한자: 前進翼
영어: Forward-Swept Wing
1. 개요
전진익은 문자 그대로 앞을 향한 날개를 말한다. 반대개념인 후퇴익은 일반적인 비행기들이 가진 날개 모양이다. 제트기 제작 초기에 고안된 개념이었으며 높은 기동성에도 불구하고 여러가지 기술적 한계와 현실로 인해 잘 쓰이지 않는다.
전진익기는 기존 후퇴익기와는 차별된 독특한 디자인으로 수많은 밀덕들의 마음을 설레게 하는 떡밥 중 하나이다. 지금은 식은 지 오래되었지만 특히 Su-47과 X-29간의 떡밥은 오랫동안 밀덕들의 논쟁거리중 하나였다.
2. 장점
급기동 시 날개 끝 실속이란 문제가 덜 발생한다. 후퇴익은 급기동 시, 그러니까 받음각이 커질 시 날개 끝에서 공기흐름이 흐트러져 양력이 제대로 발생하지 않는 문제점이 있다. 그런데 보통 날개 끝에 항공기의 좌/우 기울임을 담당하는 에일러론(보조익)이 달려 있다. 그 결과 급기동 중 날개 끝 실속이 발생하면 이 에일러론이 제 역할을 못해서 항공기의 움직임이 크게 둔해지거나, 심지어 비행불능 상태에 빠지는 상황이 발생한다.그런데 전진익은 이러한 문제에서 자유롭다. 똑같은 급기동 상황에서 실속이 생겨도 날개 끝이 아니라 날개 안쪽(날개와 동체의 접합부)부터 생기기 때문.
후퇴익은 공기흐름이 날개 끝으로 모이기 때문에 날개 끝쪽 공기흐름이 흐트러지지만, 전진익은 날개 뿌리로 공기흐름이 모인다.
전진익의 이점은 이 뿐만이 아니다. 똑같은 각도로 꺾여 있다면 전진익이 후퇴익보다 천음속 영역에서 훨씬 항력이 적다. 바꿔 말하면 천음속 영역에서의 비행효율을 높이거나, 혹은 날개 각도를 좀 '덜' 꺾어서 저속영역에서의 효율을 높일 수 있다.
즉 이래저래 공기역학적으로만 보았을 때는 양력 크게 만들기 좋고, 급기동 중의 조종도 쉬워지기에 도그파이트에 강하다.
3. 단점
그럼에도 실제로는 단점이 많아 대부분의 항공기가 직선익 또는 후퇴익을 채용한다.3.1. 구조적 문제
전진익은 양력을 받으면 받음각이 감소하는 후퇴익과는 달리, 오히려 받음각이 증가한다. 쉽게 말해 양력을 받으면 날개 앞부분이 위로 들리려는 현상이 생긴다. 이렇게 되면 날개에서는 더 많은 양력이 발생한다. 문제는 이 비틀림 현상이 날개가 단단히 고정된 동체보다는 날개 끝에서 더 많이 발생한다는 점. 즉 날개 끝의 양력이 날개 안쪽보다 더 커진다는 이야기이고, 이는 날개에 비틀림 응력(torsional stress)을 가하게 된다. 이 과정이 반복되다보면 날개가 단순히 휘는 수준에서 끝나지 않고 날개가 부러져 버린다.이러한 문제 때문에 과거 금속재질로만 전진익 항공기를 만들 때는 전진각을 15도 이상하기 어려웠다.
게다가 이런 비틀림 응력 뿐 아니라 날개뿌리 부분에 지속적으로 누적되는 구조 스트레스의 문제도 있다.
복합재가 등장하면서부터 이 문제가 어느 정도 해결되었는데, 복합재는 그 기본이 되는 섬유는 탄소섬유건, 유리섬유건 휘는 방향을 정해줄 수 있기 때문. 이를 통해 날개 앞쪽이 위로 들리는 현상을 어느정도 제어할 수 있었다. 전진익기에 대한 개념은 오래 전부터 있었으나 전진각이 큰, 전투기에 적합한 전진익이 1980년대에나 등장할 수 있었던 것도 이 복합재의 발전 덕분.
최근의 기술로는 비틀림이 일어날 때 컴퓨터가 이를 감지하여 에일러론을 아래로 작동함으로써 비틀림 효과를 상쇄할 수도 있으나, 이건 이것대로 새로운 제어 시스템이 들어가야 하는 한편 에일러론의 기본역할인 롤(항공기의 좌/우 기울임) 제어를 다 못하게 하는 문제가 있다.
3.2. 공중전 양상 변화
2020년대에는 러시아산 스텔스기에 이어 중국산 스텔스기까지 등장하며 공중전 양상에 다시 도그파이트가 개입할 여지가 생겼지만, 전진익기가 인기를 얻었던 시대는 다름아닌 스텔스 담론이 자리잡고 있던 때였다. 전진익은 스텔스 설계 관점에서 그리 좋은 설계가 아니다. 후퇴날개의 경우 후퇴각이 크면 클수록 정면에서 날아온 전파가 날개 앞쪽에 부딪혀서 뒤쪽으로 흘러나간다. F-117이 초음속 항공기가 아님에도 후퇴각이 매우 큰 것이 이 때문이다.[1]하지만 전진익기는 전진각을 너무 크게 하기 어렵고, 또 전진각이 크면 날개에 부딪힌 전파가 동체에 다시 반사되어 산란되는 등의 문제가 생긴다. 볼록 거울과 오목 거울을 생각하면 이해가 쉽다.
또한 도그파이트 등 시계 내 교전(WVR)이 주류였던 과거와는 달리 미사일과 레이더가 발전된 현대에 와서는 시계 외 교전( BVR)이 주류가 되었기 때문에 도그파이트 능력이 뛰어난 전진익 항공기가 전술적으로 활약할 여지가 줄었다.
3.3. 굳이 전진익이어야만 하나?
전진익이 가지는 장점은 분명히 존재한다. 하지만 시대가 흐르고 기술이 발전함에 따라 전진익이 아니더라도 안정적인 고받음각 비행성능을 확보할 수 있는 대안 기술들이 대거 등장했다. 전진익이 가지는 장점은 가동식 카나드, 추력편향기술, 진보된 비행제어 프로그램 등으로 얼마든지 해결할 수 있게 되었기 때문에 앞서 스텔스 기술로 인한 공중전 양상의 변화와 맞물려 굳이 전진익을 선택해야 할 이유가 사라지고 말았다. 더욱이 카나드 정도를 제외하면 이 기술들은 스텔스 성능에 딱히 악영향을 끼치지도 않는다.4. 역사
4.1. 초기
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| 융커스 Ju 287 | HFB-320 Hansajet |
Ju 287은 1944년 8월 16일 첫 비행을 하였다. 하지만 곧 전진익이 당시 기술로는 실현하기 힘든 기술이라는 사실이 증명될 뿐이었다. 곧 융커스는 엔진을 좀 더 고출력 엔진으로 바꾸고 설계 일부를 수정하는 등 여러 문제를 개선한 Ju 287 V-2의 제작에 들어갔으나, 공장이 있던 데사우(Dessau)시가 붉은 군대에게 점령되면서 계획은 모두 물거품이 되고 이와 관련된 모든 데이터는 소련으로 넘어가게 된다. 그리고 이 과정에서 시제기 3호[2]가 노획되어 OKB-1 연구소로 보내졌고, EF 131(또는 OKB-1 131)로 명명된 뒤 각종 전진익기 관련 연구와 실험에 동원되었다.[3]
이후 각지에서 전진익기 개발이 시도되었다. 그 결과 1946년에 미국의 노스 아메리칸사[4] 에서 RD-1410, 1948년 콘베어사 에서 XB-53을 제작했다. 또 Hansajet로 명명된 HFB-320[5]가 1964년에, Dentreiner로 명명된 RFB실험기가 독일에서 제작되었다.
그러나 Ju 287을 포함하여 대다수의 전진익기는 어떤 성능상의 이점 때문이라기보다는 무게중심 및 공력중심과 관계가 있다. 날개의 위치는 위 둘을 고려하여 적절하게 배치되어야 하는데, 공력중심이 무게중심보다 너무 뒤쪽에 있으면 별 수 없이 날개가 더 앞쪽에 오도록 전진익을 택해야 했던 것. Ju 287은 폭탄 격납창이 동체 중심에 오다보니 이 부근에 날개를 둘 수 없어 날개를 격납창 뒤쪽에다 일단 배치한 다음 날개를 앞으로 뻗게 하였다.[6]
1964년에 개발된 민간항공기 HFB-320 한자제트는 세계에서 유일하게 상용화된 전진익 여객기로, 날개가 객실을 가로지르게 생겨서 날개를 일단 객실 뒤에 배치한 다음 날개를 앞쪽으로 뻗게 했다. 해당 기체는 총 47기가 제작되고 이 중 14기는 독일 공군에 제식 채용되어 6기는 VIP 수송용으로, 8기는 1994년까지 전자전기로 활용되었다. 참고로 HFB-320 역시 Ju 287의 개발자였던 보케 박사의 작품이다.
4.2. 러시아에서
제2차 세계 대전 이후 소련은 다양한 항공기체에 관심을 가지게 되었고, 여러가지 시도를 하나 1949년 첫 비행한 로켓연구기관인 Tsybin Ts-1(LL-1, -21-3)처럼 큰 진전이 없었다.[7]이후 전진익에 대한 실험은 뜸한 듯 하였으나 소련이 해체된 이후 러시아의 수호이 설계국에서 1997년 9월 25일에 모스크바 근처의 Zhokovsky 시험비행기지에서 S-37의 첫비행을 성공시키면서 부활하였다.
사실 전진익연구는 독일에서 노획한 데이터를 기반으로 83년경부터 시작하였다. S-37은 120회의 시험비행을 마쳤으며, 2002년 드디어 Su-47이라는 정식 명칭을 부여받았다.
4.3. 미국에서
미국에서도 전진익기에 대한 연구가 있었다. 2차대전 중인 1944년경에는 XFG-1라는 글라이더를 개발했었는데, 이는 폭격기가 이 글라이더를 끌고다니면서 글라이더에 내장된 연료를 뽑아 먹는 개념. 동체 내부의 연료탱크 때문에 날개 부착위치가 너무 뒤쪽에 있다보니 무게중심 등을 고려하여 날개를 앞으로 전진시켰다. 단, 효용성이 없었기에 2대의 시제기만 만들고 사업은 취소된다.XFG-1
이후 1950년대에 꼭 XFG-1을 제트화시키고 덩치를 키운 인상의 XB-53을 개발하려 하였으나 사업 자체가 취소되어 실제 개발에 이르지는 않았다.
이후 1980년대에 복합재의 개발을 토대로 1984년 11월 NASA에서 X 실험기 계획의 일환으로 전진익기를 연구하기위해 X-29를 제작하였다. X-29는 총 442번의 비행을 하며 전진익 연구에 중요한 데이터를 수집하였다.
결국 미국에서 X-29를 242번이나 띄워보고도 전진익을 안 써먹은 이유는 분명 전진익이 장점이 있긴 있는데 설계에 들어가는 시간과 비용 등 노력을 따져보면 생각보다 크지는 않았기 때문이었다. 날개 끝 실속문제는 도그투스니 윙펜스니 하는 것들로 해결이 가능하고, 또 에일러론의 효율저하는 수평꼬리날개도 함께 에일러론으로 사용하는 개념 등을 통해 해결이 가능하다.
러시아 역시 Su-47은 전진익으로 설계하였으나 정작 PAK FA는 스텔스성을 감안해 F-22 스타일의 비교적 일반적인 델타익을 사용한다.
4.4. Su-47과 X-29의 비교
Su-47은 X-29와 비교해 10년 정도 늦게 등장하였으나 Su-47이 X-29의 디자인을 베낀 것은 아니다.[8] 이는 러시아의 복합재료 기술과 비행제어 기술 개발이 지연되었기 때문인 것으로 추측된다.Su-47의 주익에는 전체 90% 이상에 복합재료가 사용되었다고 하니 이후 복합재료 연구가 꽤나 성공적이었던것 같다. F-5의 동체를 유용해 전진익의 효용성을 평가해보기 위한 순수 실험기인 X-29와는 달리, Su-47은 러시아가 제 5세대 전투기 개발을 위한 프로젝트 과정에서 나온 개발/실증 기체이다. 또 X-29은 주날개- 귀날개의 조합이지만,[9] S-37은 귀날개-주날개-수평안정판을 조합한 3면익(三面翼)으로 만들어졌다.[10]
5. 목록
- 콘베어 - XB-53
- Hamburger Flugzeugbau - HFB-320
- 융커스 - Ju 287/EF 131[11][12]
- 노스롭 그루먼 - X-29
- 노스 아메리칸 - RD-1410
- 수호이 - Su-47(S-37)
- KB SAT SR-10
6. 매체에서
날개가 뒤로 뻗지 않고 앞으로 뻗은 모습이 특이하면서도 멋있어서인지 대중매체에서 전진익기는 꽤 많은 편이다.[13] 특히 공기역학 문제 따위 씹어 먹을 수 있는 SF물이라면 전진익 우주 전투기는 꼭 한 대씩 나온다.- 마크로스 시리즈: YF는 프로토타입, VF는 양산형이다. 제식번호에서 9라는 숫자는 전진익에게 주는 번호이다. 주로 검의 이름을 애칭으로 채용한다.
- 에이스 컴뱃 시리즈
- 전투요정 유키카제
- 기동전사 건담 시리즈
- 기동전사 건담 0083 스타더스트 메모리: 제피랜더스의 코어 파이터
- 건담 센티넬: S 건담의 코어 파이터
- 기동전사 건담 ZZ, 기동전사 건담 UC : 바우
- 기동전사 건담 F91 실루엣 포뮬러: 네오 건담의 코어 파이터
- 기동전사 V건담: 조로[18]
- 기동전사 건담 SEED DESTINY: 무라사메. MA모드가 전진익이다.
-
기동전사 건담 00:
건담 큐리오스[19]건담 하루트, 유니온 플래그[20], 오버 플래그, 이낙트[21], GN-X IV의 코어 파이터[22] - 스텔스(영화): F/A-37 탤런 함재전폭기
- 커맨드 앤 컨커 레드얼럿 2: 한국군 특수 유닛 보라매 전폭기
- 스타크래프트 2: 왕복선, 불사조, 폭풍함, 망령, 의료선, 바이킹,[23] 전투순양함(로키, 용병), 히페리온의 전술 타격기, 그리핀
- 스타폭스 시리즈: 울펜
- 강철전기 C21, 코즈믹 브레이크: 에어레이더
- 라이덴 파이터즈: 익시온(Jet한정)
- 스타워즈2: 블루버드
- 택티컬 로어: 카모메
-
포켓몬스터: 메가보만다 - 모던 워쉽: J-25, Su-47
- G.I. Joe: 컨퀘스트 X-30 외
7. 둘러보기 틀
| 항공기의 날개 분류 | ||
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<colbgcolor=#CCC,#999><colcolor=#000,#FFF> 위치 구분 | 고익 · 중익 · 저익 |
| 평면 형태 구분 | 평익 · 타원익 · 테이퍼익 · 전진익 · 후퇴익 · 델타익 · 원형익 | |
| 단면 형태 구분 | 날개골 | |
| 작동 방식 | 고정익 · 가변익( 경사익) · 회전익( 동축반전로터 · 탠덤로터 · 테일로터 · 틸트로터) · 오니솝터 | |
| 개수 구분 |
고정익 단엽익 ·
복엽익 ·
다엽익
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회전익
멀티콥터 ·
쿼드콥터
|
||
| 기능 구분 | 주익 · 미익(회전익의 경우 테일로터) | |
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주·미익 일체형
전익(동체익기 · 리프팅 바디)
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| 기타 | 러더 · 플랩 · 엘리베이터 · 윙렛 · 카나드 · 스피드 브레이크 | |
| ※참고: 날개 / 항공기 관련 정보 | ||
[1]
F-22나
B-2 등은 비행성능등을 위해 약간 타협해서 후퇴각이 좀 더 작은 편. 물론 발전된
전파흡수물질로 이 문제를 어느 정도 상쇄시킨 것도 있다.
[2]
시제 2호기와 1호기는 노획을 막기 위해 독일군이 스스로 파괴했다.
[3]
이에 대한 자세한 사항은
Ju 287 문서 참조.
[4]
대한민국 공군이 초창기에 사용한 것으로 유명한
노스 아메리칸 T-6 텍산을 제작한 항공사이다.
[5]
참고로 이 HFB-320은 위에서 언급한 한스 보케 박사가 개발에 관여했다.
[6]
후퇴익기로 유명한
Me 262도 사실 고속비행이 아니라 이 무게중심 문제 때문에 후퇴익을 택한 것이다.
[7]
Tsybin Ts-1은 후퇴익, 수평익, 전진익 등 여러가지 형태로 제작, 실험되었다.
[8]
러시아는 X-29의 존재를 1990년에야 알게 되었다고 한다.
[9]
사실 X-29는 주익 뿌리부분이 뒤로 연장된 스트레이크 끝에 플랩이 추가로 붙어 있는데 이 플랩이 상하 모두 가동되는 형식이라 비행중 불안정한 흐름을 컨트롤 하며 부가적인 자세제어도 분담하고 제어 역시 컴퓨터로 이루어지기에 작은 승강타가 달린 3면익으로 봐도 큰 무리가 없다.
[10]
3면익은 비행제어 소프트웨어 개발이 복잡해지는 단점이 있다. X-27도 피치 조종면이 3개 이상이었기 때문에 조종계통 설계에 많은 어려움을 겪었다고 한다.
[11]
나치 독일 패망 이후 소련 측에서 Ju 287의 개발진들 대부분과 Ju 88의 설계자, 그리고 미완성된 시제 3호기를 본토로 끌고가 완성시킨 기체이다. Ju 287과 전체적인 설계는 비슷하지만 엔진 등 세부사항에서는 차이가 꽤 나며, 시험비행에는 성공했지만 각종 설계결함으로 인해 방치되다가 끝내 프로젝트가 취소되었다. 자세한 것은
Ju 287 문서의 "소련의 제작 시도" 문단을 참고.
[12]
여담으로 이 기체의 설계를 살짝 고친 EF 140이라는 기체도 있으나 이 기체는 통상적인 후퇴익으로 설계가 변경되었기에 전진익기로 분류되지는 않는다.
[13]
덤으로
로봇보행병기 중 거대로봇의 날개를 이렇게 배치한 경우가 많다.
[14]
엄밀히 말하면 YF-19와 VF-19 또한 가변익이다. 고속 비행시 전진익의 각도를 후퇴시켜 후퇴익의 형상을 취하거나, 격납 및 주기시에는 아예 동체에 밀착시켜 수납하는 것 또한 가능하다. 다만, 모든 VF-19의 바리에이션이 다 그런 것은 아니고, VF-19A~C, 그리고 A를 기반으로 커스터마이징된
파이어 발키리만 가능하다. 우주용으로 개량된 VF-19F와 그것의 지휘관기 사양인 VF-19S는 주익의 형상이 델타익에 가깝게 변경되었기 때문에 비행시 가변은 불가능하다.
[15]
듀랜달 또한 전진익이면서도 일종의 가변익이다. 날개 뿌리축을 기준으로 후퇴각을 조정하는 일반적인 가변익의 개념과 달리, 고속비행 및 격납시 주익의 일부를 수납하여 날개의 전체 폭이 짧게 축소되는 가변구조를 취하고 있다. 또한 주익 중간에 위치한 한쌍의 엔진블록 전체가 수직이착륙을 위해 회전하기도 한다.
[16]
해당 항목을 보면 알겠지만 이 기체는 원래 전진익이 아니었기 때문에 9자 돌림 번호와 검의 이름을 쓰지 않는다.
[17]
정확히는 가변익이다. 저속상태에서는 알파벳 W 모양의 전진익의 형태를, 고속상태에선 주익이 날개 안쪽으로 접혀들어간 더블 델타익, 꼬리날개도 아래로 접히는 독특한 변형방식을 가지고 있다.
[18]
정확히는
회전익기이나, 탑 터미널의 주익이 전진익. 보톰 터미널은 수평.
[19]
프라모델 변형 중에 다리쪽의 주익을 전진익으로 꺾을 수 있게 설계되었으나, 원래는 평범한 후퇴익. 물론 프라모델만의 기믹이 아니라 MS로 변형할 때 날개를 앞으로 꺾어야 하기 때문에 이론상 아예 불가능한 것도 아니다. 대신 격납고에선 완전히 접혀있는 모습 등으로 종합해보면 큐리오스는
가변익에 속하는 기체다.
[20]
일부 육전형 바리에이션 제외
[21]
이낙트와 오버 플래그는 전진익과 후퇴익 둘 다 사용. 가변익기다.
[22]
정확히는 코어파이터 장착형 버전의 징크스4
[23]
단,
협동전 멩스크가 다루는 창공의 분노는 후퇴익이 적용된다.