VTOL X 평면

수직이착륙 실험항공기(VTOL X-Plane) 프로그램은 국방고등연구계획국(DARPA)이 후원하는 미국의 연구과제다.기존 로터크래프트보다 빠르게 비행하면서 수직으로 효율적으로 공중에서 이륙할 수 있는 VTOL 항공기 설계를 시연하는 것이 이 프로그램의 목표다.^[1]이전에도 많은 시도가 있었지만 대부분 성공하지 못했다.^[2][3]

재래식 로터 레이아웃을 갖춘 헬리콥터는 이론상 최고 속도가 200노트(230mph; 370km/h)이며, 그 후에는 리프트의 비대칭이 발생한다.275노트(509km/h)로 비행할 수 있는 벨 보잉 V-22 오스프리 틸트로터, 260노트(300mph, 480km/h)로 비행한 시코르스키 X2 복합헬기 등 일부 설계는 공중파 및 초고속 항공기를 성공적으로 만들었지만 둘 다 공기역학적으로 상당한 절충을 통해 효율이나 범위를 맴돌았다.DARPA의 목표는 300~400노트(555~740km/h)의 지속적인 최고 속도(345~460mph)를 달성할 수 있는 VTOL 항공기를 시연하는 것이다.^[1]

프로그램 참가자는 모두 무인항공기를 이용해 콘셉트를 시연하는 방식을 택했지만 유인항공기에도 적용하겠다는 취지다.^[4]

오로라 비행과학이 2018년 비행할 시험 디자인을 만드는 데 선정됐다.^[5]

요구사항 및 프로그램

DARPA는 2013년 2월 수직 이착륙 기술 및 기존 항공기에 사용되는 최고의 기능을 모두 사용하는 새로운 항공기를 만들 것을 요구하면서 이 프로그램을 발표했다.^[6]하이브리드 항공기는 다음 네 가지 영역에서 개선을 시도할 것이다.

• 속도 - 최소 300kts의 최고 속도를 달성하십시오.^[7]
• 호버 - 호버 효율을 75% 이상으로 높인다.^[7]
• 크루즈 효율성 - 최소 10의 리프트 대 드래그 비율을 달성하십시오.^[7]
• 부하 - 용액이 예상 총 중량의 최소 40%의 유용한 부하를 운반할 수 있는지 확인하십시오.^[7]

1단계 - 예비 설계 연구

처음 참가하게 된 두 회사는 2013년 12월에 시코르스키 항공이 1,440만 달러의 계약을 체결하고 오로라 비행 과학이 4,700만 달러의 1단계 예산으로 예비 설계 연구에 1,400만 달러를 수여받으면서 발표되었다.^[8][9]

2014년 3월 18일, DARPA는 시코르스키, 오로라 비행 과학, 보잉, 카림 항공기가 VTOL X-플레인에 선정되었다고 발표했다.이들 4개 회사는 무인항공기를 기반으로 설계했으며 앞으로 20개월 동안 경쟁할 예정이다.오로라의 출품 명칭은 지난 2월 '번개스트라이크'로 공개됐고, 설계는 알려지지 않았지만 덕트형 팬과 하이브리드 추진기를 생산한 이력이 있다.카림 항공기는 최적의 속도 로터를 가진 틸트로터 항공기를 제안할 것으로 예상되었다.보잉 팬텀스위프트는 2013년 동체 내부에 트윈 리프팅 팬과 날개탑에 장착된 틸팅 덕트 팬을 장착해 들어올리고 앞으로 추력을 가했다.시코르스키는 록히드 마틴과 손잡고 고정 날개 공기역학 및 첨단 로터 제어를 결합한 "저 복잡성" 설계를 했다.2015년 가을 단 하나의 설계가 2단계에서 시승기 제작을 위한 9천 5백만 달러의 계약에^[10] 선정될 예정이었다.^[11]

• 로터 블로우 윙 - 시코르스키와 록히드 마틴은 무인 로터 블로우 윙 개념을 개발하기 위해 협력했다.그들은 그것이 낮은 복잡도 구성을 제공하기 위해 고정 날개 공기역학 및 첨단 로터 제어를 통합했다고 주장했다.^[8]시코르스키의 로터 블로우드 윙을 예술가가 묘사한 것은 보잉 헬리윙과 시각적으로 유사하다. 보잉 헬리윙은 1995년 4월에 처음 비행했지만 7월에 추락했고 프로젝트는 보류되었다.시코르스키는 로터 블로우드 윙이 꼬리가 될 것이라는 것을 확인했는데, 그 이름은 그 날개가 수직과 전진 사이에서 전환되는 동안 프로프로터 워싱에 정렬되어 있어 호버 모드에서 윙에 대한 다운로드가 감소한다는 것을 암시한다.^[3][12]
• 번개스트라이크 - 오로라 비행 과학의 번개스트라이크는 추진력을 항공기의 공기역학 설계에 통합함으로써 높은 전체적인 효율성을 달성할 수 있다.이 회사는 골디네예 시리즈 항공기를 통한 덕트 팬 설계, DARPA 프로그램 하에서도 경험이 있으며 엑셀리버 무인항공기 개념증명 항공기를 탑재한 하이브리드 전기 추진으로 고속 수평 비행으로 수직 이착륙을 제공하는 설계를 제작했다.^[13]이러한 경험을 살려 '오로라 비행 과학'은 전기분산 추진장치(EDP)를 1831 in (79 cm) 날개 팬과 21 in (53 cm) 캐너드 팬 6개로 3 MW의 전기로 구동되는 혁신적인 차량 개념을 개발했다.^[3]
• 카림 틸트로터 - 카림 항공기는 TR36XP라는 틸트로터 개념을 제출했으며, 가느다란 몸체의 기체와 높은 비율의 갈매기 날개를 채용했다.날개 외부 섹션은 두 개의 36ft 로터/프로펠러와 함께 두 개의 롤스로이스 터보메카 RTM322로 구동되는 호버와 전방 비행 사이의 전환을 위해 90도로 회전했다.^[3][14]
• 팬텀스위프트 - 보잉의 팬텀스위프트 컨셉트에는 공중에서 맴도는 동안 안정성을 제공하는 두 개의 윙팁 팬과 함께 리프트를 제공하기 위한 두 개의 대형 내부 팬이 있었다.전방 비행에서는 내부 팬이 전원 공급을 중단하고 날개 끝 팬은 추력을 제공한다.보잉은 이 구성이 일반 헬리콥터보다 공기 중에 50% 더 효율적이었으며 최고 속도가 740km/h(460mph, 400kn)로 예상된다고 주장했다.풀사이즈 버젼은 날개 길이가 50피트(15m), 동체 길이가 44피트(13m), 무게는 12,000파운드(5,400kg)에 달했을 것이다.^[15]시승기는 제너럴 일렉트릭 CT7-8 엔진 한 대 또는 두 대에 의해 구동되지만,^[3] 생산 버전은 전지 구동으로 구동된다.^[16]

2단계

설계, 개발 및 통합 단계는 18개월 동안 지속될 것으로 예상된다. 2단계는 기업이 설계를 성숙시킬 수 있도록 할 것이다.^[7][8]

2016년 3월 3일, DARPA는 Ourora Flight Sciences에게 8,940만 달러를 수여하고, 다른 세 경쟁자들을 제치고 FlinkStrike 개념을 구축하고 시연했다.번개스트라이크는 V-22 오스프리에 사용된 것과 동일한 타입의 롤스로이스 AE1107C 터보샤프트 엔진으로 구동되는 틸팅윙 설계로, 허니웰 발전기 3대를 통해 전력을 발생시켜 각각 전방 카나드에 3개, 메인 윙에 18개씩 24개의 분산 덕트 팬을 구동한다.다른 모든 진입자와 같은 재래식 엔진을 사용하기보다는 상용 풍력 터빈만큼 3메가와트(4,023마력)의 전기를 생산하는 발전기 3대와 팬을 구동하는 개별 모터에 전원을 공급하고 각 날개 팬은 100kW 모터를 사용하며, 각 카나나는 '분산형 전기 추진력'에 의존한다.70kW 모터를 부채질한다.이 항공기의 무게는 UH-1Y 베놈 크기인 10,000~12,000lb(4,500–5,400 kg)로, V-22보다 50노트 빠른 300노트 이상 빠르게 순항한다.VTOL X-Plane 프로젝트의 2단계는 2018년 9월까지 계획된 비행시험 전에 두 대의 항공 차량을 제작할 것이다.^{[5][17][18][19][20]}탄소복합재와 3D 프린팅 플라스틱으로 만든 날개와 카나드 등을 이용해 무게 325파운드(147kg)의 20% 규모의 시승기가 2016년 3월 29일 비행했다.^[21][22]본격적인 항공기는 XV-24A로 지정된다.^[23]

3단계

3단계는 2017년 2월부터 2018년 2월까지 12개월 동안 지속되며, 실험 설계의 지상 및 비행 시험으로 구성된다.^[7][8]

Darpa는 비행시험 전에 그 프로젝트를 취소했다.^[24]

참조

외부 링크

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