최강의 제공전투능력을 가질 수 있게 한 가변익(VG Wing)은 이착륙 및 상승, 순항시에는 후퇴각을 줄여 익폭하중을 낮추고 양항비를 높일 수 있다는 장점을 가지고 있으며 초음속 비행시에는 후퇴각을 크게 하여 충격파의 저항을 줄이거나 돌풍하중을 낮출 수 있어 초저공 비행시 안전성을 확보할 수 있다. 따라서 초저공 침투임무를 수행하는 공격기나 폭격기는 모두 가변익을 채택하고 있으며 대표적인 기체로 토네이도나 B-1B 랜서 등이 있다.
가변익 기술은 F-111에서 처음으로 실용화되었으며 개발 기원을 거슬러 올라가면 2차 대전 당시 독일에서 제작된 Messerchmitt Me P.1101까지 이어진다. 세계 최초의 가변익 전투기인 P.1101은 주익의 후퇴각을 출격임무의 성격에 맞게 지상에서 변경할 수 있었다. 예를 들면 고속 비행이 요구되는 고공에서의 전투임무에는 큰 후퇴각을, 큰 속도가 요구되지 않는 저공에서의 지상공격 임무에는 작은 후퇴각을 선택하여 출격전에 미리 맞추어 놓을 수 있었으나 비행 중에도 후퇴각을 맘대로 조절할 수 있는 지금의 가변익 전투기와는 큰 차이가 있었다. 독일공군의 가변익 연구는 종전과 함께 미공군으로 넘어가게 되고 P.1101을 베이스로 벨 X-5 연구기가 개발되어 1951년 6월 20일 첫 비행에 성공하였다.
↑ 미국이 제작한 가변익 실험기 벨 X-5. 비행 중 20 ~ 60도까지 날개각도를 조절할 수 있다.
X-5의 개발에는 그루먼사도 협력하였으며 그루먼사는 당시 개발 중인 XF10F-1 재규어 함상 전투기의 이착함 성능을 향상시키기 위하여 가변익을 채택하여 1952년 5월 19일에 첫 비행을 하였다. 가변익을 장착한 기체는 후퇴각을 변화시킬 경우 주익의 양력중심이 앞뒤로 이동하기 때문에 대치방향의 안정성을 확보하기가 어렵다. 따라서 동체중심선 근처에 가변익의 회전축을 앞뒤로 슬라이딩하는 방식을 사용하는데, 이러한 방식은 안정성 확보에는 유리하지만 기계장치가 복잡하고 중량이 중가하는 단점이 있다. XF10F-1의 경우도 중량초과 및 조종성 문제로 개발의 중지되었다.
↑ XF10F-1 재규어. 미군 최초의 가변익 전투기
가변익의 문제를 해결하기 위해 1958년부터 NASA에서 중량이 증가하는 가변익의 회전축 슬라이드 기구를 폐지하고 기구를 단순화하는 연구를 추진하였다. 이에 따라 회전축의 위치, 주익의 애스펙트비, 테이퍼비를 바꾸어 여러가지 종류를 컴퓨터로 분석하는 작업이 계속되었다. 그 결과 1959년 NASA의 연구진은 새로운 가변익 기술을 발견하게 되었다. NASA의 가변익 방식은 고정된 회전축을 동체중심선과 멀리 떨어진 기체 바깥쪽으로 옮기고 양력 중심을 주익 뿌리 부분에 가깝게하여 이동을 최소화하며 주익의 테이퍼비를 크게 하는 방법이었다.
이 연구결과에 따라 F-111로 가변익이 실용화되었다. F-111의 개발을 담당한 제너럴 다이나믹스는 개발파트너로 가변익 개발에 경험이 있는 그루먼사를 선정하였으며 그루먼사는 해군형 F-111B의 개발을 맡았으나 중량증가문제로 실패하고 경험을 F-14로 이어나간다. 가변익 기술에 있어 그루먼사는 X-5, XF10F-1, F-111, F-14 등의 개발작업을 가장 많은 기술을 축적하고 있으며 영국, 독일, 이탈리아의 합작품 토네이도 개발시에도 그루먼사의 기술제휴가 있었기에 성공하였다.
F-14는 F-111에 이은 NASA 방식의 가변익을 채택하였으나 그루먼사는 모델303을 구상할 때 고정 후퇴익과 가변익을 모두 검토하였다. 그 뒤 미해군의 VFX 요구조건을 만족시키려면 고정후퇴익의 경우 기체의 대형화와 중량증가의 문제점이 있어 결국 가변익기로 결론이 내려졌다. 또한 함상기의 경우 주익을 접어 공간을 절약해야 하기에 가변익을 채택할 경우 별도의 주익을 접는 장치가 필요 없다는 이점이 있다.
F-14에 장착된 가변익의 최대 특징은 제공전용으로 설계되었다는 점이다. 상승, 하강, 급선회 등이 요구되는 공중전에서 가변익이 주는 이점을 100% 발휘하기 위해 F-14의 파일럿은 가변익을 자동모드로 선택해 놓기만 하면 컴퓨터가 비행상황에 따라 자동으로 적당한 후퇴각을 선정해주며, 날개 또한 빠르게 움직이기 때문에 항상 최적의 비행상태를 유지할 수 있다. 또한 6G 기동 중에도 가변익 작동에 가능한 액튜에이터를 장착하고 있다. F-14의 가변익은 비행 중에 후퇴각이 20 ~ 68도까지 자유롭게 움직이며 항모상에서 격납될 때는 수동으로 최대 75도까지 후퇴시킬 수 있다. 비행 중의 후퇴각 변경은 CP-10661A Central Air Data Computer의 분석에 따라 움직이게 된다.
F-14의 주익면적은 52.49㎡, 공중전시 익면하중은 440㎏/㎡로 통상의 전투기 평균치보다 약간 낮지만, 68도의 가변익과 평평한 동체부분에서 발생하는 양력이 41.16㎡ 발생하여 전체주익면적인 93.65㎡, 익면하중은 269㎏/㎡로 크게 낮아진다. 따라서 공중전시 기동이 여타 다른 전투기(F-15, F-16, F/A-18)보다 우수하다고 평가되고 있다.
- 컴뱃암즈 16호(1997년 1월) / 이장호 -
가변익 기술은 F-111에서 처음으로 실용화되었으며 개발 기원을 거슬러 올라가면 2차 대전 당시 독일에서 제작된 Messerchmitt Me P.1101까지 이어진다. 세계 최초의 가변익 전투기인 P.1101은 주익의 후퇴각을 출격임무의 성격에 맞게 지상에서 변경할 수 있었다. 예를 들면 고속 비행이 요구되는 고공에서의 전투임무에는 큰 후퇴각을, 큰 속도가 요구되지 않는 저공에서의 지상공격 임무에는 작은 후퇴각을 선택하여 출격전에 미리 맞추어 놓을 수 있었으나 비행 중에도 후퇴각을 맘대로 조절할 수 있는 지금의 가변익 전투기와는 큰 차이가 있었다. 독일공군의 가변익 연구는 종전과 함께 미공군으로 넘어가게 되고 P.1101을 베이스로 벨 X-5 연구기가 개발되어 1951년 6월 20일 첫 비행에 성공하였다.
X-5의 개발에는 그루먼사도 협력하였으며 그루먼사는 당시 개발 중인 XF10F-1 재규어 함상 전투기의 이착함 성능을 향상시키기 위하여 가변익을 채택하여 1952년 5월 19일에 첫 비행을 하였다. 가변익을 장착한 기체는 후퇴각을 변화시킬 경우 주익의 양력중심이 앞뒤로 이동하기 때문에 대치방향의 안정성을 확보하기가 어렵다. 따라서 동체중심선 근처에 가변익의 회전축을 앞뒤로 슬라이딩하는 방식을 사용하는데, 이러한 방식은 안정성 확보에는 유리하지만 기계장치가 복잡하고 중량이 중가하는 단점이 있다. XF10F-1의 경우도 중량초과 및 조종성 문제로 개발의 중지되었다.
가변익의 문제를 해결하기 위해 1958년부터 NASA에서 중량이 증가하는 가변익의 회전축 슬라이드 기구를 폐지하고 기구를 단순화하는 연구를 추진하였다. 이에 따라 회전축의 위치, 주익의 애스펙트비, 테이퍼비를 바꾸어 여러가지 종류를 컴퓨터로 분석하는 작업이 계속되었다. 그 결과 1959년 NASA의 연구진은 새로운 가변익 기술을 발견하게 되었다. NASA의 가변익 방식은 고정된 회전축을 동체중심선과 멀리 떨어진 기체 바깥쪽으로 옮기고 양력 중심을 주익 뿌리 부분에 가깝게하여 이동을 최소화하며 주익의 테이퍼비를 크게 하는 방법이었다.
이 연구결과에 따라 F-111로 가변익이 실용화되었다. F-111의 개발을 담당한 제너럴 다이나믹스는 개발파트너로 가변익 개발에 경험이 있는 그루먼사를 선정하였으며 그루먼사는 해군형 F-111B의 개발을 맡았으나 중량증가문제로 실패하고 경험을 F-14로 이어나간다. 가변익 기술에 있어 그루먼사는 X-5, XF10F-1, F-111, F-14 등의 개발작업을 가장 많은 기술을 축적하고 있으며 영국, 독일, 이탈리아의 합작품 토네이도 개발시에도 그루먼사의 기술제휴가 있었기에 성공하였다.
F-14는 F-111에 이은 NASA 방식의 가변익을 채택하였으나 그루먼사는 모델303을 구상할 때 고정 후퇴익과 가변익을 모두 검토하였다. 그 뒤 미해군의 VFX 요구조건을 만족시키려면 고정후퇴익의 경우 기체의 대형화와 중량증가의 문제점이 있어 결국 가변익기로 결론이 내려졌다. 또한 함상기의 경우 주익을 접어 공간을 절약해야 하기에 가변익을 채택할 경우 별도의 주익을 접는 장치가 필요 없다는 이점이 있다.
F-14에 장착된 가변익의 최대 특징은 제공전용으로 설계되었다는 점이다. 상승, 하강, 급선회 등이 요구되는 공중전에서 가변익이 주는 이점을 100% 발휘하기 위해 F-14의 파일럿은 가변익을 자동모드로 선택해 놓기만 하면 컴퓨터가 비행상황에 따라 자동으로 적당한 후퇴각을 선정해주며, 날개 또한 빠르게 움직이기 때문에 항상 최적의 비행상태를 유지할 수 있다. 또한 6G 기동 중에도 가변익 작동에 가능한 액튜에이터를 장착하고 있다. F-14의 가변익은 비행 중에 후퇴각이 20 ~ 68도까지 자유롭게 움직이며 항모상에서 격납될 때는 수동으로 최대 75도까지 후퇴시킬 수 있다. 비행 중의 후퇴각 변경은 CP-10661A Central Air Data Computer의 분석에 따라 움직이게 된다.
F-14의 주익면적은 52.49㎡, 공중전시 익면하중은 440㎏/㎡로 통상의 전투기 평균치보다 약간 낮지만, 68도의 가변익과 평평한 동체부분에서 발생하는 양력이 41.16㎡ 발생하여 전체주익면적인 93.65㎡, 익면하중은 269㎏/㎡로 크게 낮아진다. 따라서 공중전시 기동이 여타 다른 전투기(F-15, F-16, F/A-18)보다 우수하다고 평가되고 있다.
- 컴뱃암즈 16호(1997년 1월) / 이장호 -
