잭 노트럽의 비행 날개 이야기
노트럽의 비행 날개 서사
존 쿤드센 노트럽(나중에 "잭" 노트럽으로 불리게 됨)은 1913년 고등학교 졸업 후, 1916년 20세 때는 사나타 바르바라에서 자동차 정비사로 일하고 있었다. 그곳에서 약간 떨어진 공장에서는 알란과 말콤 루거헤드 형제(이름은 곧 락히드로 바뀔 예정)가 미래의 수상기인 F-1의 설계도를 그리며 일하고 있었다. 젊은 노트럽은 형제들에 의해 주목받아 빠르게 팀에 합류했고, "사내 엔지니어"라는 별명을 얻었다. 1927년, 젊은 노트럽이 설계한 고정익 단동기인 유명한 락히드 베가가 처음 비행했다. 이 기체는 아마일라 에어하트와 같은 유명 조종사들에게 큰 인기를 얻었으며, 즉각적인 상업적 성공을 거두었다. 이 비행기는 170km/h의 속도로 900km를 비행하며 4명의 승객을 태울 수 있었다. 이후 노트럽은 자신의 회사를 설립했다. 전쟁 초기, 노트럽은 꼬리와 기체가 없는 항공기의 가능성을 탐색하기 시작했다. 그는 N-1M을 설계했다. 여러분 중 많은 분들이 이 기체를 영화 '아크의 모험'의 한 장면에서 본 적이 있을 것이다:
노트럽 N-1M (1940)
보드로 만든 12미터의 스팬, 65마력의 두 엔진을 장착한 N-1M은 비행 날개의 잠재적 성능을 탐구하기 위해 제작되었다. '변형 기하학'을 가진 이 기체는 비행 준비 시 지상에서 날개의 기울기와 날개 끝의 경사각(이 사진에서는 아래로 내려진 상태)을 조정할 수 있었다. 기체를 제작하기 전, 노트럽은 패서디나의 큰 댄스홀에서 실험을 진행했다. 35cm 크기의 모형을 가장 높은 발코니에서 떨어뜨려, 정밀하게 균형 잡힌 모형이 회전 탈출 가능성에 대해 테스트했다. 이후 유명한 항공역학자인 폰 카르만이 실내에서 메모를 기록했다.
- 모형이 지면에 닿기 전 항상 정상 비행 상태로 회복되었기 때문에, 우리는 안도할 수 있었다.
결과적으로 N-1M이 제작되었고, 비행 시험에 들어갔다.
날개를 펼친 노트럽 N-1M
약한 엔진을 장착했음에도 불구하고, 이 초기 기체는 만족스러운 비행 성능을 보였다. 노트럽은 처음에 날개 끝을 아래로 내린 설계를 포기했다. 이 아이디어는 아마도 새들이 날아다니는 모습을 보며 떠올린 것이었을지도 모른다. 이후 3년간 기체들은 더욱 매끄러운 외형을 갖추게 되었으며, 1943년에는 약 100회의 비행을 수행한 N-9M이 등장했다.
1943년 비행 중인 노트럽 N-9M
실제로 이 기체는 거대한 장거리 폭격기의 비행 모형이었다. 이 기체는 최고 400km/h의 속도를 내며 6,000미터까지 상승할 수 있었다. 1941년 12월 7일 일본이 펄 항만을 공격한 후, 미국은 장거리 폭격기 프로젝트를 추진하여 일본을 먼 거리에서 공격할 수 있도록 했다. 이로 인해 첫 번째 프로젝트인 4기의 엔진을 장착한 YB-35가 탄생했다. 각각 3,000마력의 엔진을 탑재했다.
1946년 완성된 노트럽 YB-35, 8개의 반대 회전 프로펠러 장착. 스팬: 52미터 (후속기 B-2와 동일)
이 기체의 제작이 지연된 이유는 여러 가지였다. 1/3 크기의 모형에서 이미 안정성과 회전 탈출 문제들이 나타났으며, 실제 기체는 예상보다 무거웠고, 더 나아가 외형도 예상보다 뚱뚱했다. 유럽에서는 1944년부터 전진 기지가 확보되면서 단순한 B-17으로 독일을 폭격할 수 있었다. 또한 전쟁 중 일본 남부에 위치한 섬들을 재점령함으로써, 전쟁 마지막 시기에는 원자폭탄을 운반한 B-29 슈퍼포터스가 일본을 폭격할 수 있게 되었다. 더불어, 초기 제트기의 등장은 프로펠러 엔진의 시대를 끝내는 신호였다. 미국에서는 이 전환은 다소 늦었지만, 매우 빠르고 파격적이었다. 그 결과 1947년, 8기의 터보제트 엔진을 장착한 YB-35를 기반으로 한 YB-49 프로젝트가 탄생했다.
노트럽 YB-49, 미국 최초의 은폐형 항공기.
YB-49의 시험 비행은 처음부터 어려움을 겪었다. 이러한 기체의 약점은 항공기의 날개가 날개 끝에서 떨어지기 시작할 때 발생하는 '탈락' 현상이었다. 이 현상에서 날개 일부가 양력을 잃게 되며, 이 영역은 불안정해지고 날개 끝 쪽으로 이동하여 즉각적인 회전 탈출을 유발한다. 이 문제를 해결하기 위해 YB-49는 날개 끝에 '펜스'(장벽)를 설치했다. 사진에서 보이는 것처럼, 이 장벽은 방향성 조종면(에일러론)의 효율이 낮은 끝부분에 위치해 있다. 그러나 불행히도 이 장벽은 날개 전면 가장자리까지 이르지 못했고, 결과적으로 회전 탈출을 방지하는 데 실패했다.
그 사이 미국은 은폐성 개념을 발견하게 되었다. 실제로 거대한 비행 날개가 목적지 공항에 접근할 때마다 레이더는 이를 감지하지 못했다. 25번째 미션에서 두 번째 프로토타입이 사라졌다. 기체는 호위 없이 비행 중이었기 때문에 사고 원인을 알 수 없었다. 이후 공군은 기체의 비행 성능, 탈락 시 행동, 회전 탈출 능력 등을 분석하기 위해 추가 시험을 요구했다. 그러나 이 시험에서 문제가 발생했다. 1948년 말, 9,000미터 고도에서 탈락 시험을 진행하던 도중 YB-49는 짧은 꼬리 부분에서 비틀어졌고, 낙엽처럼 뒤엉켜 지면으로 추락했다. 조종사는 2,500미터 고도에서 기체를 다시 제어할 수 있었다. 군사적 응용을 고려할 때, 비행 날개는 비행의 불안정성으로 인해 매우 열등한 폭격기라는 결론이 내려졌다. 지상에서 폭탄의 분산 반경은 유명한 슈퍼포터스의 두 배에 달했다.
동서 간의 긴장이 고조되면서 미국은 유명한 전략공군(SAC)을 창설했다. 장거리 폭격기의 필요성은 다시 제기되었다. 공군은 이후 장거리 전략 폭격기로 헬리컬 추진의 컨베어 B-36 '스트래토포터스'를 선택했다.
동일한 사진 속에서 '스트래토포터스 B-36', 노트럽 YB-49, 그리고 스트래토젯 B-49.
왼쪽에 있는 노트럽 YB-49는 중거리 폭격기로서, 4기의 엔진을 장착한 스트래토젯 B-49에 의해 대체되었다. 장거리 미사일의 우세가 확립되기 전까지, B-52가 B-36을 대체했다. 이 기체들이 유명한 영화 '닥터 프리즐'에 등장한다. 모든 사진은 1998년 6월 발행된 특별호 AIR FAN 제57호에서 발췌되었다. Aifan nanavia, 48 Bd des Batignoles, 75017 Paris. 마지막 몇 장은 거의 알려지지 않았지만, 매우 놀라운 장면을 담고 있다. 1949년, 하리 트루먼은 YB-49 비행 날개에 매우 열광했다. 비행 시연 당시, 그는 "사람들이 내가 사고 싶은 것을 직접 보게 하기 위해 백악관을 지나가게 하라"고 요청했다.
1949년 2월 15일, YB-49가 백악관을 지나간다.
두 번째 사진은 13대의 YB-35 중 11대가, 8기의 터보제트 엔진을 장착하기 위해 변형 중인 모습이다. 이 사진은 아마도 1949년 초에 촬영된 것으로 보인다. 그러나 결국 이 모든 기체들(변형 여부와 관계없이)은 1949년 말부터 1953년 말까지 모두 폐기되었다. 이렇게 노트럽의 비행 날개 서사는 끝을 맺었다.
비행 날개의 날개 끝에서 발생하는 공기 흐름의 분리 현상은 모든 비행 날개가 끝나는 형태(비행 날개)에서 공통적으로 나타나는 현상이다. 모든 델타 날개 기체는 이 분리 현상의 이동을 막기 위해 날개 표면에 회전하는 공기 흐름을 만들어야 한다. 초기에는 단순한 장벽(영어로 'fences')을 사용했다(예: 카라벨레). 이후 날개 전면 가장자리에 돌출부를 설치하여 회전하는 공기 흐름을 만들어 '가상 장벽'을 형성했다. 미라지 및 현대 델타 날개 기체의 경우, 날개에 '톱니 모양'의 선을 넣어 동일한 효과를 얻는다. 그러나 노트럽이 실험을 진행하던 당시에는 이러한 기술이 알려지지 않았으며, 예상된 장벽은 이 거대한 비행 날개의 회전 탈출을 방지하는 데 부족했다. (d)에서는 은폐형 폭격기 B-2에 사용된 방법: 날개 뒷 가장자리에 톱니 모양의 구조.
비행 날개에서 탈락 시 회전 탈출 방지 방법
13대의 YB-35 중 11대가 엔진 시스템을 변경하기 위해 모여 있다 (터보제트 엔진)
1979년, 미국 공군은 레이더 신호를 최소화한 폭격기(은폐형)의 필요성을 느꼈다. 이에 따라 비행 날개는 가장 효과적인 해결책으로 떠올랐고, 노트럽 공장에서 유명한 B-2 스피릿 폭격기가 건설되기 시작했다.
유명한 은폐형 폭격기 B-2
스팬: 52미터. 승무원: 2명. 최대 이륙 중량: 160톤. 후연소기 없음. 실용 상한: 15,000미터, 속도: 750km/h. 11톤의 군사적 적재량(16기의 2메가톤 원자폭탄)을 탑재해 12,000km를 비행할 수 있다. 날개 뒷부분의 특이한 절단은 YB-49가 겪었던 문제를 현대적으로 해결한 것이다. 날개 뒷 가장자리의 단절부에서 생기는 '톱니 모양'의 구조는 공기 흐름의 분리 현상이 날개 끝으로 이동하는 것을 막아 회전 탈출을 방지한다. 이와 같은 긴 날개에서는 수직 꼬리날개가 전혀 필요하지 않다(새들도 없다). 그러나 B-2의 낮은 속도는 매우 신비로운 특징이다. 이는 날개의 단면이 상대적으로 둥글기 때문에 초음속 비행과는 어울리지 않는다. 하지만 B-2는 정말로 초음속이 아닌가? 관련된 소문은 많다. 만약 이 기체가 날개 전면 가장자리에 전류를 흘릴 경우, 매우 높은 전압이 발생하고, 이 지점에서 확산 방전(glow discharge)이 일어날 수 있다. 이는 '가상의 날개 전면 가장자리'를 형성해 초음속 및 심지어 초고속 비행을 가능하게 할 수 있다.
B-2의 가능성 있는 가상 날개 전면 가장자리
이 방전은 또한 방사선 무기의 공격을 막는 플라즈마 보호 코팅을 형성할 수 있다. 이로 인해 생긴 이온화된 공기층은 전체 날개 표면을 감싸며, MHD(자기유체역학) 기반의 작동 시스템을 가능하게 할 수 있다. 이 모든 내용은 향후 별도의 보고서로 다뤄질 예정이다.
초기 카운터: 2001년 10월 23일. 조회 수: