1947년 10월 14일 “벨 X-1(당시 이름은 XS-1)”을 몰고 세계최초로 음속을 돌파했던 “척 예거(Chuck Yeager)”가 그의 아내 “글레니스 예거(Glennis Yeager)”의 이름을 붙인 비행기 “글래머러스 글레니스”와 함께 찍은 사진은 많은 사람들이 보아서 잘 알고 있습니다.
그리고 그 이후로 지금까지 개발되는 비행기들에는 최고속도가 얼마라고 하는 수식어가 항상 따라다니게 되었고 우리공군의 현재 주력기종인 F-15와 차세대 기종으로 들어올 F-35 모두 음속을 돌파하는 최고속도를 자랑합니다.
그런데 F-15의 최고속도는 마하 2.5이고 F-35의 최고속도는 F-4의 마하 2.2보다 느린 마하 1.6에 불과합니다. 그러면 왜 이렇게 속도가 느린 전투기를 우리는 들여오려고 하는 것일까요? 그 이유를 한번 알아보도록 하겠습니다.
전투기에서 음속을 돌파하기 위해서는 흔히 “애프터 버너(Afterburner)”라고 하는 것을 사용하는데 “애프터 버너(Afterburner)”는 정확하게는 “제너럴 일렉트릭(GE: General Electric)”의 상표를 말하는 것으로 쉽게 말해서 엔진의 배기가스 등에 연료를 분사하여 다시 발화시키는 장치로써 롤스로이스의 Re-heat와 프랫 앤 휘트니(Pratt & Whitney)의 오그멘터(Augmentor)가 이에 해당합니다.
그런데 이런 재연소장치가 필요한 이유는 음속을 돌파할 때 급속하게 증가하는 조파저항(Wave drag) 또는 “소리의 벽(sound barrier)” 혹은 “음속장벽(sonic barrier)”이라고 부르는 것으로 인해서 음속을 돌파할 때 비행이 어려워지는 것을 방지하기 위함입니다.
이런 저항을 극복하고 더욱 가속하기 위해서는 엔진의 추력을 조파저항 이상으로 증가시키는 증강장치를 사용하는데 이런 재연소를 통한 증강장치의 가장 큰 단점이 바로 연료의 소비가 최소 5배나 증가한다는 것입니다.
따라서 비무장인 상태에서 마하 0.8에서 마하 2.3까지 가속하는데 4분 30초 정도가 걸리는 F-15를 연료를 가득 채워 비행한다고 하더라도 4분 정도만 애프터버너를 사용하면 연료가 고갈되어 추락하게 된다는 것입니다.
F-15
그래서 대부분의 전투기는 마하 0.9 이하에서 운용되거나 전투를 하는 경우에도 마하 1을 약간 상회하는 정도의 속도를 유지하기 때문에 마하 2 이상의 최고속도를 비교하는 것은 큰 의미가 없다는 것이어서 최근에 와서는 애프터버너와 같은 재연소장치를 가동하지 않고도 음속을 돌파하는 “초음속순항(슈퍼크루즈: Supercruise)”이라고 하는 것을 전투기의 요소로 더욱 중요하게 생각하고 있는 것입니다.
물론 전투기의 속도와 기타 회전할 때 저항을 받아 속도와 고도가 떨어지는 것을 엔진의 출력으로 보완하여 속도를 유지하고 회전할 수 있는 유지선회의 중요한 요소인 추력중량비는 F-35가 평균 0.8 정도로서 F-15와 F-22의 1.14에는 미치지 못하지만 사용하는 “프랫 앤 휘트니(Pratt & Whitney)”의 F-135엔진의 출력이 10% 증가될 것이라고 하니 이 부분도 조만간 개선이 될 것으로 생각합니다.
아무튼 “초음속 전투기”라고 하더라도 실제로 음속을 돌파하는 비행을 하는 것은 극히 짧은 순간에 불과하기 때문에 진정한 의미에서의 “초음속 전투기”는 “초음속순항”을 할 수 있는 기종인가에 따라서 구분해야 옳을 것입니다.
현재 세계적으로 초음속순항이 가능하다고 평가를 받는 기종으로는 F-22랩터, 유로파이터, 프랑스의 라팔, 스웨덴의 그리펜, 러시아의 Su-35, 그리고 F-35가 있습니다. 따라서 초음속순항이 불가능한 F-15보다는 차세대 우리공군의 주력이 될 F-35의 속도가 빠르다고 하는 것이 더 정확한 표현이 아닐까 생각합니다.
유로파이터 타이푼
다소 라팔
사브 JAS 39 그리펜
수호이 Su-35
F-35 라이트닝Ⅱ