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보잉 Bird of prey 5세대항공기//////////////////

11.06.24 18:52

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https://main.bbmuseum.co.kr/community/skybr/n5ubyxuzx2

2002년 10월 18일, Boeing은 그동안 비밀에 부쳐졌던 Bird of Prey의 실체를 세인트 루이스 공장에서 출고식과 함꼐 공개했다. 기체의 이름은 스타트렉 TV 시리즈물의 우주선 이름을 붙였다. 이 기체의 실제 목적은 실험기로서 저탐지 스텔스 형상연구와, 수평, 수직 꼬리 날개가 없는 단일 날개형, 그리고 실험기로서 단시간에 제작에서 비행까지 이루어지는 연구기이다.

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계획은 18년전인 1992년에 시작하였으나 1999년 제작이 결정되기까지 무슨일이있었는지는 아무것도 공개된바는 없다. 보잉의 대변인은 계획당시에는 이 기술들이 최첨단으로 비밀 유지가 필요하였으나 이제는 이런 기술들이 업체의 표준화가 될만큼 일반화되어 비밀로 부칠 이유가 없다고 공개이유를 설명하였다.
보잉의 경영자들은 이날 연설을 통해 Bird of Prey 와 같은 첨단 항공기의 설계 제작을 통해, 첨단 기술의 투자와 시현 등에서 보잉은 설계에서부터 제작까지 무엇을 어떻게 경영해야하고 관리해야하는 지를 배웠고 이는 실제로 군용기, 민수용 항공기 제작, 효과적 경영에 전환점을 가져왔다고 언급했다.

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이 첨단의 기이한 항공기는 전통적으로 첨단 전투기를 설계해온 McDonnell Douglas Phantom Works에 의해 설계되고 제작되었다. 시험비행과 조종사, chase 항공기 등은 모두 미공군의 지원을 받았다. 1997년 맥도널 회사가 보잉에 합병된 이후에도 보잉은 프로그램의 가치를 인식하고 8년간 6700만 달러를 지속 투자하였다.

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이 항공기를 비행한 사람은 오직 3명으로 맥도널사, 보잉사, 미공군 각 1명씩이다.

Bird of Prey의 설계

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이 항공기에는 레이더 반사면적 감소, 적외선 감소, 시각적인 저 탐지성 등의 혁신적인 설계가 많이 적용되었다. 낮에 비행할 경우 육안으로 식별이 어렵게하기위해 그림자가 드리워지는 부분을 최소화하여 하늘에서 육안식별이 어렵게하였다. 예를 들어 엔진 흡입구도 쉽게 식별이 어렵게 위치하였으며, 수직꼬리 날개 등을 없애서 레이더 반사면적 뿐만아니라 동체에 그림자가 드리워지지 않도록 하였다.
구조도 대형의 단일 복합재 구조(large single-piece composite structures)로 제작하여 부품수를 줄이고, 제작공정 효울을 높이고 제작비용을 감소시켰다.
길이는 47피트(약 14미터)이며, 아음속, 단좌, 무미익(無尾翼), 날개폭은 23피트(7미터)이다. 무게는 7,400 파운드(3350킬로그램), 높이는 9피트(2.7미터)이다. 좌석은 여압이되지않으며, 엔진 흡입구는 바로 칵핏 후방에 위치한다.
엔진은 Pratt & Whitney JT15D-5C turbofan engine으로 3,190 pounds의 추력을 제공하며 속도는 260 knots (약 500킬로/시) 최대 운용고도는 20,000 feet(6000미터)이다.

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비용과 개발시간을 단축시키기위해 이 항공기는 대부분의 신형 항공기가 채택하는 digital fly-by-wire control 대신에 구형의 항공기와 같은 기계식 조종장치(케이블과 유압장치)를 사용했다. 하지만 이렇게 기이한 꼬리날개가 없는 항공기를 컴퓨터 조종장치 없이 기계식으로 하였는지는 정말 대단한 조종사들임이 틀림없다. 이 항공기의 조종면은 안쪽 날개에 Elevator(기수 Up, Down기능)와 Aileron(회전 기능)을 합친 Elevon을 장착하고, 날개 바깥부분에는 Rudder(항공기 좌우 움직임)와 Aileron을 통합한 rudderon을 장착하였다. 이 4개의 조종면을 조합하여 항공기의 기동을 이끌어내는 것이다.

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이 프로그램을 담당했던 Phantom Work 인원들은 이 프로그램을 통해 기존 기술을 최대한 적용하여 제작비용을 줄이고, 부품을 단순화하는 등의 경제성에 많은 유념을 하여 설계하였기 때문이다. 다른 실예로 엔진은 세스나 경 제트 비지니스 항공기에 사용되는 일반적인 엔진을 사용하였고, Beech King Air 비지니스 제트기에 사용된 랜딩기어를 재사용하였다. 또한 비상착륙장치(Emergenct landing Gear), 조종사 사출좌석 등은 이미 폐기된 McDonnell Douglas AV-8B Harrier로 부터 재생하여 사용했다. control stick과 throttle 은 F-18로 부터, rudder pedal은 A-4 Skyhawk로 부터, 엘레본 Actuator, 바퀴, 타이등은 Grumman Gulfstream II business jet 로 부터 차용하였다.

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계기판은 타 항공기로 부터 차용하여 개조 사용하는 것 보다는 새로이 만드는게 더 경제적이라 세로이 제작하였다. 심지어 시험비행 조종사의 말에 따르면, 시계는 월마트에서 구매했고, 좌석 난방장치는 헤어드라이기를 사용했다고 할 정도다. 제작비 절감을 위해 심지어는 고장 경보장치 조차도 설게에 반영되지않았다가, 이후 전기적 고장으로 비행시범중 문제에 부딛히자 부랴부랴 mater Caution 경고등을 설치하기도 했다.

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Test Program
Phantom Work의 수석 비행사 Rudy Haug은 첫 비행을 한 조종사이다. 그이 일화 중에 하나이다. 그는 비행하기전 이렇게 기이하게 생긴, 사람의 판단으로 비행해야하는 상황에서 먼저 종이 비행기를 만들어 집에서 수차례 던져보았다. 날개의 조종면을 변화시켜 비행기가 회전하는 형태, 랜딩시의 기수들림 등등.... 하지만 컴퓨터 시뮬레이션과 풍동실험을 통한 비행 패턴은 그가 종이비행기로 만들어 날린 형태와는 다르게 나타났다고한다.

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완성된 Bird of Prey는 수송기에 실려서 네바다주의 공군 Flight Test Center로 이동하였다. 지상에서 엔진 시험에 들어갔는데, 엔진의 추력감소 현상이 발생하고, 엔진 스톨 발생 위험이 확인되었다. 하지만 Haug조종사는 그럴기 없다고하여 항공기를 활주로에 몰고가서 최대 출력을 올린후 브레이크를 풀어 공군이 지적한 항공기를 스톨 속도까지 진입하였으나 전혀 스톨 현상은 발생하지않았다.
그 외에도 공중의 기동을 통해 많은 비행 특성들이 측정되었고 안전성을 확인하였다.

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레이더, 청각, 시각적, 열영상적인 저탐지성을 고려하여 설계된 Bird of Prey는 날개형상, 무미익, 엔진 흡입구 등의 형상에 힘입어 매우 낮은 레이더 반사면적을 기록했다. 유연성잇는 항공기 점검용 커버들은 기골간, 조종면간의 틈새를 완전히 채워서 레이더 반사면적을 극단적으로 최소하하였다. 날개와 동체의 접합면, 조종석 캐노피와 동체의 접합면, 랜딩기어 도어의 접합면 등에 레이더 반사를 없애기 위해 매우 심혈을 기울여 설계를 하였다. 엔진 컴프레서로 부터의 레이더 반사를 막기위해 엔진은 캐노피 후방으로 숨었고 인테이크의 깊은 후방에 엔진을 위치시켰다. 엔진의 열도 분산하여 발산토록 톱니구조화 시켰고, 도색 또한 배경과 잘 조화되도록하여 종합적으로 탐시성을 극도로 낮출수가있었다. 이러한 프로그램은 설계의 속도에 반하여 매우 천첞 진행되었다. 96년과 99년 3년간 진행된 시험비행 프로그램에서 거의 38쏘티만 이루어져 월 1회 정도의 비행만이 이루어졌다.

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비행및 지상 성능
Bird of Prey의 독특한 형상은 비행 특성에도 많은 영향을 미쳤다. 비록 외형상으로는 첨단의 미래 항공기로 보이나 추력대 중량비로보나, 엔진 추력으로보나 이 항공기는 거의 조그마한 크기의 재래식 수송기 수준이라고 보면된다. 작은 날개는 동체를 포함하여 양력을 형성시키는 면적이 366 square feet 뿐이며 날개 평방 Feet당 하중은 20파운드였다 . 순항 속도는 260 knot였으나 실제 비행중에는 287 knot까지 기록한 적이있으며, 분당 상승속도는 3,000 Feet를 기록했다.

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Bird of Prey의 계승 항공기
Bird of Prey의 개발로 얻어진 자료는 X-36 무인기를 탄생시켰다. 이 개념은 이어서 JFS 프로그램과 X-45 Unmanned Combat Air Vehicle (UCAV) 의 설계에도 영향을 미치게되었다. X-45는 보잉이 제작한 무인기로 무미익기이며, 2000년 11월부터 2005년 8월까지 미공군에서 진행된 프로그램이다. 형태는 Bird of Prey와 매우 흡사하다.

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Bird of Prey와의 제작 기술은 X-32 JFS 프로그램의 시험기 제작에 적용되어 구상에서부터 시험기 제작까지 비용을 절감하고 기간을 단축하는 엄청난 효과를 가져왔다.

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프로그램 종료
Bird of Prey의 프로그램 종료후 항공기는 방치되었다. 하지만 미공군의 지원으로 2003년 7월 오하이오주의 Wright-Patterson Air Force Base의 막불관에 X-36과 나란히 저장되어있다.
Bird of Prey는 항공기 설계와 제작에 많은 흔적을 남기고 박물관에 저장되었으며, 보잉이 무인기 시장에서 리더로서 역할을 할수있도록한 선도기였다.

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