항공우주학의 구성 및 기능 1탄

항공우주학이란 무엇인가?

항공우주학은 유·무인 고정익 및 회전익 항공기, 발사체, 위성 등과 같이 대기권 및 우주공간을 비행하는 체계의 해석 및 설계를 연구하는 학문이며, 오늘의 첫 시간으로 고정익 항공기, 회전익 항공기, 우주발사체 및 위성 체계의 내부 구성도와 그 기능에 대해 알아보고자 합니다. 오늘날까지 발전된 항공우주 체계는 모두 국내에서 개발된 것으로 최근 괄목할 만한 성장을 이룬 항공우주산업의 결과물이다.

 

항공기의 부품 수는 약 3만 개인 자동차 부품 수의 20배 이상으로 보잉사의 보잉 777의 경우는 약 300만 개의 부품으로 이루어졌다. 그러므로 여기에서는 주요 부체계 중 극히 일부만 언급한다. 또한 항공우주학의 특징은 다양한 학문 분야 연구의 결과가 종합되는 체계종합적 특징이 있으므로 항공우주 체계의 설계에 있어 항공우주학의 세부 연구분야의 역할과 각 연구분야 간 상호 관계에 대하여 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.

 

항공우주 시스템의 구성 및 기능

1. 고정익 항공기

기본훈련기 KT-1

우리나라에서 최초로 개발하여 생산한 고정익 항공기는 기본훈련기 KT-1이다. 이후, 고등훈련기 T-50을 거쳐 KC-100 민수용 경항공기를 개발 생산하였으며, 현재는 한국형 첨단 전투기를 개발 완료했으며 현재 시험비행 중에 있다. KT-1은 국방과학연구소가 주도하여 한국항공우주산업과 대한항공, 엘아지넥스원, 한국화이버, 위아 등 여러 국내 항공산업체가 공동으로 독자 개발한 항공기이다. KT-1은 경공격기인 KA-1으로 개량되었다. 인도네시아, 터키 등에 수출된 최초의 항공기이다. 저아음속 항공기인 KT-1의 주날개는 후퇴각이 거의 없다. 또한, 항공기의 자세를 바꿀 수 있는 엘리베이터, 에일러론 및 러더의 조종면을 볼 수 있다. KT-1의 비행조종장치는 기계식으로 그림에는 엘리베이터 조종봉, 에일러론 조종봉과 러더 조종케이블이 도시되어 있다. 착륙 시 사용하는 전륜 착륙기어와 주류 착륙기어가 보인다. 날개의 좌우에는 연료탱크와 연료 승압 펌프 및 연료 여과기를 볼 수 있으며 또한 배면비행 시 연료를 엔진에공급하는 곡예탱크를 볼 수 있다.

 

이륙과 착륙 중 실속속력를 낮추어 이착륙에 필요한 활주거리를 줄일수 있는 고양력장치인 스플립형 플랩을 찾아볼 수 있다. 그림에서는 볼 수 없지만 동체 하방에 스피드브레이크가 설치되어 착륙거리를 줄일수 있다.

 

T-50의 경공격 파생형인 FA-50도 개발하였으며, T-50 계열의 항공기는 이라크, 인도네시아 등에 수출되었다.미국 제너럴일렉트릭사의 GE F404 엔진을 장착하고, 최대속력은 음속의 1.4배에 이른다. 초음속으로 비행하기 위하여 주날개의 후퇴각이 KT-1에 비해 매우 큰것을 볼 수 있다. 항공기 전두부에 장착된 레이더와 조종석에는 탈출좌석도 보인다. 보조동력장치는 항공기에 전원과 유압 등의 보조적인 동력을 제공하며, 비상동력장치는 비행 중 엔진의 재시동에 사용하는 장치이다. 고속으로 비행하는 T-50은 유압식 비행조종장치를 갖고 있는데, 그림에는 조종면을 움직이는 장치인 유압시스템의 일부인 액추에이터와 축압기를 볼 수 있다. T-50에는 고양력장치인 플랩과 에일러론의 기능을 동시에 수행하는 플래퍼론을 장착하고 있으며, KT-1과 달리 수평미익전체가 움직일 수 있는 조종면인 수평미익을 갖추고 있다. 그러나 러더는KT-1 와 같이 수직꼬리날개의 일부로 구성되어 있다. T-50의 스피드브레이크는 항공기의 후방에 설치되어 있다.

 

2. 회전익 항공기(헬리콥터)

우리나라는 1970년대 후반부터 500MD 헬기 면허 생산과 1990년대의 UH-60 기동헬기기술도입 생산을 통해 헬기 생산기술을 축적한 후, 2000년대에는 한국형 기동헬기를 국책사업으로 개발하였으며, 현재는 경공격헬기/민수헬기를 개발 중에 있다. 수리온은 우리 군의 노후한 헬리콥터를 대체하기 위하여 정부합동사업단의 국책사업으로 개발한 최초의 국산 헬리콥터이다. 한국항공우주산업이 기체 개발 및 총조립을담당하고, 국방과학연구소와 항공우주연구원이 항공전자 장비 및 로터 등의 개발을 담당하였다.

최초의 국산 헬리콥터 수리온

위 사진 수리온을 보면 양력과 추력을 발생하는 메인로터를 볼 수 있다. 두 개의 터보샤프트 엔진과 엔진에 나온 동력을 메인로터에 전달하기 위한 메인 기어박스를 볼 수 있다. 또한 메인로터의 고속 회전으로 발생하는 토크를 상쇄하기 위한 테일로터와 엔진의 동력을 테일로터에 전달하는 테일로터 구동축과 중간기어박스 및 테일 기어박스도 찾아 볼 수 있다. 엔진에 연결된 교류발전기가 탑재장비에 전원을 공급된다. 보조동력장치는 지상에서의 엔진 시동, 환경제어시스템용 고압공기 공급, 비상발전기의 역할과 비행 중 주 엔진의 재시동, 여압조절 및 비상발전 등에 사용된다. 수평안정판은 항공기의 안정성를 확보하기 위한 장치이다. 군용 헬리콥터인 수리온은 각종 방어장비를 장착하고 있다.

 

3. 발사체(로켓)

미사일이나 우주발사체용으로 사용되는 로켓은 고체로켓과 액체로켓으로 구분할 수 있다. 우리나라에서 최초로 개발된 고체로켓은 국방과학연구소가 1978년 개발한 백곰 미사일이다. 액체로켓은 항공우주연구원이 과학로켓3호와 나로호 발사체 연구를 거쳐 2010년부터 개발중인 한국형 발사체 등이 있다.

한국형 발사체 누리호

16일에 발사예정인 한국형 발사체 누리호는 3단으로 구성되어 있으며 액체산소와 케로신을 사용하는 액체로켓엔진을 사용한다. 1단에는 75톤의 추력을 낼 수 있는 엔진 4기를 묶어 사용하며 2단에는 같은 엔진 1기를 사용한다. 탑재체를 목표 궤도에 진입하기 위해 7톤의 추력을 낼 수 있는 액체로켓엔진을 사용한다. 각 단에는 산화제인 액체산소와 연료인 케로신을 적재할 수 있는 산화재 탱크와 연료탱크가 엔진과 함께 장착되어 있다. 1단과 2단을 연결하는 1/2단 인터스테이지, 2단과 3단을 연결하는 2/3단 인터스테이지와 탑재체를 감싸고 있는 페어링 등은 발사체와 위성을 보호하고 발사체의 외형을 유선형으로 만들어 공기저항을 감소하기 위해 사용한다.

 

4. 인공위성

우리별 1호

우리나라의 인공위성 개발은 1992년 발사된 KAIST의 우리별 1호가 소형과학위성의 시작이며, 실용위성은 한국항공우주연구원이 개발한 아리랑위성 1호를 시작으로 본격적으로 우주시대를 열었다. 우리나라의 인공위성은 KT가 확보한 정지궤도 통신방송위성과 함께 항공우주연구원이 개발한 실용위성의 기상환경관측 및 실용 영상 확보를 통해 생활의 편리성을 획기적으로 향상시키고 있다. 태양전지판과 배터리모듈은 태양으로부터 위성에 전원을 생성하여 저장하는 장치이며, LAE는 위성이 발사된 후 정지천이궤도에서 정상작동 궤도인 정지궤도로 이동할 때 사용하는 장치이다. 지상과 통신에 사용하는 여러 안테나도 도시되어 있으며, 또한 위성의 자세를 감지하는 지구센서와 자세를 조절하는 반작용 바퀴가 보인다. 위성 외부의 패널은 방사선과 태양으로부터의 복사열과 우주공간에 돌고 우주파편으로부터 위성과 탑재체를 보호한다.