2024년 1월 3일, 미 DARPA는 새로운 형태의 항공기인 X-65 렌더링 이미지를 공개하였다.
X-65는 아직 공식적으로 공개되지 않았지만 DARPA는 개발 및 목표에 대한 정보를 공개하였다. 지금까지 우리가 알고 있는 내용을 정리하면 다음과 같다.
X-65는 무엇인가?
X-65는 DARPA의 CRANE(Control of Revolutionary Aircraft with Novel Effectors) 프로그램에 의해 개발되고 있는 실험용 항공기이다. 실제 비행 조건에서 능동형 흐름 제어(AFC, active flow control) 기술의 잠재력을 테스트하고 시연하도록 설계되었다.
무엇이 X-65을 독특하게 만드는가?
움직이는 제어 표면1을 사용하는 기존 항공기와 달리 X-65는 압축 공기 제트를 사용하여 표면 위의 공기 흐름을 조작하여 비행을 제어한다. 이는 복잡한 기계 시스템의 필요성을 없애고 항공기 설계에 새로운 가능성을 열어준다.
중앙 집중식 추력장치 vs. 분산형 추력 장치
지금까지 개발된 항공기는 거의 대부분 터보 엔진과 같은 ‘중앙 집중식 추력장치’를 사용하였다. 예를 들어 가장 진보된 전투기인 F-22 랩터(raptor)에는 Pratt & Whitney사의 F119 터보팬 엔진 2개가 장착되어 있다. F-22의 추력은 날개면이 아니라 전투기 뒤꽁무니에 위치한 터보팬 엔진으로부터 획득한다. 하지만 기술이 발전함에 따라 분산형 추력 장치를 사용하는 항공기를 개발하려고 노력한다. 미래 항공기가 중앙 집중식 추력 방식 대신 분산형 추력 방식을 선택하는 이유는 다음과 같다.
- 효율성 향상
분산형 추력 방식은 항공기 전체에 작은 엔진을 여러 개 배치하여 각 엔진을 최적의 작동 조건에서 운용할 수 있다. 이는 중앙 집중식 추력 방식보다 연료 효율성을 높일 수 있다. 또한, 각 엔진이 독립적으로 작동하기 때문에 엔진 고장 발생 시에도 항공기가 안전하게 비행할 수 있다. - 기동성 향상
분산형 추력 방식은 각 엔진의 추력을 개별적으로 제어하여 항공기의 방향을 더욱 정밀하게 제어할 수 있다. 이는 특히 좁은 공간에서 기동하거나 착륙하는 경우 유용하다. - 무게 감소
분산형 추력 방식은 중앙 집중식 추력 방식보다 엔진 자체의 무게를 줄일 수 있으며, 추력 전달 시스템을 단순화하여 항공기 전체의 무게를 감소시킬 수 있다. - 잠재적인 위험 감소
중앙 집중식 추력 방식의 경우 엔진 고장이 발생하면 항공기가 추락할 위험이 높아진다. 하지만 분산형 추력 방식은 엔진 고장이 발생하더라도 다른 엔진이 추력을 보충하여 항공기가 안전하게 비행할 수 있도록 한다. - 다양한 설계 옵션 제공
분산형 추력 방식은 항공기 설계자에게 더 다양한 설계 옵션을 제공한다. 엔진을 항공기 전체에 분산 배치할 수 있기 때문에 설계자는 항공기의 공기역학적 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
이번에 선보인 X-65는 중앙 집중식 추력장치와 분산형 추력 장치를 하이브리드(hybrid)하여 사용한 것으로 볼 수 있다. 즉, X-65의 기본적인 추력은 중앙 집중식 추력장치에서 획득하고, 비행 조종은 중앙 집중식 추력장치에서 획득한 고압의 기체를 이용한 분산형 추력장치를 이용하는 방식이다. 정말 아이디어가 좋다.
X-65 주요 특징들
- 다이아몬드 모양의 날개
독특한 다이아몬드 모양은 AFC의 효율성을 극대화하고 테스트를 위한 안정적인 플랫폼을 제공한다. - 기존 방식의 제어 표면 없음(조종면 없음)
모든 조작은 전략적으로 배치된 AFC 이펙터를 통해 수행된다. - 크기 및 성능
X-65는 날개 길이가 약 9미터(30피트)이고 무게는 약 3,200kg(7,000파운드)이다. 초당 최대 240미터(530mph)의 속도에 도달할 것으로 예상된다.
AFC의 이점
- 향상된 기동성
공기 흐름을 정밀하게 제어하면 더 날카로운 회전, 더 단단한 루프 및 더 나은 전반적인 핸들링이 가능해진다. - 연료 효율 증가
무거운 조종면을 제거하면 무게와 항력이 줄어들어 비행 시간이 길어지고 연료 소비가 낮아진다. - 복잡성 감소
AFC 시스템은 기존 기계식 제어 장치보다 간단하고 가벼워 항공기 유지 관리 및 수리가 더 쉬워진다.
X-65 현재 상태
X-65는 아직 개발 중이며 2025년 초 완료 목표를 갖고 있다. X-65는 완제품이 아니라 기술 시연이 목적이는 점을 기억하는 것이 중요하다. 목표는 새로운 전투기를 만드는 것이 아니라 데이터를 수집하고 AFC의 잠재력을 평가하는 것이다.
추가 리소스
- DARPA 공식 발표: https://www.darpa.mil/news-events/2024-01-03
- 뉴 사이언티스트 기사: https://www.newscientist.com/issue/3436/
- AFC를 설명하는 YouTube 동영상: https://www.space.com/darpa-crane-x-65-aircraft-aurora-flight-sciences
