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[사설] F-35에 새 엔진이 필요한 9가지 이유

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출처 https://breakingdefense.com/2022/11/9-re...ew-engine/

F-35 Joint Strike Fighter 계약이 체결된 지 20여 년이 지난 지금, 5세대 제트기의 능력과 그에 대한 수요는 현재 비행기가 사용하는 엔진을 능가할 위험에 처해 있다. 원래 엔진 제조업체인 프랫 앤 휘트니는 비교적 저렴한 업그레이드를 제공했지만, 헤리티지 재단의 전 전투기 조종사 존 "JV" 베너블은 공군이 대신 프랫과 제너럴 일렉트릭 사이의 차세대 엔진 경쟁의 승자를 목표로 삼아야 한다고 주장한다.


전투기 엔진은 믿을 수 없을 정도로 복잡한 기계이다. 우리는 그것들을 단지 추진력을 생산하는 것으로 생각할 수 있지만, 모든 엔진은 그것이 움직이는 전투기의 성공으로 끝나는 지울 수 없는 특징과 기능을 가지고 태어난다. 추력은 목록의 맨 위에 있지만, 엔진의 연료에 대한 욕구, 시스템 부품에 냉각 및 전력을 공급하는 능력, 그리고 그것의 내구성은 무기 시스템의 성능 패러다임을 확립한다.


이러한 기능에 대한 수요를 증가시키는 것은 궁극적으로 제로섬 게임이 되며, 한 영역에 대한 수요를 충족시키는 것은 다른 영역에 대한 대가를 치르게 된다. F-35 무기 시스템에 대한 요구는 현재 F135 엔진의 능력을 앞질렀다. 그래서 현재 공군은 두 가지 선택지를 놓고 저울질하고 있다: 현재의 F135 엔진으로 점진적인 업그레이드를 하거나, 서비스의 적응형 엔진 전환 프로그램에서 두 경쟁자 중 우승자를 선택하여 새로운 기록 프로그램으로 방향을 바꾸려 한다.


공군이 미래형 F-35를 최대한 활용하려면 현재 엔진 업그레이드를 포기하고 AETP 수상자 인수로 움직여야 하는 이유는 최소 9가지다.


1. F-35는 추진력이 더 필요.


F-35의 프랫과 휘트니 F135 엔진의 설계는 합동 타격 전투기(JSF)의 개념적 치수, 중량, 성능 요건을 고려하여 만들어졌다. 세 제트기 각각은 현재 13% 더 길어지고, 16% 이상 넓어지고, 원래의 JSF 디자인보다 최소 30% 더 무겁다. 이로 인해 가속과 같은 주요 성능 매개 변수가 손상되었다. F-35A, F-35B, F-35C의 둘레는 0.8마하에서 1.2마하로 가속하는데 각각 8초, 16초, 43초 등 더 많은 시간이 소요된다는 것을 의미한다. 그 제트기는 F135가 전달할 수 있는 것보다 더 많은 추진력을 필요로 한다.


2. F-35는 항속거리가 더 필요


JSF의 설계 목표는 전투 반경의 현저한 증가, 즉 이륙에서 목표물까지 비행한 후 귀환할 수 있는 범위를 우선시했다. 불행하게도, 제트기의 크기와 무게가 증가했고, 항공기 냉각 요구의 증가와 함께, 세 가지 기종의 전투 반경은 프로그램의 목표보다 약 15% 낮았다. F-35는 더 강력하고 연료 효율이 높은 엔진이 필요하다.

 

3. 시스템 냉각 요건은 이미 F135 설계 사양을 초과


전기와 마찬가지로 서브시스템 냉각에 대한 수요는 킬로와트로 측정된다. F135는 15 킬로와트의 냉각 수요를 감당하도록 설계되었지만, 그 요구는 이미 두 배가 되어 30 킬로와트로 추정되었다. 냉각 공기는 주로 엔진에서 블리딩 공기를 뽑아 열 교환기를 통해 구동함으로써 생성된다. F135는 엔진에서 더 많은 블리딩 공기를 뽑아냄으로써 30kW의 수요를 충족시켜 추력을 더욱 감소시킨다. 2028년 블록 4 버전의 F-35가 완전히 실전 배치될 때까지, 항공기 하위 시스템은 최소 47 킬로와트의 냉각이 필요하며, 후속 성능 요구를 충족시키는 데 필요한 양은 최대 60 킬로와트이다. F-35의 발전소는 F135 엔진이 제공하는 두 배의 냉각을 발생시켜야 할 것이다.


4. F-35의 과부하가 걸린 엔진이 예상보다 훨씬 빨리 노후화되고 있다.


더 높은 냉각 수요와 더 높은 블리딩 공기 연결은 제로섬 게임이 이 엔진으로 추악한 머리를 드는 곳이다. 냉각을 위해 더 많은 블리딩 공기가 당겨지면 엔진이 작동하도록 설계된 것보다 더 많은 연료를 연소하고 더 뜨겁게 작동한다. 연료 연소율이 높을수록 F-35의 항속거리가 감소하며, 온도가 높을수록 F135의 엔진 마모, 고장률 및 수리 주기가 현저히 높아진다.


5. F135 엔진은 미래의 전력 요구 사항을 충족하지 못한다.


추력, 범위 및 냉각에 대한 요구와 마찬가지로 JSF에 설계된 전압 발전 사양은 2001년에 구상된 하위 시스템에 완전히 충분했다. 그러나 새로운 APG-85 레이더 [PDF]와 F-35 블록 4와 함께 제공되는 향상된 전자전 시스템과 같은 하위 시스템의 성능과 전술적 유효 범위는 더 많은 전력을 필요로 할 것이다. 유도 에너지 무기처럼 수평선에 있는 업그레이드를 추가하면 전압 정지에 도달하기 시작한다. F-35 합동 프로그램 사무소는 이미 이 문제를 파악하고 더 많은 킬로와트를 생산할 수 있는 엔진의 필요성을 알렸다.


6. 점진적인 엔진 개선은 문제의 일부만 해결할 것.


P&W는 추력을 6~10% 증가시키거나 연료 효율을 5~6%까지 높일 수 있는 확장 가능한 엔진 프로그램(EEP)이라고 불리는 점진적이고 확장 가능한 엔진 업그레이드를 제안했다. 프랫은 이전에 동일한 업그레이드에서 추진력을 15%, 연비를 20%까지 증가시킬 수 있다고 주장했었다. 또한 냉각 용량을 최대 50%까지 증가시킬 수 있습니다. EEP의 초기 비용은 실제로 새 엔진을 구입하는 것보다 훨씬 낮을 것으로 예상되지만, 업그레이드된 엔진에 대한 비용이 지불되고 생산될 때까지 예상 이득은 추정치에 머물 것이며, 설령 그들이 실패하더라도 여전히 미래의 F-35 무기 시스템 수요에 미치지 못할 것이다.

 

7. AETP 엔진은 성능이 입증되었고, 현재 수요를 초과했으며 향후 F-35 업그레이드를 가능하게 할 것


적응형 엔진 테스트 프로그램의 목표는 엔진 연료 효율을 25% 개선하고 추력을 10% 증가시키며 열 관리(냉각)를 크게 향상시키는 3스트림 아키텍처를 입증하는 것이었다. 프랫과 제너럴 일렉트릭(GE)이 AETP 프로토타입을 제작하기 위해 선택되었다. 프랫의 XA101이 아직 개발 중인 가운데 GE의 XA100은 연비를 25% 증가(사거리 30% 확대 가능)하고 추력을 10%~20% 증가(가속도는 F135보다 20% 증가)하는 것으로 입증됐다. XA100은 두 배의 냉각 용량을 제공하며 세라믹 매트릭스 복합 터빈 블레이드는 F135 엔진보다 더 많은 화씨 500도를 견딜 수 있다.


프랫의 XA101도 큰 가능성을 보여주며, 공군이 시험이 끝날 때 차세대 엔진을 위한 두 가지 훌륭한 옵션을 갖게 될 것이라고 믿을 만한 충분한 이유가 있다. AETP의 기술 개발은 차세대 항공 지배 (NGAD) 계열의 시스템에 필수적이었지만, 현재 F-35에 대해 계획된 모든 블록 4 업그레이드를 지원할 것이다.

 

8. F-35의 차기 엔진과 경쟁하면 성능이 향상되고 비용이 절감.


JSF의 두 번째 엔진인 GE의 F136이 2011년에 취소된 이후 JSF 엔진 프로그램에서 경쟁은 누락되었다. 그 시점부터 프랫은 F-35 프로그램의 엔진 독점권을 쥐고 있어 회사가 가격을 경쟁할 설득력 있는 이유를 남기지 않았다. 이와 함께 F135는 F-35의 주요 서브시스템 중 유일하게 무기체계 목표 달성을 위한 구매비용을 절감하지 못했으며, 이는 F-35A의 가격을 목표치인 8천만 달러 이하로 끌어내리는 것을 훨씬 더 어렵게 만들었다. 프랫과 GE가 향후 엔진 계약을 위해 나란히 경쟁하게 되면 둘 다 성능을 극대화하고 엔진 비용을 최소화해야 할 것이다.

 

9. 성능이 입증되면 가격이 미래의 F-35 엔진의 원동력이 될 것.


배치된 AETP 엔진의 비용 추정치는 일반적으로 60억 달러를 초과한다. 비용이 주된 동인이라면, EEP의 20억 달러 가격표가 적어도 언뜻 보기에는 손색이 없을 것이다. 그러나 EEP는 F-35의 근본적인 발전소 문제를 해결하기 위한 밴드 지원 접근 방식이며, 성공하기 위해서는 시간이 지남에 따라 "밴드 지원"이 증가해야 한다. EEP를 선택하는 것은 그러한 추가 비용에 손을 흔드는 것을 의미하며, 이러한 업그레이드의 점진적인 특성은 F-35 무기 시스템의 능력을 추진하는 것보다 제한하는 데 더 많은 역할을 할 것이다. 그것은 1970년대에 경쟁을 다시 전투기 엔진 조달로 몰아넣었던 성능 문제를 무시하는 것을 의미할 것이다. 설계상, AETP 프로그램은 경쟁을 재활성화하고 가까운 미래에 F-35의 궤적을 높일 것이다.


특히 인도-태평양에서의 싸움에서 미국이 적대국들에 의해 수적으로 열세일 가능성이 높은 상황에서, 우리의 조종사들은 미국이 제공할 수 있는 최고의 전투기를 갖는 것이 중요하다. 공중전은 차선책으로 따지면 용서할 수 없다. AETP 엔진 중 하나를 F-35에 장착하는 것은 분명히 미국의 국가 안보를 위한 최선의 선택이다.

 

 

미 공군의 25년 베테랑인 JV 베너블은 헤리티지 재단의 국방 센터의 선임 연구원이다.

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지나가는행인 2022.11.03. 21:42
전투기에 있어 엔진은 필요이상 중요한 부품인데, 4번은 특히 우려스럽네요.
슈발리에 2022.11.04. 14:00

1,2번은 현재 F135엔진보다 고출력 엔진을 3번은 현 F35보다 넉넉한 엔진룸이 필요하다고 생각이 듭니다

그게 자연스럽게 4번 문제로 연결되지 않을까 싶네요 더구나 5번 문제는 차세대 전자전 시스템과 레이저무기를

쓸려면 출력 문제는 간과할수 없구요

P&W의 EEP프로그램은 문제를 해결하기에는 향상부분이 적은거 같고 GE의 XA100이 그나마 나은 대응책으로 보이지만

F135엔진을 배제하는것은 미 공군이 원하지 않을거 같습니다 최선책은 P&W의 XA101엔진이 GE의 엔진과

비등한 성능을 뽑아주는거지요(외계인을 고문해야되나요??)

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