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F-16 VISTA / MATV / NF-16D


Variable-stability In-flight Simulator Test Aircraft, Multi Axis Thrust Vectoring




F-16 VISTA / MATV / NF-16D 개요


MATV의 시작과 끝

F-16 MATV에서 MATV는 Multi-Axis Thrust-Vectoring(다양한 축에 대한 추력편향)를 줄인말로써 이 프로그램은 F-16에 추력편향 기술을 적용하기 위해 제너럴 일렉트릭과 제너럴 다이나믹스 합자로 해당 회사의 민간자본으로 진행된 프로그램이다. 미공군은 애당초 이 프로그램을 듣자마자 퇴짜를 놓아버렸기 때문에 앞서 거론한 두 회사는 F-16 운용국으로써 이 프로그램에 높은 관심을 보이는 이스라엘군/공군과 함께 MATV 프로그램을 진행하기로 결정하게 된다.

이스라엘군/공군과의 계약서에 따르면, 이스라엘군/공군은 제너럴 일렉트릭과 제너럴 다이나믹스사가 진행할 이 프로그램을 진행하면서 기체 개조 및 테스트를 위한 F-16D 기체를 지원하기로 하였으나, 1991년 미공군의 라이트(Wright) 연구소에서 돌연 MATV 프로그램에 관심을 가지게 되는 난감한 상황이 발생하였고, 미공군은 적극적으로 참여할 수 밖에 없었다. 이 결과 퇴짜를 놓았기에 손을 잡게 된 이스라엘 측은 1992년 본 프로그램에서 발을 빼버리게 된다. (*주 : 내가 먹기엔 아깝고 남이 먹으려니까 다시 뺐어먹기)


F16VISTA_3.jpg
▲ 다음 비행을 준비중인 #86048 VISTA F-16...이라고 되어있지만 그냥 지상 점검중인 듯 하다.
기체 우측에 검은색 라인은 외부 전원이며, 기체 하부를 통해 좌측으로 연결된 것은
C-10과 같은 전자장비 냉각용 공기를 공급하는 지상장비와 덕트이다.



추력편향 연구용으로 개조될 항공기의 경우 제공은 미공군의 전술공군사령부(USAF's TAC)에서 록히드 포트워스 공장(LWFC, Lockheed Fort Worth Company)에 F-16D Block 30 사양의 기체(#86-0048)를 대여하는 것으로 결정이 나게 된다. 이 개수된 록히드의 F-16 비행중 다양한 안정성에 대한 시뮬레이터 테스트 항공기(VISTA, Variable stability In-flight Simulator Test Aircraft)는 1992년에 5번 비행을 끝으로 자금 문제로 창고에 박혀있는 신세가 된다.


VISTA 프로그램

1988년, VISTA(*주 : 윈도우즈가 아닙니다.) 개발에 관한 계약이 포트워스의 제너럴 다이나믹스에서 채결되었고, 칼스팬(Calspan)이 센터스틱(조종간이 조종사 다리 사이, 조종석 기준 중앙에 위치한 형태)과 다양한 비행 안정성을 수행하는데 필요한 통합 컴퓨터 장착을 위해 제너럴 다이나믹스의 하청업체로써 계약이 이루어지게 된다. 그리고 라이트 연구소는 1988년부터 이후 VISTA/F-16 프로그램이 종료되는 1992년까지 이 항공기를 구입하게 된다. 그리고 이때까지 이 VISTA/F-16 항공기와 추력편향 기술과는 전혀 접점을 찾아볼래야 찾아볼 수 없는 상태였다고 할 수 있다.

하지만 VISTA F-16D 항공기는 NF-16D 항공기로 재명명되게 되었고, 여기서 접두어 N은 Navy의 N이 아니라 특별한 테스트에 사용되는 항공기를 의미한다. 그리고 이 과정에서 기체는 원래의 통상적인 F-16으로는 복원할래야 할 수 없는 넘어오지 못하는 다리를 건너게 된다. 참고로 NF-16D는 2개의 조종감이 변화하는 조종간(*주 : variable feel sticks인데 이게 맞나 모르겠네요)이 장착되게 된다.

F16VISTA_1.gif
▲ 센터스틱과 사이드스틱이 공존하는 F-16 VISTA

이 스틱들을 좀 더 설명하자면 사이드스틱(Sidestick, F-16이나 F-22처럼 기체 중앙이 아닌 측면에 위치한 조종간)은 콘솔 위에 위치하며, 센터스틱은 조종사의 무릎 사이에 위치한 주춧대 모양의 구조물에 장착되어 있다. 이 문제의 센터스틱을 장착하기 위해 전방 상부의 제어기는 제거되었으나, VISTA 연구가 시작된 이상 이 항공기는 전투기가 아니기 때문에 이러한 손실(제어기, 원문에는 controller라고 표기)쯤은 받아들여질 수 있었다. 이렇게 장착된 센터스틱을 포함한 두 조종간은 모두 힘(F-16처럼 고정된 형태로 힘의 변화를 감지하는 것) 혹은 동작형(기존 기체처럼 기울이거나 움직여서 조작을 입력하는 것) 조종간으로 사용이 가능하였다.

기체의 도살 핀(Dorsal Fin, 기체 상부 등지느러미와 같은 부분...F-16의 경우 수직 꼬리날개 아래쪽)에는 다양한 기체 안정성 환경 조성 및 공중에서 이를 이용한 비행중 시뮬레이터 기능을 제공하기 위하여 3개의 Rolm hawk 컴퓨터가 장착되었다. 이 컴퓨터 시스템은 조종사의 입력을 모니터링하여 기체의 조종면을 움직여 필요한 기체의 동작(기동, 기동성)을 만들어내게 되는데, 후방석에서 컴퓨터에 접속하여 비행 특성에 대한 변화를 입력하게 되면 전방석의 조종계통은 이 특성이 적용되는 형태를 이루고 있다. 가변 안정성 시스템(VSS, Variable Stability System)은 대칭 혹은 비대칭적인 수평미익의 이동, 대칭 혹은 비대칭적인 플랩퍼론(Flaperon, F-16 주익에 있는 조종면으로써 Flap 및 Aileron의 기능을 동시에 수행함)의 이동, 러더 및 추력 제어에 대한 지시가 가능했으며, VSS가 관여하지 않는 조종면은 앞전 플랩(Leading edge flap, 주익 전방부에 있는 플랩)과 스피드브레이크 정도였다.


F16VISTA_4.jpg
▲ 비행중인 F-16 VISTA (#86048)
앞서 본문에서 거론한 장비들을 탑재하기 위해 신설된 기체 상부에 장착된 구조물이 보인다.


VISTA 기체 사양에 있어서 기타 개수사항으로는 보다 무겁고 튼튼한 랜딩기어와 기타 항공기의 비행특성 묘사를 위해 필요로하는 조종면의 사용각도가 커졌기 때문에 보다 용량이 큰 유압 펌프 등이 채용되었다.

VISTA 프로그램의 목표자체에는 비행중 추력편향을 통한 근접 항공전투에 대한 전술적 유용성 시현을 포함하고 있었고 VISTA 항공기는 지속 받음각 86도, 순간 최대 받음각 180도 이상을 시현할 수 있었다. 다시 말하자면 VISTA F-16은 잠깐이지만 뒤로 비행이 가능하다는 것이다. 추력편향의 경우 위협개체에 대해 보다 빠르게 무장의 발사각을 확보할 수 있다거나, 지나치게 의욕에 충만한 기동을 통한 기체가 조작 불능의 깊은 실속에 빠질 위험성도 낮아지는 장점을 가지게 된다. 하지만, 고받음각(여기서 말하는건 위에서 거론한것처럼 80도 이상의 상황과 같은 매우 높은 고 받음각) 기동의 경우 기체 자체가 낮은 에너지 상황에 위치하게 되기 때문에 공중 전투의 측면에서 보면 최후의 수단, 배수진에 가까울 정도로 취약점을 많이 드러내게 된다.


MATV 프로그램


VISTA F-16의 가변 안정성 컴퓨터와 센터스틱은 1993년 7월부터 시작된 MATV 프로그램 비행시험을 위해 임시적으로 제거되게 되었다. 이 구구절절한 사연을 가진 F-16은 MATV 프로그램 일환으로 7월 초에 포트워스의 시설에서 6번의 기능 검증 비행(*주 : Functional Flight 라고 적혀있었는데, 아무래도 새 시스템을 장착하고서 기능점검을 위한 비행을 말하는 것으로 생각됩니다.)을 수행하고서 3월 15일 에드워드 공군기지로 이동하게 된다. 이 기체의 최초의 비행중 추력편향은 7월 30일에 수행되었으며, 이외의 가혹한 조건의 비행시험들은 모두 에드워드 공군 기지에서 수행되어 지게 된다. 다양한 축에 대한 추력편향 프로그램은 20,000피트 이하에서 고받음각 비행 시험을 통해 연구가 진행되었다. 그리고 이러한 MATV 프로그램이 완료된 1994년 3월, 가변 안정성 컴퓨터가 다시 기체에 탑재되게 된다. 1995년 1월에 이르자, 이 사연많은 F-16D 항공기는 MATV 프로그램 일환으로 총 95가지 임무를 수행하며 130시간의 비행시간을 뒤로 하고, 공군으로 인도하기 위해 라이트 패터슨 공군기지로 이동하기 전까지, 다시 포트워스로 돌아가서 머무르게 된다.

F16VISTA_5.jpg
▲ 에드워드 공군기지에서 빡쌔게 구르고 있는 F-16 MATV
인테이크 좌측 부에 부착된 무게추가 보인다.


AVEN 프로그램

VISTA의 핵심은 제너럴 일렉트릭 F110-GE-100엔진에 부착된 선대칭형 방향제어 배기 노즐(AVEN, Axisymmetric Vectoring Exhaust Nozzle)이라고 할 수 있다. AVEN은 노즐의 확산부(초음속 유동 관련) 조작과 동시에 추력편향이 가능하기 때문에, 배기 압력 불안정으로 인해 유동이 역류하여 압축기에서 실속이 발생하는 문제를 애초에 방지할 수 있다. 확산 플랩은 120도 간격을 두고 설치된 독립적으로 작동되는 유압 구동기(Actuator, 액츄에이터)에 의해서 각각 별개의 각도로 작동이 가능하다.

배기 노즐은 어느 방향으로든 17도까지 편향이 가능하며, 이로 인하여 노즐에서 배기된 배기가스를 이용하여 축 혹은 측방향으로 기체에 힘을 가하게 된다. 이러한 AVEN의 장점은 디지털 비행제어 시스템을 가지고 있으며, 제너럴 일렉트릭의 F110 엔진을 장착한 어느 F-16에라도 역으로 적용 가능하다는 특징을 가지고 있다.


F16VISTA_2.jpg
▲ NF-16D (#86048) 기체로써 MATV/VISTA 프로그램에 사용된 사연이 많은 기체이다.
기체 후방에 장착된 스핀 회복용 낙하산이 장착되었으며 이로 인하여 무게 밸런스를 위해 전방부에 무게추가 장착되었다.


앞서 거론한 3개의 액츄에이터는 F110-GE-129 엔진에서 사용하는 통괄 디지털 엔진 제어 시스템에 수정이 가해진 방향 전자 제어(VEC, Vector Electronic Control)장치에 의해 지형을 받아 작동하게 된다. 그리고 이러한 AVEN 시스템의 일환으로 스핀 회복용 낙하산(Spin chute)과 하드웨어들이 장착되었기 때문에(이게 꽤 무게가 나간다고 한다), 인테이크 외부 하드포인트에 약 700파운드의 무게추가 장착되게 된다. 이는 기체의 무게중심을 평균 시위선에서 38% 지점에 위치하게 만들어 추력편향 시스템이 실패하였을 경우 기체가 딥스톨에 들어가는 것을 방지하기 위함이었으며, 이 외에도 스핀 회복용 낙하산을 기체 후방에 추가하여 딥스톨에 대해 대비할 수 있도록 하였다.


다양한 방향에 대한 추력편향 프로그램

다양한 방향에 대한 추력편향 노즐과 프랫&휘트니 F100-PW-229의 PYBBN 형상이 NF-16D에 장착된 바가 있는데, 노즐-엔진 조합은 프랫&휘트니에서 설계 및 제작되었으며, 결함을 대비하여 2중 중복구조의 작동시스템이 적용되었다. 선대칭형 노즐은 360도 어느 방향으로든 약 20도까지 외부로 편향이 가능하였으며, 어느 F100 엔진에도 장착이 가능하도록 설계되었다.(*주 : GE에서 뭔가 하니까 따라서 한거 같네요.)

그리고 이러한 엔진과 기체의 조합으로 1997년부터 약 6개월에 걸쳐 비행시험 프로그램이 시작되었으며, 1998년이 되자 공군과 칼스팬(Calspan)은 이에 대한 상용화를 마치게 되었다. 하지만, 프랫&휘트니의 추력편향 프로그램은 돌연 취소되어버렸고, 1997년 6월 실험에 사용한 항공기는 다시 통상의 F100-PW-229 엔진으로 교체 장착된 이후 칼스팬(해당 항공기의 운용처)에 재인도 된다.





원문 출처 : F-16.net

* 본 번역 자료는 F-16.net의 허락을 얻어 번역한 후 업로드한 자료입니다.
  (*사진 제외 - 삭제하거나 기타 사진을 추가, 혹은 링크로 대체할 예정입니다.)

Next : F-16 LOAN Low Observable Asymmetric Nozzle


이제 남은것은

F-16 GCAS
F-16 LOAN
F-16 ES
F-16 SFW
F-2
F-16 기타등등

이렇게 6개인데...F-2는 제외하기로 결정했습니다. 그리고 GCAS는 너무 내용이 많고 지루해서 해야할지 고민되는군요...

일단 원래대로라면 다음편은 F-16 GCAS Ground Collision Avoidance System 인데...내용이 너무 많기 때문에 일단 패스하고...

F-16 LOAN Low Observable Asymmetric Nozzle 편에 대해서 올리도록 하겠습니다.





P.S : 추가 자료 환영, 오역 신고 환영...
        기타 의견도 환영...(GCAS 왜 빼먹느냐...F-2도 해달라 등등...)
  • profile
    타블란투라 2011.03.05 18:11

    설마 이것도 누가 불펌하진 않겠죠? ㅡ.ㅡ;;;

  • profile
    카이리 2011.03.05 18:17
    원한다면 미리 상의하고 허락을 구한 다음에 번역자 및 에크, F-16.net을 출처로 밝히고 가져가는건 상관없는데...말없이 가져가는건 좀...

공지 기존의 에어크래프트에 업로드 해두었던 자료 일부를 재업로드하였습니다. 카이리 2017.04.16
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    F-16 AFTI Advanced Fighter Technology Integration F-16 AFTI 개요 비행중 기존과 다른 기체의 제어를 평가하기 위하여, 미공군 시스템 사령부의 비행역학 실험실은 Advanced Fighter Technology Integration (AFTI, 진보형 전투기 기술 통합) 프로그램을 ...
    Date2011.03.04 CategoryF-16 연재 By카이리 Reply6 Views39956 file
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