ADEX 2021 - 1

한국항공우주산업(KAI)

차세대 기본훈련기(Black Kite)

차세대 기본훈련기, Black Kite는 전장 11.4m, 전폭 11.8m, 전고 4.18m이며 추진계통 옵션으로 전기추진 방식과 1600마력 터보프롭 엔진을 탑재한 기본형상이 준비되어 있다. 노후화된 KT-1과 KA-1 항공기를 성능개량하는 대신 신규 개발을 통해 대체하는 방안으로 제시되었으며, AT-6, EMB-314 대비 성능우위를 달성할 수 있는 개발목표를 설정하였다.

공대지/공대공 전투능력을 부여하여 수출 경쟁력을 확보할 예정이며, VR/AR 기술을 도입하여 정비 및 훈련효과를 극대화하고, 글래스 콕핏(Glass Cockpit)을 적용하여 KF-21 · F-35와 같은 4.5세대~5세대 전투기와의 높은 호환성으로 효율적인 미래 조종사 양성이 가능하도록 개발한다.

전기추진 방식은 엔진 및 연료탱크 공간에 배터리를 탑재하고, 주익에 4개의 280kw 전기모터가 탑재된다. 조종석 측면 공간에도 배터리를 탑재하여 비행시간을 연장할 수 있다. KAI는 연료계통을 제거하여 구조적으로 단순화하고, 정비성을 증대시키며 운용유지비를 절감할 수 있다고 설명하고 있다.

그러나 주익에 전기모터를 탑재하는 4발 항공기는 간섭 문제로 인해 주익에 무장 탑재가 제한되므로 수출 시장에서 요구하는 성능을 달성하는 것이 불가능하다는 문제가 있다. 또한, 전기추진 방식은 향후 10년 내 인증 및 상용화가 가능한 수준을 가정하고 구상된 개념으로, 에너지 밀도가 낮은 배터리로 인해 충분한 비행성능과 체공시간을 확보하기가 매우 어렵다.

향후 기술발전 추세를 고려하여 수소연료전지와 전고체 배터리를 검토하고 있지만, 공군의 요구성능과 해외 수출시장에서 요구하는 사항들을 충족시킬 수 있는 수준에 도달하기까지는 많은 어려움이 있을 것으로 전망된다. KAI는 우선 요구되는 출력이 낮은 비행실습용 KT-100 항공기의 전동화를 준비하고 있으며, 자체 연구를 통해 전기추진 기본훈련기 개발에 소요되는 핵심기술을 실증할 예정이다.

FA-50 성능개량

고등훈련기/경전투기 시장에서의 경쟁력 향상을 위해, KAI는 수출 대상국 수요를 고려한 FA-50 성능개량 프로그램을 진행하고 있다. 수출 대상국의 무장 및 임무 확장, 항속거리 연장 요구에 따라 신형 공대공유도탄과 중거리 공대지유도탄, GBU-12 LGB와 같은 추가 무장이 통합되며, LAD(Large Area Display)를 적용한 글래스 콕핏과 HMD, 내장형 훈련체계, EOTGP(Sniper ATP)가 통합된다. 또한, 동체 내에 추가 연료탱크를 탑재하고 300갤런 외장 연료탱크와 Cobham社의 프로브 장치를 통합하여 체공시간을 연장한다.

WVR 공대공유도탄은 AIM-9X · IRIS-T, BVR 공대공유도탄은 AIM-120를 고려하고 있으나 구체적으로 확정되지는 않았다. 중거리 공대지유도탄은 타우러스 KEPD 350K-2를 검토하고 있다.

KUH-1 계열 성능개량

KUH-1 계열 회전익기 성능개량에는 국산화된 4축 디지털 자동비행조종장치(Automatic Flight Control System, AFCS)와 동력전달장치가 공통적으로 포함된다. 최신화된 임무컴퓨터에는 통합전자지도컴퓨터(Integrated Digital Map Computer, IDMC)가 기능통합되고, 4개의 MFD(Multi Fuction Display)는 10.4인치에서 12.7인치로 대형화되며, 버튼식 CDU는 터치 인터페이스로 변경된다. 또한, 기체 내에 F5 연료탱크가 추가되어 항속거리가 연장된다.

동력전달장치 국산화

동력전달장치는 비행에 필요한 동력을 엔진으로부터 공급받아 로터로 전달하는 부품으로, 헬리콥터 유지비용의 30%, 구매가의 12~20%를 차지하는 고가의 품목이다. 수리온 동력전달장치는 SNT중공업에서 주기어박스의 개발에 실패함에 따라 전량 해외도입에 의존하고 있으며, 국내 공급 지연('13) 및 교체 시 해외 업체 일정 의존('16) 등의 문제를 야기한 바 있다. 또한, 직도입한 동력전달장치는 에어버스 헬리콥터社의 H215M에 탑재되는 것으로, T700-701K 엔진의 최대 출력을 이끌어내지 못하고 있어 개발 시점부터 지속적으로 문제점으로 지적되어 왔다.

이에 따라, KAI에서는 자체 투자(792억 원)와 산업통상자원부의 지원(254억 원)으로 과거 개발에 실패했던 동력전달장치 국산화에 재도전하고 있다. 이탈리아 AVIO社와의 협업을 통해 '25년까지 개발이 진행되며, 수리온 성능개량에 적용하여 최대이륙중량을 19,200lbs에서 21,000lbs 수준으로 향상시킨다는 계획이다.

개발한 동력전달장치 기술은 소형무장헬기(LAH) 및 소형민수헬기(LCH), 차세대 고기동 헬기 개발에 직접적으로 활용될 수 있으며, 회전익기 주기어박스용 AGMA(American Gear Manufacturers Association) 13등급 기어류 부품 기술은 향후 풍력발전기와 같은 산업용 고성능 기어박스 개발에 높은 파급효과를 불러올 것으로 전망된다.

유무인 복합체계(Manned UnManned-Teaming, MUM-T)

KAI에서 구상하는 유무인 복합체계는 미니 하피(Mini Harpy)와 유사한 소형 무인기(국내 개발 예정)를 이용하는 캐니스터 탑재 ALE(Air Launched Effects) 방식(LAH · MUH-1)과, NI-600 혹은 소형 쿼드롭터 드론에서 획득한 영상을 데이터링크로 수신하여 MFD에 시현하는 방식(KUH-1 · 해상작전헬기)으로 구분된다.

국방과학연구소는 "유인회전익기에 의한 다수무인기 운용제어 설계기술(`20.12~`24.02)" 과제를 통해 군단정찰용무인항공기(CUAV)-II 2대를 LAH에서 통제하는 핵심기술을 개발 중이며, 과제종료 이후 시험개발 및 체계개발을 추진하여 2030년대에 상용화한다는 계획이다. LAH의 경우 성능개량을 통해 동력전달계통 국산화, Link-K 통합과 더불어 MUM-T 운영을 위한 객실확보 및 무인기 체계통합이 적용될 예정이다.

민항기 복합재료 일체성형 토션박스 구조물

국내에서 개발되는 대부분의 복합재 부품은 프리프레그(Pre-preg) 기반의 오토클레이브(Autoclave) 공정으로 개발되어 왔다. 그러나 오토클레이브 공정으로 제작된 복합재는 제조비용이 비싸서 항공기 부품의 단가상승에 영향을 준다. 따라서 최근에는 복합재 제조비용을 절감하기 위해 공정 단가가 상대적으로 낮은 OoA(Out of Autoclave) 공정을 적용한 항공기 부품 연구/개발이 이루어지고 있는 추세이다.

KAI는 재료연구원 등의 산학연간의 협업을 통해 "100인승 이상 민간항공기 수평 미익의 3D Braiding/RTM을 이용한 일체형 Torsion Box 복합재 구조물 개발" 과제를 수행하며 민항기 수평미익에 대한 복합재료 일체성형 토션박스 구조물을 개발하였다. 이는 스킨(Skin), 스파(Spar), 립(Rib)으로 구성되는 토션박스를 세계 최초로 일체 성형하는 기술로서, 한번의 수지 주입만으로 제작함으로써 공정을 단축하고 제작 시간 및 단가 절감을 기대할 수 있다는 장점이 있다.

일체형 토션박스 구조물은 3D 레디얼 브레이딩(Braiding) 기법으로 제작된 Spar와 탄소섬유 직물로 프리폼된 스킨을 금형에 안착한 후, 수지를 주입하여 일체 성형하는 RTM(Resin Transfer Molding) 공정으로 제작한다. Secondary Bonding 공정을 제거하여 전체 제작시간과 단가를 더욱 절감할 수 있는 VARTM(Vacuum-Assisted RTM) 공정 기술도 개발하였으나, SQRTM(Same Qualified RTM)/RTM 공정 대비 구조적 강성이 떨어지므로 일부 구조물에 한하여 적용된다. KAI는 본 과제로 개발한 기술을 봄버디어 사의 신형 터보프롭 항공기에 제시하고 있으며, 향후 에어버스 및 보잉 사의 민항기에도 적용될 것으로 기대된다.

LCH 주로터 블레이드

국산화된 LCH 주로터 블레이드는 고양력 탭과 저소음 익단 형상(Tip Fairing)을 적용하여 추력증가 및 소음 감소에 최적화된 것이 특징이다. 길이 5.6m, 폭 0.4m, 무게 40.2kg으로, 일체형의 다중 박스를 적용하여 구조적 안전성을 증대시켰으며 복합재료(유리섬유 및 탄소섬유)를 적용하여 피로특성을 향상시켰다. 또한, 전연부 금속제 침식보호제(Erosion Shield)로 외부물질에 의한 손상을 보호하고, 낙뢰보호 경로를 통해 낙뢰 피격 시 주로터 블레이드를 보호할 수 있도록 설계되었다. 수명은 10,000 비행시간을 만족한다.

NI-500VT

차기 사단급 무인기로 대한항공의 KUS-VS와 경쟁하는 KAI의 NI-500VT는 틸트로터 형상을 적용하여 빠른 속도로 비행이 가능하며, 야지에서 자동으로 수직이착륙이 가능하여 적시에 임무수행이 가능하다. 또한, 엔진-전기모터 하이브리드 방식으로 단순화된 동력계통 설계가 적용되어 정비성이 우수하다는 특징이 있다. 향후 MUM-T 기술 개발과 연계하여, LAH와 같은 유인헬기에 표적위치정보와 영상정보를 송신함으로써 정밀타격 및 피해평가(Battle Damage Assessment, BDA) 임무를 지원하도록 개발될 예정이다.