보면 수직꼬리 날개가 주날개와 수평꼬리날개의 중간에 위치한 것을 볼 수 있습니다. 면적법칙을 감안했을 가능성이 있습니다. 물론 꼬리날개 후류의 영향을 치해서 스핀특성 등을 고려했을 가능성도 있고, 항공기 설계의 대부분이 그러하듯 어느 하나가 아닌 여러가지를 감안해서 결정했을 것입니다.

보통 전투기의 최대속도가 얼마다 하는 얘기를 많이 하지만 실제로 그런 속도를 낼 수 있는건 어느 정도 고도가 있어야 하고, 서로 보이는 상태에서 벌이는 근접공중전의 경우 일반 여객기의 비행속도와 비슷하거나 좀 낮은 속도 영역인 높은 아음속에서 기동이 이루어집니다. 그런데 공중전에서 급하게 벗어나야 하는 경우 항력이 급증하는 마하수 1 전후를 빠르게 넘어가야 하는데 이때 항력을 이겨내야할 필요가 있기때문에 보통 천음속 면적법칙을 적용해서 설계한다는 식으로 얘기합니다. 

이번에는 아래 사진을 잘 보면 스트레이크하고 날개가 만나는 지점에 작은 사격형 모양의 펜스 같은게 있는데 이의 역할은 아마도 스트레이크에서 발생한 와류가 뒤로 지나가면서 힘을 잃어 소용돌이가 형태가 흐트러지는 vortex breakup 아니면 burst가 되는것을 막아주기 위해서 에너지를 제공하는 역할을 하는듯 합니다.

F-18에서 와류가 후방으로 흘러가면서소용돌이 회전반경이 커지면서 에너지를 잃고 이게 수직꼬리 날개에 진동을 일으켜 피로를 일으키는 문제가 발견되었는데 이를 해결하기 위해서 수직꼬리날개의 뿌리 부분에 보강을 하기도 했습니다. 그래서 이 LEX Fence를 달아서 와류가 후방에까지 흘러가게 해서 버펫 문제를 해결했는데 아마 같은 목적인듯 합니다. 이번 훈련기 입찰 초기에 참여했던 M346에도 스트레이크와 날개가 만나는 부분에 위로 길게 올라간 펜스가 있는데 vortex burst를 방지하는 목적입니다.

그리고 주날개 앞전의 중간쯤 dogtooth라는 볼 수 있을지 아니면 슬랫이 열리면서 그런건지 애매한 앞으로 약간 튀어나온게 있는데요. 이걸 dogtooth라고 본다면 이것 역시 뒤로 와류를 발생시켜서 일반적으로 날개 바깥쪽 후방의 에일러론의 역할을 제대로 할 수 있도록 도와주도록 합니다. 그런데 BTX에는 에일러론이 없는것 같아서 아마도 dogtooth라면 날개끝에서 실속을 방지하려는 목적인듯 합니다. 아니면 그냥 슬랫이 앞으로 밀려나오면서 열려진 형태가 유지되는건지도 모릅니다.

날개를 정면에서 보면 앞전이 날개 끝단으로 갈수록 약간 아래쪽으로 내려온 것을 볼 수 있는데 이를 코니컬 캠버라고 부릅니다. 다른 전투기로는 대표적으로 F-15에 사용되었는데, 날개의 루트쪽 받음각보다 끝단쪽 받음각을 줄여서 박리를 지연시키고 날개끝 실속을 방지하하고 항력을 줄이고 그런 목적입니다. F-15에는 앞전플랩이 없기때문에 이를 적용했는데 BTX에는 앞전에 슬랫이 있음에도 이를 적용하고 있습니다. 나중에 에어포일 종류나 날개의 두께비 같은 다른 변수가 확인되면 더 그럴듯하게 추정할 수 있을겁니다. 

위의 사진을 보면 좀 애매하고, 아래 그림을 보면 코니컬 캠버가 있다는게 약간 더 확실해 보입니다. 노란색은 대략적인 윙 루트이고 빨간색은 윙팁인데 빨간색의 받음각이 더 작아지도록 내려가 있습니다. F-15같은 경우에도 코니컬 캠버의 각도는 아주 작기때문에 이게 있다는 것을 이미 아는 상태에서 아주 눈여겨 보지 않으면 눈에 잘 들어오지 않습니다.

뒷전에는 스팬의 약 70% 정도 날개 안쪽으로 플레인 플랩을 가지고 있고 에일러론은 없는듯 합니다. 롤 조종에 대해서는 꼬리날개에서 다시 나옵니다. 보통 날개 바깥쪽으로는 에일러론을 두고 안쪽을 플랩으로 사용하도록 가운데 구분이 되는데 그런데 없어 보입니다.

주날개에 에일러론이 없는것 같아서 혹시나 하고 동영상을 전부 찾아보니 역시나 꼬리날개가 서로 반대방향으로 움직이는 것으로 롤조종을 하는것 같습니다. 아래 그림은 그래픽 화면이지만 실기체 비행에서도 이렇게 엘리베이터가 서로 반대방향으로 움직이는걸 순간이지만 볼 수 있습니다. 아래 그림에서 오른쪽은 내려갔고 왼쪽은 올라갔기 때문에 지금 기체는 왼쪽으로 롤을 하고 있는 모습입니다.

이런 작동 방식을 Taileron 또는 엘리베이터+에일러론 Eleveon이라고 부르는데 명칭이 별로 중요한건 아닙니다. 보통 이는 꼬리날개가 따로 없는 델타익이나 아니면 F-14나 토네이도 같은 가변익 중에서 날개를 최대한 뒤로 젖히는 경우 에일러론의 효과를 기대할 수 없을때 사용하는데 BTX에는 이를 적용한듯 합니다. 주날개의 뒷전 플랩이 플랩+에일러론으로 작동하는 Flaperon으로 움직이는건 동영상이나 사진에서 확인하지 못했습니다.

도대체 이걸 왜 적용했을까 아주 궁금한데요. 다른것도 모두 그렇기는 하지만 이것도 역시나 설계한 사람이 알려주지 않으면 알 수가 없지만 아마도 주날개의 두께비가 작아서 날개가 얇고 그래서 에일러론을 날개 끝단쪽에 장착하는 경우 하중분포를 감안해서 그런것 아닌가 합니다. 주날개의 두께비가 얇다고 추정하는 이유는 뒷전플랩의 액추에이터가 내부에 숨겨져 있는게 아니라 외부에 나와있는 형태인데 이건 아마도 주날개의 내부 공간을 최대한 연료탱크로 사용하려고 한다거나 아니면 두께가 너무 얇아서 액추에이터가 들어가기 힘들거나 뭔가 이유가 있었을것 같아서입니다.

보잉 BTX의 가장 큰 외형상 특징은 바로 약간 벌어진 트윈테일입니다. 고속 비행시 방향안정성을 확보하기 위해서 하나의 핀으로는 부족하기 때문에 이를 두 개로 나누어 부담하도록 하고 그래서 F-15, F-14, F-18같은 쌍발엔진, 고속, 고기동 전투기에 적용되었습니다. 쌍발엔진인 경우 동체가 자연스럽게 벌어지기 때문에 트윈테일을 장착할 위치가 어느 정도 정해지면서 나오게 됩니다.

하지만 단발엔진인 경우 수직꼬리날개 두 개를 장착할 공간도 마당하지 않고 대체로 단발기는 속도영역이나 기동성능 그리고 기체의 크기 등이 어느 정도 한정되기 때문에 하나로도 충분하다는 식으로 봅니다. 그런데 보이의 BTX는 단발엔진 양 옆에 F-16처럼 날개와 동체가 부드럽게 연결되는 Blending은 아니고 동체 부위를 붙이는 식으로 해서 여기에 트윈테일을 장착하고, 이를 가지고 F-35, F-22의 비행특성에 유사하다는 식으로 광고하고 있습니다. F-16에서는 위의 그림에서 노란색 부위를 반으로 쪼개서 위아래로 열어서 에어브레이크로 사용하는데 BTX에서는 그런것 같지는 않지만 이후에 어떻게 달라질지는 모릅니다.

BTX에 트윈테일을 장착한 이유는 F-22, F-35와 유사한 비행특성을 갖기때문에 순조로운 전환이 이루어질 수 있다는 주장의 근거를 위해서인지도 모르지만, 사실 딱히 틀린 얘기도 아니라서 우리나라의 입장에서는 아주 얄밉기는 하지만 마땅히 대응할 방법이 없어 보입니다. 이런것도 이미 개발된 기종이 아닌 이른바 처음부터 시작하는 클린시트 설계의 장점이라고 할 수 있을겁니다.

트윈테일인 경우 양쪽 러더를 안쪽으로 움직이는 방식으로 엘리베이터의 힘을 보조하기도 하고 때로는 변위를 아주 크게 해서 에어브레이크로 사용하기도 하는데 이런것 모두 F-18에 적용되어 있는것 같습니다. F-18의 트윈테일 러더도 처음부터 이렇게 반대 방향으로 움직이지는 않았는데 이륙 회전시(takeoff rotation) 기수가 너무 들리지 않아서 이륙거리가 늘어나자 엘리베이터 파워가 모자란 것을 보충하기 위해서 이렇게 안쪽으로 동시에 움직이도록 변경을 했습니다.

단일 꼬리날개인가 트윈테일인가 이것도 마찬가지로 공식처럼 정해진게 아니라서, 예를 들어 단발엔진인 F-16에서도 처음에는 트윈테일을 시도했지만 단일 꼬리날개의 효율이 더 좋다고 나와서 그렇게 진행되었다고 하고, 쌍발엔진인 토네이도의 경우 아마도 처음 개발기 고기동성 보다는 공격기로 개발되어 받음각이나 옆이끄럼각 영역이 제한되었기 때문에 트윈테일이 필요하지 않았을 것이라는 식으로 추정합니다.

아래 그림을 보면 조종사가 캐노피를 옆으로 그것도 손으로 열고 나오는 모습입니다. 보잉에서는 옆으로 열리는 캐노피를 설명하면서 한 시간 이내에 사출좌석을 교체할 수 있어서 정비유지 시간을 줄일 수 있다고 얘기하고 있습니다.

일반적으로 캐노피가 뒤로 열리는데 그러면 사출좌석을 탈거하려면 보통 캐노피를 먼저 제거해야 해서 시간이 오래 걸리고 이건 유지비용이 늘어나는 이유가 됩니다. F-35의 경우 캐노피가 앞으로 열리는데 이는 수직이착륙 버전의 팬때문에 뒤로 열도록 만들수가 없어서 그렇다고 볼 수도 있지만, 앞으로 열리는 경우 역시나 캐노피를 제거하지 않고도 사출좌석을 탈거할 여지가 있기때문에 이런것도 감안되었을 가능성이 있습니다.

아래 그림에서 노란색으로 표시된 가느다란 줄은 MDC라고 부르는 사출시 캐노피를 파손시키는 역할을 하는 폭약이 내장된 코드입니다. 훈련기는 속도영역이 아주 높지 않기때문에 캐노피 두께가 두껍지 않아서 굳이 캐노피를 날려버리는 식으로 제거하지 않더라도 이렇게 MDC를 이용하기도 합니다. BAe 호크나 KAI의 KT-1에도 MDC가 사용됩니다.

그런데 이 MDC가 제대로 작동하지 않을 수도 있기때문에 사출좌석의 머리 부분에 뾰족한 칼날인 캐노피 브레이커가 달려 있어서 사출시 캐노피를 부수고 튀어나가도록 하기도 합니다. 하지만 이런 방식은 캐노피 두께가 더 두꺼워지는 높은 초음속 전투기에서는 사용되기 어렵습니다.

F-16이나 F-22 같은 하나로 만들어진 버블 캐노피는 앞부분이 두껍고 나머지 부위는 상대적으로 좀 더 얇은 식이기는 하지만 그래도 이런식으로 브레이커를 사용하지는 않고 또한 MDC도 사용하지 않습니다. 수직이착륙 버전이 있는 F-35는 저고도 저속에서도 운용되기 때문에 캐노피를 날려버리는데 제한이 있어서 MDC를 사용하고, 이건 해리어도 마찬가지입니다.

어떤 방식을 적용하는가는 역시나 무슨 공식처럼 적용되는게 아니라 운용조건이나 기술수준에 따라서 달라질 수 있습니다.

그리고 보잉에서 설명하기를 Stadium Cockpit을 적용했다고 하는데, 마치 극장의 좌석처럼 층마다 높이가 다르다는 것을 의미합니다. 훈련기 특성상 후방석에 교관이 탑승하고 학생 조종사를 지켜볼 수 있다는 장점이라고 얘기하는듯 합니다. 전투기가 아닌 이상 훈련기는 대체로 이렇게 어느 정도 높이 차이를 가지고 있는데 이걸 stadium cockpit이라고 그럴듯한 이름을 붙이는건 먼저 선점하는게 중요한듯 합니다.

BTX의 랜딩기어는 F-16에서 가져왔다고 합니다. 메인만인지 노즈기어까지인지는 모르겠지만, 어쨋든 시제기 또는 촉박하게 개발하는 경우 특정 시스템을 다른 항공기에서 가져다가 사용하는 일이 종종 있습니다.

이런식으로 새로운 항공기 개발시 기존 항공기에서 Off the shelf 부품을 가져다 사용하는 일은 드물지 않아서 YF-23은 F-15의 노즈기어를 사용했습니다. 눈에 보이지 않는 내부 시스템을 가져다 사용하는건 더 많습니다.

보잉에서 이렇게 터무니없이 저렴한 가격을 제시할 수 있었던 근거로 얘기하는것 중의 하나가 블랙 다이아몬드라고 하는 무슨 사내 비밀 프로젝트라고합니다. 공식적으로 외부로 알려진 내용은 없지만 대충 유추해 보자면, 항공기 생산 특히 조립에는 치구가 필수이고 아주 중요한데요. 보잉에서는 이러한 치구의 사용을 대폭 줄이거나 또는 아예 제거해서 시간도 단축시키고 비용도 절감한다는 내용이 나옵니다. 구체적인건 알 수가 없지만 어쨋든 뭔가 명목상 블랙 다이아몬드라고 이름까지 붙여서 드러내고 얘기할만한 대책이 있는것 같기는 합니다.

또한, 보잉에서 사브와 손을 잡은 이유로, 사브가 항공기의 대량생산 업체는 아니지만 소량을 빠른 시간 내에 저렴한 비용으로 개발하는 능력이 있다는걸 감안해서 이번에 파트너로 삼고 그래서 BTX 두 대의 시제기를 예상보다 훨씬 빠르게 비행에까지 성공시켰다는 얘기도 있습니다.

록히드의 간판을 앞세운 파트너라고 하더라도 산전수전 다 겪은 보잉을 상대로 끝까지 미 공군의 프로그램에서 대등한 후보로 경합을 했다는것 만으로도 훌륭하다고 봅니다. 무척이나 아쉽지만 다음에 다른 기회에서는 잘 되었으면 합니다.