육군의 차기 경공격헬기인 LAH 헬기가 LCH 민간헬기와 함께 그 모습을 드러내고 있다.  LAH는 2017년 6월 말부터 시작하여 2018년 9월에 시제1호기가 완성되어 2019년 4월의 첫비행을 했다.

LCH / LAH 사업의 설계기반 프랑스 에어버스(Airbus)사의 EC155B1 헬기

 

1. 개요

에어버스 헬리콥터(A H )에서 LAH 기반 기종으로 제안하고 있는 모델은 도팡(Dauphin) 헬기를 기반으로 개발된 EC155B1이다. 도팡과 비교하면 내부의 캐빈 체적이 약 30% 가량 증가하였으며, 메인 로터 또한 4기에서 5기로 증가하고 면적도 확대되었다. 이 기종은 1997년에 개발이 시작되어 3 개월 후에 첫 비행을 하였으며 1998년 12월에 형식 인증을 획득하였다.

이미 오래 전에 각종 파생형으로 형식 인증을 획득하고 다양한 국가, 다양한 임무 환경에서 검증된 도팡의 설계를 기반으로 개발되었기 때문에 이와 같이 신속한 개발이 가능하였다. EC155B1은 EC155의 엔진을 터보메카(Turbomeca) 아리엘(Arriel) 2C2 엔진으로 교체하여 추력을 더욱 향상시킴으로써 고고도, 고온 환경에서의 비행 성능과 최대이륙중량을 증대시킨 모델이다.

에어버스 헬리콥터(A H )도 이와 같은 점을 EC155B1 헬기의 가장 큰 장점으로 언급하였다. 에어버스 헬리콥터(A H )에 따르면 EC155 헬기가  오래 전에 개발된 것은 사실이지만, 이는 기반이 되는 도팡 헬기뿐만 아니라 EC155 계열 헬기도 6개국에서 오랫동안 운용하면서 검증이 되었음을 의미하기 때문에 오히려 강점이라고 하였다.

또한 여러 차례 개량이 이루어지면서 최신 기술이 적용되었기 때문에 기술 수준에 있어서도 최근에 개발된 경쟁 기종들에 비해 결코 떨어지는 수준이 아니라고 한다. 에어버스 헬리콥터(A H )는 여기에 덧붙여 LAH 사업에 제안된 타 최신 기종 또한 기본 설계는 대개 이미 검증된 설계를 기반으로 하기 때문에 EC155만 상대적으로 오래된 기종이라고 할 수 없다는 언급도 덧붙였다.

2. 경량화

첨단 기술이 단계적으로 적용되었다는 언급과 검증된 설계라는 말은 사실 추상적인 말이다.

이 때문에 EC155B1에 어떠한 첨단 기술이 적용되었으며 이로 인해 어떤 강점을 갖게 되었는지에 대해서 묻지 않을 수 없다.

 이에 대해 에어버스 헬리콥터(A H )는 우선 경량화 설계에 대해서 언급하였다.

고정익 항공기(예 : 전투기, 수송기 등)에 비해서 헬기가 간단하게 보이지만, 다양한 비행 조건에서 로터의 탄성으로 인한 움직임을 해석하고, 불필요한 진동을 최소화하면서 로터의 경량화를 함께 달성하는 것은 기술적인 난이도가 높다. 특히 고정익기의 날개와 달리 헬기의 로터는 탄성체이기 때문에 유동을 예측하는 것 자체가 쉽지 않다

이 때문에 실제 완성된 로터를 구동할 때 진동이 발생하는 경우도 있다. 이는 로터 자체는 물론이거니와 로터 구동축 등에 기계적인 스트레스 증가와 함께 경우에 따라서는 심각한 파손을 야기할 수 있다. 또한 진동으로 인해 발생하는 항력으로 인해 엔진의 SFC(Specific Fuel Consumption)을 높이는 요인이 되기도 하며, 높은 최대이륙중량을 얻기 힘들게 하는 요인이 되기도 한다. 무엇보다 이는 헬기의 안정적인 비행 제어를 방해 또는 위협하는 요인이다.

 이를 해결하기 위한 각종 성능 개선 등으로 인해 헬기의 자체 중량이 증가할 수 있다. 유로콥터측에 따르면, 비슷한 체급의 헬기 중에는 앞서 언급한 문제로 인해서 중량이 증가한 헬기도 있다고 한다.

EC155는 이미 검증된 설계를 바탕으로 개발되었기 때문에 로터 등을 설계할 때 최소한의 시술적인 리스크로 새로운 기술 적용이 가능하였다고 한다. 이 때문에 EC155 헬기는 로터의 경량화와 함께 공역학적으로 안정된 로터를 보유할 수 있었다.

로터뿐만 아니라 로터 구동축과 동체에도 신소재(NOMEX sandwich, Foam 등)가 광범위하게 도입되었다. 이 때문에 EC155는 체적에 비해 가벼운 헬기가 되었다.

3. 경쟁력이 있는 플랫폼

EC155B1은 LAH 사업 기종 중에서 체적대비 중량이 적고 로터의 공역학적 특성이 우수하다는 점은 여러 가지 이점을 제공한다.

공허중량이 적으며 연료 탑재량은 경쟁 기종들과 비슷하기 때문에 EC155B1은 Fuel Fraction이 큰 편이다. 이는 항력이 작은 EC155B1의 형상과 맞물려서 EC155B1이 경쟁 기종보다 우수한 원거리 작전능력을 보유하는 점이다.

중량대 추력비가 크고 로터에서 보다 효과적으로 양력을 형성할 수 있기 때문에 최대이륙중량이 크다.

HOGE(Hover Out of Ground Effect) 차트를 살펴보면 EC155B1 헬기는 해면고도에서 HOGE가 가능한 최대 탑재중량이 4,500 파운드를 상회하는 수준이며, 이는 보다 추력이 큰 엔진을 탑재한 비슷한 종류의 헬기들보다 평균적으로 500 파운드 가량 더 큰 수준이다.

로터의 유도 받음각은 지면에 가까울수록 커져서 유도 받음각으로 인해 생기는 양력 벡터가 수직에 가까워지고 양력 자체도 더욱 증가하게 된다. 이를 Ground effect, 즉 지면효과라고 한다. 지면 효과는 고도가 낮을수록 높아지며, 따라서 높은 고도에서 헬기가 지탱할 수 있는 탑재 중량보다 낮은 고도에서 헬기가 수용할 수 있는 탑재량이 더욱 크다. 다시 말해서 대체로 EC155B1의 HOGE envelope가 더 크다는 것은 지면 효과로 인해 유도 항력이 감소하고 양력이 증가하는 효과에 의존하지 않은 상태에서 EC155B1 헬기가 감당할 수 있는 탑재중량이 더 크다는 것을 의미한다.

특히 EC155B1과 경쟁할 수 있는 헬기들이 해면 고도에서 지면 효과를 이용해야 수용 가능한 최대 탑재량인 4천 파운드를 EC155B1 헬기는 6천 피트가 넘는 고도에서도 지탱할 수 있다.

EC155의 최대이륙중량(Max TOWG)은 1만 파운드를 상회하는 수준이다. 이는 대개 9천 파운드 정도의 최대이륙중량을 갖는 LAH 사업 경쟁 기종보다 높은 수준이다. 또한 공허중량이 가장 작기 때문에 최대이륙중량에서 공허중량이 차지한 비중이 53% 정도에 불과하여 연료탑재량과 (LAH 개발 시) 무장과 임무 장비(타게팅 장비와 DRICM, MAWS 등) 탑재량에 할당 가능한 여유가 더 크다.

항력이 큰 해상 상공에서의 작전 시에 EC155B1은 그보다 좀 더 중량이 큰 경쟁기종보다 오히려 큰 행동반경과 체공 시간을 갖는다. 앞서 언급한 바와 같이 로터에서 발생하는 불필요한 진동이 적고, 이륙중량이 상대적으로 높으면서 Fuel fraction이 크기 때문에 해상 공역으로 진출 시에 같은 공역에서 체공하더라도 체공 가능한 시간이 더욱 길다.

 이는 EC155B1라는 플랫폼 자체가 우수한 공역학적 특성을 갖고 있기 때문이기도 하다. LAH 사업에 참여 가능한 기종들 중 일부는 무게 중심이 후방으로 치우쳐 있고 로터가 경사가 있기 때문에 속도 증가에 따른 피치율이 큰 편이다.

반면 EC155B1은 모멘트 암 자체가 상대적으로 작고, 중량이 상대적으로 더 적기 때문에 고속 비행 시 피치 모멘트가 큰 편이 아니다. 또한 전술한 바와 같이 진동이 적기 때문에 고속 비행 시 AVCS에 대한 의존도가 높지 않다. 이는 실제 EC155 헬기를 운용하면서 검증이 된 부분이라고 한다.

에어버스 헬리콥터(A H )에 따르면, AVCS를 필요로 하지 않는다는 점도 EC155B1의 경량화에 기여를 한다고 한다. 정밀한 4축 디지털 비행제어체계가 EC155B1의 비행을 정교하게 제어한다는 점도 진동으로 인한 항력을 완화시키는 요인이 된다. 따라서 각종 진동으로 인해 발생하는 항력이 적으며, 이는 EC155B1의 연료 소모율을 상대적으로 낮게 만드는 장점이 된다. 고속 비행 시에 EC155B1의 형상 항력이 적다는 점도 동 기종의 행동반경이 보다 체급이 큰 기종들보다 긴 이유 중 하나이다.

[디펜스투데이]