KAI(한국항공우주산업)의 KF-X 전투기 C109 디자인

 KF-X 전투기는 스케쥴 대로 개발이 진행되면 2022년에 KF-X 최초 프로토타입 항공기가 첫 비행을 하게 된다.

현재 복좌형이 공표되었으며 최초의 운용기지는 제16전투비행단이 있는 예천기지를 예정하고 있다.

최초의 KFX용 엔진은 2020년 여름에 인수하였으며 개발 및 엔지니어를 위한 용도로 사용될 예정이다. 

또한 이스라엘 엘타사 항공기를 사용하여 AESA 레이더 테스트가 본격 진행중 이다.

KFX 기체 세부 특징

C109의 첫번째 특징은 IRST와 IFF 안테나, 20mm 기총(M61A2), 공중급유 리셉터(KF-X의 dorsal 부분에 위치한 플라잉 붐 공중급유전용 리셉터), 각종 컨포멀 안테나와 RF 재머(jammer) 안테나 등의 위치가 확정 반영된 것이다.

 이들 중 공중급유 리셉터의 경우에는 인도네시아 공군이 도입할 IF-X에는 반영되지 않을 가능성이 크다.
 
인도네시아 공군은 현재 프로브 & 드로그(probe & drogue) 공중급유 전용 공중급유기(KC-130) 2대를 제 32 대대에서 운용하고 있으며, KF-X와 구별되는 IF-X의 고유 요소들에도 프로브 & 드로그 급유를 위한 기수 공중급유 프로브를 포함시켰다.

이 때문에 KF-X 프로토타입 중 1대를 IF-X의 테스트베드로 전용하여 IF-X의 고유 요소들을 반영, 검증할 때 공중급유 프로브가 반영되며, 부대배치 되는 IF-X에는 KF-X와 달리 플라잉 붐(Flying boom) 급유 전용 리셉터는 반영되지 않을 것이다.

 C109 개념도에 반영된 주요 안테나들의 위치와 형상을 살펴보면 KF-X가 F-35와 같은 완전한 스텔스 전투기로 설계되는 것이 아니라는 것을 알 수 있다(KF-X가 4.5 세대 전투기로 규정되는 이유 중 하나이다).

 IFF의 LRU(Linear Replacement Unit)에 통합되는 안테나는 F-35의 그것과 달리 컨포멀 안테나가 아닌 돌출형 블레이드 안테나가 채용된다.

 RF 교란 안테나 역시 일부는 4세대 비스텔스 전투기인 F-15등과 마찬가지로 동체 후방과 수평미익 연결 부분에 돌출형 안테나로 반영되어 있다(다만 후방의 돌출형 안테나 2기를 제외한 다른 EA 안테나는 컨포멀 안테나 형태로 반영되었을 가능성이 있다).

KF-X 전투기의 전자전 시스템은 현재 한국 공군의 KF-16D의 전자전 장비로 운용 중인 국산 ALQ-200K 전자전 포드의 내부 구성 모듈들을 KF-X 항공기 내부에 통합하고 이들을 KF-X의 형상 설계에 반영된 전자전 안테나들과 연결하는 내장형 시스템으로 통합될 예정이다.

 C109에서 통합 위치가 확정된 IRST의 경우에도 기존의 4세대 전투기들의 그것과 마찬가지로 돌출형 구(球)형 안테나이다.

F-35의 EOTS 역시 센서 하우징 역시 돌출되어 있지만 RCS(Radar Cross Section) 감소를 위한 형상 설계와 항력 최소화를 위한 설계가 반영된 것과 달리 KF-X의 IRST 센서는 전형적인 4세대 전투기의 그것으로서, 파장이 짧은 X 밴드 레이더에 대해서 전방 RCS를 다소 증가시키는 형상이다.
 
 C109에서 또 다른 특징은 미익의 형상이 바뀌었다는 것이다.  KF-X의 이전 형상을 대상으로 풍동 시험  결과 미익에서 공진현상이 관측되었으며, 해결하기 위해 미익의 형상이 재설계되었다.

 C109의 형상도를 2017년에 공개되었던 형상도와 비교하면 수평미익을 포함하여 동체 후방 설계에 많은 변화가 있다. C109에서 변화는 F414-400 엔진의 노즐이 과거의 형상보다 전방으로 당겨졌다.

미익의 공진 문제를 해결하기 위한 설계 변경과 연관이 있다.

수평미익에 내장형 RF 교란체계의 안테나를 결합하게 되면서 해당 안테나의 보호를 위해서 엔진 노즐을 앞으로 당긴 것이다.

현재 엔진이 후방의 RF 교란 안테나에 미치는 영향 등을 감안하여 KF-X 후방 형상 개선을 위한 연구가 지속적으로 진행되고 있다.

 형상과 위치 등에서 큰 변화가 있는 미익과 달리 주익은 큰 변화가 없다.

17년 공개 형상은 RCS 감소를 염두에 두고 인테이크와 그 주변의 형상이 재설계되고 주익의 에어포일을 얇게 만들면서 주익 연료탱크의 용량이 제한되는 문제점을 보완하기 위해 동체 내부연료탑재량과 날개 A/R을 좀 더 증가시키고 이에 맞추어 형상 제원을 최적화하는 방향으로 설계 되었다.

 C109에서 주익은 큰 변화가 없다. 주익의 형상은 이미 C108 설계안에서 최적 형상에 도달한 것이다.

 다만 날개 A/R을 증가시키는 방향으로 재설계를 하면서 초음속에서 윙팁(wingtip)이 충격파에 노출되는 속력에서 쇼크콘 각도가 증가하여 최대 속력은 과거 설계안과 비교하여 약간 감소했다.

 KF-X 형상 특성은 F-22A와 비교할 수 없지만 생김새는 새로운 설계안이 도출될 때마다 점차 F-22A와 비슷해지고 있다.

설계를 수정하여 새로운 설계안을 도출하는 작업이 여러 차례 시행되면서 최적화 설계가 여러 단계에 누적되어 점차 외형이 최적의 형상(F-22A의 형상)으로 접근하게 되는 것이다. 즉 일종의 항공기 설계에 있어서 수렴진화 이다. 

 

 C109 형상 주요 항공 탄약 장착

 항공탄 장착을 보면 중량 3,000 파운드(결속장치 때문에 무거워진다)의 한국형 타우러스 공대지 크루즈 미사일을 날개 인보드 스테이션에만 장착하고 그 바깥의 스테이션에는 2,000 파운드급 항공탄(GBU-24, GBU-31등)이 탑재 가능한 최대 한계라는 것을 알 수 있다.

한국형 타우러스 미사일은 인보드 스테이션에만 탑재할 수 있다.

  KF-X의 날개 스테이션들의 허용 탑재 하중 한계가 F-16 전투기와 유사하다.

F-16의 경우 날개 인보드 스테이션에 600 갤런(US Gal) 보조연료탱크를 탑재할 수 있는데, 온도 15°C 기준으로 JP-8 연료의 밀도(1 US Gal당 6.7 파운드)를 기준으로 계산하면 연료 중량만 4,000 파운드를 초과한다.

 물론 15°C라는 온도를 전제로 한 것이며, 실제 1 파운드 당 JP-8의 부피가 더욱 증가할 수 있기 때문에 600 갤런 보조연료탱크 내부에 들어가는 연료 무게는 4,000 파운드에 조금 못미치는 수준이다.

600 갤런 보조연료탱크보다 약간 용량이 큰 F-15K의 보조연료탱크(610 갤런)에 JP-8 연료가 약 3,960 파운드 가량 들어가며 연료탱크 전체 무게는 4,300 파운드에 조금 못 미친다.

 F-16 전투기의 인보드 스테이션(4번, 6번 스테이션) 허용 한계중량이 4,000 파운드가 넘는다는 것이다.

그리고 4번, 6번 스테이션 바깥의 3번, 7번 스테이션의 경우, 동일한 중량의 탑재물 결속 시 날개 뿌리에 미치는 영향이 크기 때문에 허용 중량이 더욱 감소하여 약 3,000 파운드를 약간 초과하는 수준이다.

 KF-X 역시 날개의 각 스테이션이 이와 유사한 최대 허용중량을 갖도록 설계된다.
 
한국형 타우러스 운용이 어려운 F-16과 달리 (F-16과 같은 미디엄 엔드 전투기로 개발되는) KF-X는 한국형 타우러스 미사일을 운용할 수 있는 플랫폼으로도 운용하도록 개발되고 있다.

 과거 공군 자료를 보면 단발 개발안보다 쌍발 개발안이 대중량의 스탠드 오프 공대지 미사일 운용에 더욱 적합하다고 한다.

 F-16 전투기에 중량과 항력 증가가 큰 타우러스 미사일 2기를 탑재하면 체공시간이 부족하여 스탠드 오프 공격 대기공역에 체공할 수 있는 시간이 부족하여 보복공격 태세 유지가 어렵다.

 KF-X는 날개의 무장 스테이션들의 허용 한계중량이 F-16 전투기와 비슷하면서 KF-X 자체의 내부연료탑재량과 최대이륙중량은 F-16 전투기보다 증가함에 따라 장차 한국형 타우러스 공대지 미사일을 운용할 수 있는 것이다.

 KF-X에 탑재되는 보조연료탱크는 <한화 기계>에서 제작하고 있으며, F-16과 호환할 수 있도록 설계되기 때문에 F-16의 보조연료탱크와 마찬가지로 370 갤런의 연료를 탑재할 수 있도록 설계된다.

450 갤런 보조연료탱크도 옵션으로 고려하고 있다. C109 동체 하부에는 370 갤런 보조연료탱크, 동체 우측에는 450 갤런 보조연료탱크가 되어 있다.

 C109의 형상도를 보면 타게팅 포드 결속 위치도 바뀌었다. 과거의 형상 설계에는 좌측에 타게팅 포드를 탑재하는 것으로 설정되었지만 C109를 보면 F-16처럼 타게팅 포드 어댑터가 우측에 설치되어 있다.

 과거에는 KF-X의 정확한 타게팅 포드 장착 위치가 아니라 KF-X에 타게팅 포드가 탑재된다는 것을 보여주기 위해서 부정확한 위치(정확한 장착 위치가 결정되지 않았기 때문에)에 타게팅 포드를 설정했지만, C109를 보면 타게팅 포드의 정확한 장착 위치가 오른쪽으로 결정된 것을 알수 있다.

 장착 위치가 확정된 타게팅 포드와 달리 항법 포드 탑재 여부는 아직 미정이다.

  KF-X는 4.5 세대 트렌드가 반영된 전투기로 KF-X의 전력화 이전까지 단계별 비행제어 테스트와 각종 요소 구현과 검증 목적으로 Block 1, Block 2 개발을 진행하면서 4.5 세대 전투기 수준의 체계 통합 깊이와 4.5 세대급 전투기의 IRST(HMD와 연동하여 FLIR 기능도 구현 가능한)와 AESA 레이더를 가지고 Block 3 부터 항법 포드 없이 저고도 고속 비행이 가능한 전투기가 된다.

 참고로 KF-X의 IRST는 한화 시스템이 유럽의 레오나르도(Leonardo)와 협력하여 개발되고 있다.

해당 영국 업체는 앞서 기술한 HMD와 연동되는 FLIR 기능 구현과 듀얼 밴드 작동이 가능한 4.5 세대형 IRST인 PIRATE 시스템과 Skyward-G등을 개발한 바 있다.

 항법 포드 장착 여부가 추후 항공기 개발 상황에 따라 결정되는데 KF-X가 저고도 지형 추적 비행을 하는 전투기로 개발되고 있다.

F-35와 같은 완전 스텔스 전투기가 아니라 4.5 세대 전투기로 기존의 4.5 세대 전투기보다 좀 더 나은 수준의 스텔스 성능을 보유한 전투기로 개발되고 있는 것이다.

이같은 이유들이 KF-X 전투기 시제기 완성이 기다려지는 이유이다.

 

[디펜스 투데이]