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1. 개요
F-22의 스텔스 능력에 대해 서술한 문서.2. 스텔스란?
VLO(Very low observablility:초저피탐지성)이라고도 불린다.
현대 항공기가 스텔스를 하고 싶다면 신경 써야 할 부분은 크게 7가지이다.
1. 레이더 반사 면적(Radar cross section) - 레이더에 얼마나 포착되는가.
2. 적외선/열 형상(Infrared/Heat Signature) - 열 탐지기에 얼마나 포착되는가.
3. 배연가스(Smoke emission) - 기체 전반에서 가스를 얼마나 방출하는가.
4. 음향(Acoustic) - 얼마나 큰 소음을 내는가.
5. 육안 식별(Visual appearance) - 육안으로 얼마나 눈에 잘 띄는가.
6. 비행운(Coutrail) - 비행중 어느 정도의 수증기를 만드는가.
7. 항공전자(Avionics) - 항공전자 장비의 성능이 어느 정도인가.
즉 레이더, IR(적외선), 가시(Visual), 소음(Noise) 등의 피탐지를 위해 외부형상(OML) 설계와 레이더 전파흡수소재(RAM)을 적용하여 전투 생존율(Combat suvivability)와 공중 우세 및 전투 효과를 높이는 개념이라고 볼 수 있겠다.
많은 밀덕들이 RCS만 보고 스텔스성을 판단하고 있지만 실제적으론 위에서 서술한 저 7가지를 통합적으로 확인해야한다.
F-22A는 3세대 스텔스기로, 3S를 달성한 최초의 기체이다. 3S는 Sensor fusion/Stealth/Speed를 의미하며 저 3가지가 유기적으로 조합된 기체가 바로 진정한 스텔스기라고 할 수 있겠다. 1세대인 SR-71은 Sensor fusion/all-Stealth와 2세대인 F-117에서는 Sensor fusion 분야를 만족시키지 못하였기 때문에 3세대가 되지 못한다. 현재 개발되는 스텔스기들은 전부 3세대 스텔스기로 취급.
F-22A가 항전장비 없이 스텔스 성능을 유지할 수 있는 주파수 대역(Frequency band)는 W, V, K-ka, X-ku, X, C(NATO 명칭 G), C(NATO 명칭 H), S(NATO 명칭 F), S(NATO 명칭 E)이다. L 대역 같은경우 탐지는 되지만 ESM를 통해 교란 및 회피를 할 수 있다. UHF/VHF에는 탐지.
3. 스텔스용 특수 소재
단연코 F-22의 강점으로는 스텔스능력을 뽑을 수 있다. 스텔스라는 능력만으로도 4.5세대 전투기는 압도가능하고, GCIS(지상 탐지 시스템)으로부터도 큰 이점이 되기 때문이다.F-22A는 스텔스를 위해 최첨단 소재를 채택했다. F-22A의 기체 대부분은 두랄루민과 티타늄이지만 현대 전투기답게 다양한 복합소재를 채택하였다.
YF-22A 시제기는 흑연 열화플라스틱 13%, 열가소성 소재 10%, 알루미늄 33%, 차세대 알루미늄 합금 2%, 티타늄 24%, 강철 5% 그리고 열경화성 소재를 포함한 기타 물질 31%로 구성되었었다.
RPTV(양산 준비형 기체) F-22A에서는 열가소성 소재를 1%로 극단적이게 줄이고, 열경화성 수지를 23%로 매우 늘린다. 열가소성 수지가 열경화성 수지에 비해 활용 방안이 적고, 열경화성 수지가 상대적으로 크게 진보함에 따라 열경화성 수지를 큰 비율로 사용한다. 또한 강화 에폭시 수지 10%, 6-4 티타늄(TI 6-4) 37%, 알루미늄 15%, 강철 6%, 6-22-22 티타늄(TI 6-22-22) 3%로 조정된다.
그러나 실제 로트 1 양산형에 들어가면서 또 다시 구성 재질이 조정된다. 두랄루민 16%, 티타늄 39%[1], 강철 합금 6%, 열가소성 수지 1%, 열경화성 수지 24%, 기타 소재 15%로 구성된다. 특히 양산형부터는 기체 외부를 스텔스 능력 향상을 위해 진보된 흑연 BMI 수지[2]로 처리하였다.
F-22A에 사용된 복합 소재들은 두 가지 이상의 유기/무기 소재가 복합된 것이다.
복합 물질은 보통 한 가지 소재가 기지재료로 바탕에 깔리고 다른 소재가 보강재료(Reinforcement)로서 적절히 혼합되어 압축함으로써 하나의 층을 형성한다. 이때 기지재료의 역할은 보강재료를 한데 모으고 무게를 분산시키는 것이다. 즉, 비행 중인 기체의 보강재료가 받는 기계적 하중 부담을 분담하는 것이다. 이것은 섬유강화 플라스틱을 만드는 원리와 비슷하지만 훨씬 진보한 기술이다.
유기소재 구조판이란 열과 압력을 가하여 적층시킨 얇은 층들로 구성되어있다. F-22A의 유기소재 구조판의 각층은 합성수지에 고강도/고탄성/저밀도의 섬유강화 플라스틱이 혼합 되어있으며 강화섬유의 소재로는 보통 탄소, 케블라 49(Kavlar 49) 또는 유리섬유 등을 사용한다.
F-22의 기지재료로는 에폭시(Eopxy)나 비스말레이미드(Bismaleimide) 수지 같은 열경화성 소재, 폴리이미드(Polyimide) 내열성 수지, 열가소성 수지 등을 사용한다. 열경화성 소재로 만든 기지재료는 가공하면 그 특성상 재가공이 불가능한 반면 열가소성 소재로 만든 기지재료는 재가공이 가능하다.
F-22A에 사용되는 대부분의 소재는 열경화성 소재이다. 열가소성 재료를 항공기에 사용하기 시작된 건 10년도 안 됐지만, 열경화성 소재는 지난 20년간 계속 발전 했기 때문이다. YF-22A에는 열경화성 소재와 열가소성 소재가 적절히 혼합되었고, RPTV에 들어서는 그 혼합법이 완성되었다.
록히드 마틴사는 F-22의 생산 공법으로 필라멘트 와인딩(Filament winding), 연속인발 성형(Pultrusion), 펄포밍 기법(Pulforming), 열 성형(Thermal forming), 접착성 접합(Adhesive bonding), 압축가공(Press forming) 등의 RAS(Rader Absorbing Structure : 전파 흡수 구조) 생산 방식을 채용하여 매우 진보된 생산 공법으로 주로 F-22A의 중앙동체를 생산한다.[3]
YF-22A, EMD F-22A, RPTV F-22A 모두 외형적으로 최적의 스텔스 성능을 갖추고 있었다. 날개 동체 혼합(BWB: Blended wing body)[4] RAS 생산 방식을 채택하여 레이더에 탐지될 확률을 낮추고, 구조적 효율이 극대화 되었으며, 가장 큰 이점은 동체의 구조 활용 방식을 효율적으로 만들어, 동체내에 매우 많은 양의 연료를 탑재할 수 있게 되었다.
스텔스를 제외하고 단순히 동체 설계를 보자면 이렇다.
동체는 기본적으로 각 모듈을 연결하여 만들었다. 또한 신속한 정비를 위해 사다리를 사용할 필요가 없도록 기체의 어떤 곳도 쉽게 점검창을 열고 접근할 수 있도록 설계되었다. 기수 부분에 있는 대형 항전장비 격실 2개에는 100여 개의 항전 장비 모듈이 차곡차곡 수납되어 있다. 각 모듈은 고장 난 모듈을 그대로 빼고 새 것으로 교체할 수 있도록 되어있다.
YF-22A와 F-22A의 동체는 소재 구성에서는 각 재질의 구성 비율을 제외하곤 재질의 사용에서는 큰 변화가 없었지만, 여러 면에서 다르다. F-22A는 BWB 설계 방식을 채택하고 있다.
4. 전방 동체
F-22A의 전방동체는 알루미늄 합금과 복합물질로 구성되어있고 기수쪽의 레이더 격벽과 조종석, 전면 랜딩기어 칸, 그리고 F-1 연료탱크로 이루어져 있다. 또한 와이어링 하니스(Wiring harness)와 조종계기, 항전장비 수납대, 캐노피 마운트(조종석 덮개 장착대)를 포함한 3,000여 개의 부속품을 가지고 있으며 전방동체의 길이는 17피트, 폭은 5피트, 높이는 5피 8인치, 무게는 1,700파운드이다.전방동체의 약 25%는 전자 빔 용접을 한 타이타늄 붐(Titanium boom)로 구성되어있다. 타이타늄 붐의 무게는 약 650파운드에 불과하며, 이것을 사용하면서 용접이 필요없게 되어 원래 계획된 해당부위의 중량이 75%나 감소하였다.
F-22의 캐노피는 길이 3.56m, 넓이 1.14m, 높이 68.6cm, 무게는 약 160kg이다. 캐노피는 9.5mm 두께의 투명판 2개를 적층해 놓은 것으로 시에라신 실마 사(Sierracian/sylmar corporation)의 모놀리식 폴리카보네이트를 가공 했다. 덮개를 지탱하는 알루미늄 프레임은 8개의 잠금장치로 잠근다. 또한 스텔스를 위해 레이더파 반사를 억제하기 위해 금을 포함한 복합물질로 캐노피를 코팅했다.
또한 F-22A는 고저항 물방울형 캐노피(HDBC: high drag bubble canopy)를 채택하여 조종사의 시야를 확보하는 데 심혈을 기울였다.
약 4.5 Inch 크기의 HUD는 GEC-마르코니 사[5]의 제품으로 수평 30도, 수직 25도의 시야에 홀로그램으로 각종 정보를 표시한다. HUD 아래에는 샌더스/카이저 사의 고해상도 Color LCD display 6개가 표시하는 각종 정보를 볼 수 있다. 우선 11인치의 1차 다기능 시현장치(PMFD:Primary multi function display)가 중앙에 있어 비행경로나 중간 지점등 주요 비행정보를 표시하고 이 화면에는 전투행동에 필요한 전술상황 등을 함께 구현시키기 때문에, 조종사는 1차 다기능 시현장치에서 전술구상에 필요한 기본적인 정보를 얻는다.
그 옆과 아래에는 9.5인치 2차 다기능 시현 장치(SMFD: Secondary multi function display)가 있어 비행 단계나 전투상황에 따라 조종사가 필요하다고 생각되는 3종류의 화면을 표시한다. 주된 시현 내용은 센서 정보를 토대로 한 전술정보, 엔진과 관련된 시스템 정보, 전력과 관련된 정보, 항공기 장비에 관한 정보, 체크 리스트 등 부수적인 정보를 표시한다. 좌우 SMFD는 전술 정보나 엔진 관련 시스템 정보를 표시하고 아래 SMFD는 항공기 장비 관련 정보 및 체크 리스트 등을 표시한다. 전투에 들어가면 좌우 SMFD는 전술정보와 탑재품 정보를 표시하는 데만 사용된다.
참고로 PFMD와 SMFD는 완전 호환이기 때문에 어느 화면에 무슨 정보를 표시하든 상관 없다. 그 비행상황에 따라 조종사가 직접 조정하며, 조종사의 편의에 따라서 교체할 수도 있다. 만약 PMFD가 고장나더라도 SMFD에 그 정보를 그대로 구현할 수 있다.
그 외에도 5인치 MFD 2개가 기체상태 등 부가적인 정보를 표시한다. HUD 바로 아래에는 ICP(Integrated control panel:일체형 조작 패널)이 있으며 이것은 무전기의 주파수를 조정하거나, 항법 데이터를 기록하거나, 자동 조종 장치의 기능을 켜는 데 사용된다. 평소에 설정해놓으면 이후 버튼만 누름으로써 무전기 주파수 등을 조정할 수 있다. 선택한 기능을 더블 클릭하여 확장하는 시스템으로, 컴퓨터처럼 편리하게 사용가능하다. ICP는 HUD를 조작하는 데에도 사용된다. ICP 옆에 있는 다이얼 노브는 HUD와 ICP 표시 화면의 휘도와 대비를 조정하기 위한 것이다.
그리고 F-22A의 사출좌석은 보잉이 개발한 ACES II이다. ACES II는 조종사에게 비행상황에 따라 자동으로 최적의 사출속도를 제공하여 조종사의 안전한 탈출을 보장한다. G-LOC을 방지하기 위해 조종석이 약 15도 기울어져 있다.
그 외에도 DVI( 음성 조종장치)의 채택까지도 개발단계에서 검토하였으나 기술적으로 충분히 성숙하지 못하여 제외된다.
5. 중앙 동체
중앙 동체는 F-22A에서 가장 크고 복잡한 부분이다. 길이가 17피트, 너비가 15피트, 높이가 6피트이며 무게는 약 8,500파운드이다. 유압/전기/보조출력/연료 계통/무장 등 랩터의 모든 시스템이 바로 이 부분을 거친다. 또한 3개의 연료탱크와 4개의 내부 무장격실, 20MM 발칸포, 보조 출력 장치가 모두 이 중앙 동체에 있다.중앙 동체는 3개의 모듈을 조립해서 만든다. 중앙 동체의 35%는 알루미늄 합금, 23.5%는 복합소재, 35%는 티타늄이며, 4개의 티타늄 벌크헤드 중 하나는 항공기에 쓰이는 티타늄 단일 구조로는 역사상 가장 크기 때문에 기체의 신뢰성을 보장하고 있다.
또한, F-35 와 마찬가지로 추후에는 레이저 무기의 탑재도 고려중이라고 한다.
중앙 동체의 가장 중요한 부분인 무장 격실과 연료탱크는 아래에서 서술한다.
5.1. 무장 격실과 연료탱크
F-22A는 스텔스 전투기로서, 외부 무장을 통한 RCS증가를 최대한 억제하기 위해 동체 내부에 무장을 탑재했다. 동체 하면을 대부분 차지하는 1개의 주 무장창(Main Bay)에 더해 동체 측면 하부 날개 뿌리 바로 아래에 비스듬하게 열리는 측면 무장창(Side Bay)이 좌우 각 1개씩 총 2개 있다.
제공 임무를 위한 공대공 무장으로는 내부 무장기준 주 무장창에 중거리 레이더 유도 미사일인 AIM-120C AMRAAM 6발을 탑재할 수 있으며 측면 무장창에는 단거리 적외선 유도 미사일인 AIM-9X 사이드와인더를 각각 1발씩 총 2발을 장착할 수 있다. 대지 공격 임무로 전환할 경우 주 무장창에 1000파운드급 Mk. 83급의 폭탄인 GBU-12 JDAM 2발과 AIM-120C 암람 2발 조합을 대신 장착 가능하다. 사실 이는 2000 파운드급 Mk. 40 JDAM을 장착 가능한 공군용 F-35A나 해군용 F-35C보다는 못한 폭장량이다. 또한 JDAM도 과분한 적 상대로는 SDB 8발을 JDAM 대신 탑재 가능하다. SDB의 길이가 짧기 때문에 암람용 파일런 하나에 두 발 씩 탑재된다.
스텔스 성능이 필요 없는 경우, 주익 하단에 BRU-47/A 장착대 4개를 설치하고 각 장착대마다 각각 2발씩 AIM-120C 총 8발을 추가로 부착할 수 있으나 이렇게는 잘 하지 않고, CAP(공중전투초계)임무를 위해 장착대 두 개에 600갤런 외장 연료 탱크를 장착하고 나머지 장착대 2개에 각각 2발씩 AIM-120C나 AIM-9X를 합해서 4발 장착할 수도 있다. 전투를 하려는 것이 아닌, 기지 입고 등을 위해 비행하는 경우(ferrying)에는 파일런 4개에 미사일을 8발까지 탑재한 상태에서 그 밑에 또 연료탱크를 달아 연료탱크를 총 4개나 달 수 있다. 이 상황에서도 비상 사태가 발생하면 연료탱크를 버리고(jettison) 탑재된 8발의 추가 미사일도 사용 가능하다.
사실 F-22의 폭장량은 공대공 한정으로 상당히 높은 수준인데, F-15가 공대공 임무 수행 시 장착하는 미사일의 최대량이 파일런에 어댑터를 끼워서 암람 6발에 사이드와인더 2발이고, F/A-18도 공대공 임무 시에 같은 양의 미사일을 탑재한다. 그러나 F-22는 이 무장량을 내부 무장창만으로 달성한다. 외부 무장 파일런까지 동원할 경우, 야전규범에 따라 암람 10발에 사이드와인더 2발로 실로 무시무시한 폭장량을 자랑하며, 이는 F/A-18E/F 슈퍼호넷의 공대공 무장 최대 탑재량과 동일하다. 사실 랩터는 이 이상도 장착 가능하나 이 정도만 해도 한 번 출격에 다 써보지도 못할 수준의 폭장량이기에 더 달지는 않는 것이다.
F-22A의 미사일 발사에 핵심적인 역할은 AVEL(AMRAAM Vertical eject launcher:암람 수직발사대)이다.
F-22A의 무장창에는 EDO사에서 제작한 LAU-142/A AVEL이 탑재되어 있다. 이 발사대의 역할은 공기압과 유압을 동시에 사용하여 발사대를 통해 기체 외부로 내밀어 발사하는 방식을 갖는다. AVEL은 대부분 알루미늄이며, 발사속도는 초당 25피트 이상으로, 압력을 무려 40G까지 견디게 설계되었다. 무장을 투발하고 다시 무장창을 닫는 데는 약 3초 가량이 소모된다고 한다. 이 발사대는 기존의 내장형 무장격실을 가지고 있을 때에 수직낙하 발사 방식에 비해 비용은 훨씬 비싸지만, 훨씬 더 빨리, 그리고 더 안정성 있게 발사할 수 있다. F-22A는 AVEL이 작동 하지 않을 경우 수직낙하 방식으로 바꾸어 전투를 할 수 있다.
만약 WVR 중, 롤 기동 중에 미사일을 발사해야 할 상황이 온다면 수직 낙하 방식은 미사일을 발사 할 수 없다. 반면에 AVEL을 탑재한 F-22A는 미사일을 발사 할 수 있으며, 더 효과적으로 적에게 공격을 투사할 수 있다. F-35 같은 경우 수직낙하 방식을 채택하였다. 또 EOSS-EODAS를 통한 HOB 공격이 주가 되기 때문에 탑재하지 않았다.
물론 F-22도 1000파운드급의 JDAM은 수직낙하 방식으로 떨군다.
연료탱크는 중앙 동체에 A-3L, A-3R을 탑재하며 약 1만 5000파운드이다. 전방 연료탱크, 날개 연료 탱크를 합치면 2만 650파운드이다. 이는 컨포멀 탱크를 장착한 F-15E의 88% 수준이다. 기체 내부에 탑재하는 연료로만 외부탱크 + 컨포멀 탱크 + 내부탱크를 전부 꽉 채운 F-15E 연료 탑재량의 88%인 것이다.
F-22A의 최대 전투 행동 반경은 410nm(471마일, 759km)이고 최대 전투 항속 거리는 1600nm(1840마일, 2960km), 작전 행동 반경은 1175nm(1352마일, 2177km)이다. F-22A의 단점으로는 최대 전투 행동 반경 짧음이 있는데 이에 관해서는 아래 문제점 항목에서 서술.
6. 후방 동체
보잉에서 만드는 후방동체에는 F119엔진 2개와 환경제어장치, 연료/전기/유압/엔진시스템의 부가장치를 잡대한다. 후방동체는 장시간의 초음속 비행과 고중력 기동에 버틸 수 있도록 견고하게 설계되었다. 티타늄 67%, 알루미늄 합금 22%, 복합소재 11%로 구성되는 후방동체는 길이가 19피트, 폭이 12피트이며 무게는 5,000파운드이다. 엔진격신 점검창은 티타늄 허니콤(Titanium honeycomb)으로 구성된다.후방동체에서 가장 중요한 부분인 엔진은 아래에서 서술한다.
6.1. 엔진
F-22A의 엔진은 프랫 & 휘트니(P&W)사의 F119-PW-100이다.
| 구분 | 반전식 터보팬 추력편향엔진 |
| 추력 |
A/B 사용 시 엔진당 35,100-pound class(156kN), Mil Power 시 엔진당 26,100-pound class(116kN) |
| 무게 | 약 3,960 lb (약 1,800 kg) |
F119-PW-100은 세계 최초의 양산형 추력편향(Thrust Vectoring) 엔진이다.
앞서 기술한 바와 같이, 스텔스 능력에 중점을 둔 F-22A로서는 그 설계 사상에 의해 지나치게 많은 항력을 받는다는 것이 문제가 되자, 미공군은 항력 때문에 속도가 느려진다고? 그러면 더 센 엔진을 만들자!라는 미친 생각을 하여[6] 지금껏 유례 없이 낮은 익면 하중과 엄청난 추력비가 요구되어서 만들어졌다.
현재까지 단일 엔진추력으로 F119-PW-100보다 강력한 엔진은 러시아의 izdeliye 30과[7] JSF의 F135-PW-100이외에는 존재하지 않는다.[8] 고기동성을 뛰어넘어 초기동성(Super-maneuver ability)단계에 들어간 기체로 평가받는다. 덧붙이자면, Su-27의 코브라 기동을 넘어선 몽구스 기동을 할 수 있다.
위 자료에서 F-22A의 full-fuel T/W ratio,즉 전연료 탑재 상태의 추력대 중량비는 1.14 수준으로 다른 전투기들에 비해 매우 높다. 연료 0% 상태의 추중비에서 추중비는 1.615~1.707, 연료 20% 상태의 추중비에서는 1.491~1.576이다. 4.5세대 전투기중 가장 강한 추력을 가진 Su-35S와 비교하면, Su-35S가 연료 0% 상태의 추중비가 1.576, 20%에서 1.401로 F-22가 더 우세한 측면을 보여준다.(F-22의 자중은 19659Kg, Su-35S의 자중은 18400kg.)
F119는 최신 소재와 각종 신기술을 도입하여 부품수를 F110에 비교하여 40% 줄임으로써 엔진 내부를 단순화시켜 매우 높은 신뢰성과 정비성을 갖추는 데 성공한다. Data box와 연계되어 엔진에 관한 실시간 정보가 기록되며, 이것은 F119 정비성을 한층 강화시켰다.
F119는 스텔스를 위하여 무연 기술(No-smoking technology)를 적용하여 연기가 거의 발생하지 않는다. 후에 이 기술은 F404에도 채택된다.
또한 F119는 2D-TVS를 채용하였는데[9], 이유는 고기동성을 위한 것만이 아닌 IR(적외선) 피탐 면적 최소화를 위해서였다. 대기중과의 접촉면이 넓을수록 더 넓은 범위에 더 낮은 온도의 고속/고압 제트 유동을 내보낼 수 있는데, F-22는 기존의 둥글고 평행한 후부 제트 유동 발사구에서 벗어나 2차원 가변식 오각형 플랩 발사구를 사용하여 냉각 시스템을 최적화시키고, IR 피탐 면적을 최소화시켰다.
그 외에도 바이패스비(by-pass ratio)가 다른 전투기들과 비슷한 0.25이며[10] Core engine과 배기가스의 온도를 낮추어 적외선 방출량을 줄어주는 효과를 극대화 시켰다. 연료효율이 더 높아졌으며, 소음이 줄어들고 추력이 더 강해졌다. 실로 스텔스를 위한 설계라고 할 수 있을 만하다.
이 엔진은 와이드 코드 할로우 블레이드(Wide chord hollow blade)를 장착하여 낮은 연비를 유지하면서 디스크에 붙은 fan blade가 각도를 IVCS의 데이터 분석에 따라 디지털로 제어가능하게 되었다.
F119-PW-100 엔진은 Core low-pression fan(저압 축)과 Core high-pression fan(고압 축)이 역방향으로 회전하는 반전식 터보팬 엔진이며 3단계의 fan과 6단계의 compressor, 그리고 1단계의 압축터빈으로 구성 되어있다. 모든 부분이 최적의 작동상태를 유지하고, 정비소요를 줄이기 위해서 4세대 통합 디지털전자식 엔진조절장치(FADCE)를 사용하고 있으며 이 장치에서는 기체와 엔진의 유기적인 조종을 위해 가장 진보된 디지털 제어장치(DECM: digital engine control modules)을 엔진 하나당 2개씩 장착하고 있다. 또한 각 모듈에는 두 개의 디지털 컴퓨터를 부착, 추력편향노즐 관리및 조종시스템을 VMS(Vehicle Management System)과 더 세밀한 데이터의 관리를 맡은 IVCS(통합 기체 시스템 제어기)로 통합하여 조작 가능하다.
alloy C 타이타늄으로 제작된 플로우트 월이라는 P&W사의 진보된 내부 연소실을 사용한다. 이 연소실은 내구성이 기존의 연소실에 비해 올라갔으며, 또한 시간당 연소능력 역시 올라갔다. 이것은 by-pass ratio에 큰 영향을 준다.
엔진 배기구에 장착된 추력편향노즐 2개가 추력분사방향을 상하 최대 20도까지 바꿀 수 있으며 선회율을 최대 50%까지 증대시키는 것이 가능하다. 알로이 C 타이타늄으로 제작된 노즐 덕분에 A/B(후부 연소기)를 키더라도 강력한 엔진 추력과 고열을 버틸 수 있다. 노즐의 분사방향은 DFBW(Digital Fly By Wire) 비행 조종 시스템과 연계되어 결정된다.
하지만 뭐니뭐니해도 F119 기술력의 꽃은 슈퍼 크루즈이다. 앞에서 보았듯이 F119의 추력은 Mil power에서도 26,100 lbf에 이를 정도로 강하기 때문에, 후부 연소기를 켜지 않고도 마하 1.5 정도의 속력을 X시간 지속할 수 있다. 이는 후부 연소기 작동에 따라 적외선 피탐 가능성이 증폭되는 효과를 방지한다. 그 외에도 후부 연소기을 켜면 연료효율이 극악이 되고, 후부 연소기는 기본적으로 by-pass된 공기를 연소시켜 추력을 향상시키기 때문에, A/B 작동중지 후에도 압축된 공기의 양이 부족해져 엔진 효율이 떨어질 가능성이 있다. 슈퍼 크루즈는 이러한 단점을 상쇄시키기 때문에 상당히 중요하다. 물론 현대 전투기의 추력은 기본적으로 20,000 lbf는 넘기기 때문에, 어지간한 신형 전투기들은 마하 1.0~1.2 정도의 음속을 넘긴 속도로 순항하는 것이 가능하다. 예를 들어 라팔, 유로파이터 타이푼, JAS 39 그리펜 등. F-22가 독보적인 것은, 천음속 영역을 뛰어넘어 확실히 초음속 영역대인 마하 1.5의 속도로 장시간 순항이 가능하다는 것이다. 엄밀히 말해 F-22 외의 전투기들이 내세우는 슈퍼 크루즈가 가능하다는 얘기는, 우리도 랩터 따라 해 봤더니 음속은 넘겼다라며 이만하면 슈퍼 크루즈라며 자화자찬하는 것에 지나지 않는다.
이처럼 F-22A의 F119-PW-100은 F135에 사용된 기술 못지않게 진보되어있으며, 더욱 진보된 기술력은 앞으로 업그레이드를 통해서 통합할 예정이다.
7. F-22 RCS
F-22의 레이더 반사 면적(RCS)의 정확한 값은 알려지지 않았으나, 방정식과 데이터베이스 분석을 통해 추측하면 0.001m2 정도로 예상된다.[11][12]
RCS를 줄이기 위해서는 스텔스 항목에서도 나와있지만 형상 설계를 할 때 기체 외부 형상을 대부분 각도를 일정하게 해야한다.
F-22A는 RCS 감소를 위해 YF-22 대비 주익의 면적은 같은 반면 익폭이 커졌고, 평면형도 다이아몬드 평면형으로 변경되었다. 주익의 평면형은 테이퍼비 0.169이고, 앞전 후퇴각 42도, 익단부 42도, 뒷전 전진각 17도, 하반각 3.25도로 각도상으로 동일하게 설계되었으며 주익과 오버랩이 되도록 배치한 대형 수평미익과 28도로 기울어진 볼록렌즈형 수직미익은 기동성과 RCS 감소를 위해 델타형으로 설계되었다.
F-22 형상 설계의 장점은 기동성과 RCS를 감안하여 기체를 다이아몬드 평면형(Planform)으로 만들었다는 점이다. 제트 기관을 사용하는 전술기들은 기본적으로 항공 역학적 설계가 기동성을 위해 불완전하게 설계된다. 이것을 발달한 FBW와 기체 안정화 시스템을 통해 커버하는 것. F-22A는 다이아몬드 평면형으로 기체를 제작한 덕분에 항공 역학적으로 전 기체들보다 더 안정화되며 그 미친듯한 추중비로 엄청난 기동성을 뽑아내면서도 RCS가 매우 낮다.
그리고 날개 동체 혼합(BWB: Blended wing body) 설계 방식을 채택하여 기체 형상 조직에서 불필요한 부분을 배제하여 RCS를 최적화시켰다.
위의 RCS polar chart에서도 볼 수 있지만[13] F-22A는 전면, 측면, 후면에서 10GHz X-band 기준으로 F-35나 T-50 PAK-FA에 비해 좀 더 작으면서 각진 주파수를 형성하고 있다. 특히나 엔진이 있는 후면같은 경우 2차원 가변식 오각형 플랩을 채택한 F-22A가 압도적으로 형상화가 잘 되어있다. F-22A는 전 방위 스텔스기이고, 전면에 집중한 F-35나 T-50에 비해 우월한 RCS 비를 보여준다고 할 수 있겠다.
현재 시점에서도 F-22가 형상 설계에서 정점에 있다고 단언할 수는 없다. 97년 초도비행을 한 기체라서 최근 설계되는 스텔스 기체들보다 뛰어날 수 없기도 하다. 전연과 후연, 수직 미익과 수평 미익의 각도를 통일하고 S-duct Intake와 경사 수직 미익, 그리고 내부 무장창을 채택하는 건 최근 등장하는 스텔스기들은 전부 하고 있다. 특히 T-50 PAK-FA같은 경우 오히려 더 진일보한 All-moving Fin을 장착하고 있다. 형상 설계 기술론 DSI Intake나 더 평면화된 기체 형상을 채택한 F-35가 더 우세. 단 PAK-FA의 경우 아직 실전배치도 안 된 기체이며 F-35는 기동성 등의 측면에서 F-22와 다른 목적을 가지고 설계된 만큼 단순 비교는 곤란하다.
또한 RCS에는 형상 설계만 영향을 미치는 것이 아니다. 동체 소재의 구성도 RCS의 중요한 요소라고 볼 수 있는데, F-22A는 열가소성 복합 소재와 열경화성 복합 소재를 적절한 비로 활용한 덕분에 파장 반사율이 내려갔다고 한다. 6-4 타이타늄과 6-22-22 타이타늄도 반사율에 영향을 미친다.
물론 최근 나오는 스텔스기들에 적용된 기술이 F-22A와 별반 크게 다를 바 없다는 거지 실제 형상면으로는 F-22A가 더 우월하다. 당장 J-20은 처음 만들어보는 제대로된 전투기라 소형화도 안된 기술까지 넣으면서 기체 크기가 엄청 커져버렸으며 PAK-FA 역시 내부 무장은 증가했지만 스텔스 자체는 F-22에 밀리는 것으로 추정되고 있는 데다가 아직 실전 배치도 안 된 기체라 비교하는 것 자체가 무의미하다. 애초에 14년전에 실전배치가 된 기체와 비교하는 것 자체가 어불성설.
7.1. F-22 RAM
RCS 감소에는 최적화된 형상 설계뿐만 있는 게 아니라고 전술한 바와 같이 전파흡수소재(RAM) 역시 큰 영향을 미친다.
8. 적외선 피탐
9. 항공전자
[1]
TI 6-4 36% + TI 6-22-22 3%
[2]
Graphite Bismaleimide, BMI:Bismaleimide
[3]
이는 F-22의 생산단가를 날이 갈수록 줄이는 데 한몫한다.
[4]
보잉사에서 X-32의 생산 방식으로 최초로 채택한 생산 공법. 기체의 전방동체와 중앙동체가 주익과 함께 제작되는 공법인데, ATF 사업에서는 보잉과 록히드 마틴사는 컨소시엄을 이루고 있었기 때문에 채용 가능하였다.
[5]
철도 동호인이라면 익숙할 수 있는데,
서울교통공사 3000호대 초퍼제어 전동차의 전장품을 공급한 그 회사 맞다.
[6]
그 미친 생각도 기술과 자금의 두박자가 맞으니까 할 수 있는 것이다. 일반 국가들이 이런 생각을 했다간 정말 말 그대로 미친 생각이 되어 버린다.
[7]
정식 명칭은 아니고 그냥 '제품 30'이라는 의미다.
[8]
다만 izdeliye 30의 Power 시 추력은 108kN으로 F119보다 낮다. A/B 시 추력이 177kN으로 F119보다 높은 것.
[9]
3D TVS 기술이 없어서 채택한 게 아니다.
[10]
YF119 기준
[11]
추정치이므로 맹신하지는 말자.
[12]
참고로 이수치를 전면의 RCS라 아는 사람이 많은데 이건 전면전체의 수치가 아닌 전면에서도 특정각도에서만 나올수 있는 수치이다. 이런식의 최적의 각도에서의 RCS값은 F-22뿐만 아니라 타 세미스텔스기,스텔스기가 RCS값을 추측하거나 판매할 때도 쓰인다. 대표 예시로 보잉이 F-15SE의 전면RCS가 F-35와 동급이라 홍보하는 것이다.
[13]
RCS비교표가 아님.