가변익
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항공기 날개의 한 종류.
可變翼
Variable-sweep Wing
1. 개요
상황에 따라서 상태를 바꿀 수 있는 날개를 가리킨다. SF에서는 날개 자체가 바뀌어버리지만, 현실의 가변익은 비행기의 속도에 맞춰서 비행기 날개의 각도, 특히 후퇴각을 바꾸는 것을 가리키며 이후 설명은 가변후퇴익에 관련된 내용이다.
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고속에선 이렇게 접힌다. 해당 기종은 F-14.
2. 특징
가변익은 저속에서는 날개를 펼치고, 고속에서는 날개를 접어들여서 각 비행환경에 맞춰서 날개의 효율을 극대화 한다. 즉 아음속 영역에서는 천음속대에서 문제가 되는 부분 충격파 등을 겪을 일이 없으므로 후퇴각을 줄여서 양력효율과 양항비를 높이면서 그에 따른 이착륙성능이나 순항능력, 선회성능을 높이고 부분충격파 내지는 그냥 충격파가 문제되는 천음속 영역에서는 후퇴각을 적절히 늘려 불규칙한 충격파와 항력을 줄인다. 초음속 영역에서는 당연히 후퇴각을 최대한으로 하여 충격파에 의한 항력을 최소화시킨다.[1] 결과적으로 이러한 천음속 대역에서의 적응성으로 인한 저항력 특성 덕분에 가변익 기체의 경우 천음속 가속력이 대체로 우수하다.
3. 역사
3.1. 등장
처음 이 개념을 현실로 옮기려고 한 것은 제2차 세계 대전 당시의 독일. 메서슈미트에서는 Me P.1101이라는 실험기를 제작하고 있었는데, 이 항공기는 3단계로 날개의 후퇴각을 바꿀 수 있었다. 다만 당시에는 여건이 되지 않아서 임무에 따라 지상에서 날개 각도를 바꾼 다음 출격하는 개념이었으며 그나마 전쟁이 끝나서 이 실험기는 제대로 완성이 되지도 않았다.
미국은 전쟁이 끝나자 80%쯤 완성된 Me P.1101을 가져가서 면밀히 뜯어보고 X-5라는 실험기를 만들었다. 형상은 Me P.1101과 거의 유사하지만 X-5는 공중에서 날개 각도를 비행 중에 조종사가 임의로 바꿀 수 있었다.
3.2. 전성기
이후 1960년대와 1970년대에는 냉전기의 군비 경쟁 바람을 타고 가변익기가 진영 불문하고 널리 쓰이게 된다. 이 시기의 대표적인 가변익 전투기로는 F-111이나 MiG-23, Su-17, Su-24, 토네이도, F-14 등이 있다. 심지어 대형 폭격기인 B-1이나 Tu-22M, Tu-160에도 가변익이 도입되었다.
이 시기에 전투기나 폭격기들이 이 가변익을 사용하게 된 계기는 대부분 짧고 악조건인 활주로에서의 STOL 성능과 고속비행능력이 동시에 필요했기 때문이다. 위에 제시된 항공기들은 모두 개발시 요구 성능에 이륙시 활주 거리가 짧을 것이 포함되어 있었다. 아예 함재기인 톰캣은 말할 것도 없고. 이 무렵의 군용기가 이런 악조건에서의 이륙을 강하게 요구받은 이유는, 냉전으로 인해 양대 세력의 맹주끼리의 전면전 가능성이 그 어느때보다도 높았기 때문이다. 미소간의 총력전이 벌어질 경우 최소 폭격기부터 최대 '''핵미사일'''까지 동원해 상대의 전략 거점들[2]을 쑥대밭으로 만들 것이 뻔했고, 자연스럽게 군용기들이 상정해야 하는 최악의 임무 시작 상황은 '''적이 기지와 활주로를 이미 파괴한 상황'''이 된다. 따라서 활주로의 파손되지 않은 일부 구간이나 임시로 구축한 야전 공항처럼 충분히 길지 못한 활주로에서도, 무장과 연료를 만재한 채로 멀쩡히 이륙할 수 있어야 한다는 결론이 나오는 것이다.
유독 60년대에서 70년대 사이의 군용기에서 가변익이 잘 보이는 또 다른 이유는 당시 전투기/폭격기의 주요전술 중 하나가 저고도침투 임무였기 때문이다. 아직 스텔스가 없던 당시로서는 레이더를 피하려면 저고도 고속 침투가 그나마 가장 생존성이 높은 방법이었다.[3] 저고도 고속 침투시에 돌풍의 영향을 최소화하려면 날개 면적과 후퇴각이 작아야 하기 때문에, 저고도 고속 침투용으로 가장 적합한 날개는 바로 델타익이다. 하지만 날개 면적이 작은 델타익기는 저속 영역에선 양력 부족에 시달리게 되고 이륙시에 매우 긴 활주로가 필요하므로 야전의 임시활주로나 간이활주로에서 항공기가 작전하기 힘들다. 그 결과 당시 눈으로 저속 비행능력과 고속 비행능력 모두 만족스러운 가변익은 매우 매력적일 수 밖에 없었던 것.
3.3. 몰락
그러나 가변익은 유행하는 속도도 빨랐지만 사양화되는 속도도 빨라서 대략 6~70년대에 개발붐을 이룬 후 거의 사장되다시피 했는데 이것에는 몇 가지 이유가 있다.
첫번째는 기체구조 관점에서의 태생적 문제를 지적할 수 있는데 주익이 받는 모든 하중이 다른 종류의 기체와는 달리 날개뿌리부의 날개보에 골고루 분산되지 않고 날개를 회전시키는 피봇축 한 군데에 집중될 수 밖에 없는 구조라서 그 부분의 구조를 크게 강화시키게 되면서 중량 측면에서 불리할 수 밖에 없고 이를 티타늄 같은 고급 소재의 사용으로 극복하려고 하면 이번에는 가공-제작비와 재료비용이 상승하게 된다.
두번째는 항공기술의 발전에 의한 것으로 60년대부터 연구가 진행되면서 발전한 LEX나 고양력장치, 제어기술, 고출력 엔진 등의 도입으로 초음속기의 천음속 특성과 이착륙특성이 가변익의 채택 없이도 현저히 개선되면서 굳이 비싸고 복잡하며 관리하기도 어려운 가변익을 도입하지 않아도 필요한 성능목표를 충족시킬 수 있다.
세번째는 다량의 무장장착대를 설치하는 설계가 쉽지 않다. F-111의 경우 무장장착대를 피봇구조 아래에 설치하여 무장장착대 숫자를 확보하기는 했으나 구조가 복잡해지고 무엇보다도 후퇴각이 커지면 무장장착대간 간격이 좁아지면서 공력간섭이 발생하여 실질적으로 무장장착대를 자유롭게 쓸 수 없는 상황이 벌어졌다. 그렇다고 해서 F-14처럼 동체에 무장장착대를 모두 달자니 무장장착대가 부족해진다.
무엇보다도 70년대의 군용기 연구개발의 추세가 비용절감과 통폐합 분위기로 인해 소품종의 저가-다목적기를 대량생산하는 방향으로 선회하면서 고가-고비용의 가변익기가 설 자리가 없어지게 된다.
심지어 가변익이 우세를 차지하는 저고도 고속침투 시나리오의 경우조차도 비록 가변익이 가져다 주는 우수한 비행특성에는 못미쳤지만 기존 다목적기의 기골강화 등으로 대응하면서 아쉽지만 써먹을 수 있는 정도로 굴리는 방향으로 나아갔고 80년대에 유행했던 카나드+델타익 조합의 기체들은 델타익 특유의 높은 후퇴각 덕분에 나름대로 저공특성도 나오는 편이다.
더구나 레이더와 보병용 대공화기들이 빠르게 발전하면서 저고도 고속침투 자체가 지나치게 위험한 임무로 전락하고 말았다. 걸프전에서의 F-111 손실과 중동전쟁에서 저공침투를 시도한 이스라엘군의 손실에 미군은 저고도 고속침투 전술 대신 스텔스기와 고성능 미사일을 이용한 아웃레인지 타격 쪽으로 연구 방향을 돌리게 된다.
4. 기타
SF에서는 날개 자체가 통째로 바뀌어버리는 경우도 종종 있는 편이다. 대개 형상기억합금 같은 설정이 붙어있는 경우가 있으며(마크로스 시리즈의 YF-21이라든지...), 일반적인 가변익과는 별개의 기술로 구별되는 경우도 많다.[4]
에이스 컴뱃 시리즈에서는 X-02라는 특이한 가변익 기체가 등장하는데, 전진익 형상에서 속도를 내면 주익이 안쪽으로 접혀 들어가며 더블 델타익 형태가 된다.
워 썬더에서는 IXWA STRIKE 업데이트로 등장한다.
[1] 후퇴각이 커져서 항력이 줄어드는 효과가 있을 뿐만 아니라, 보통 날개가 동체 등에 포개지면서 일부분이 안쪽으로 접혀들어가 날개면적 자체가 줄어드는 효과도 있다.[2] 공군 기지도 당연히 포함된다.[3] 이는 당시 항공기용 레이더가 저고도로 낮게 나는 적기를 찾아내는 룩다운(look down) 능력이 약했던 것도 한가지 원인이다. 자세한 이유와 설명은 레이더 문서 참고.[4] 마크로스 시리즈와 같이 일반적인 가변익과 날개 자체가 통째로 변형되는 특수한 날개가 동시에 나오는 경우도 있기 때문이다.