각국 전투기 엔진 성능
중국, 일본의 전투기 엔진 성능
첨단 항공엔진 국내개발을 위한 제언
엔진분야는 정부연구소 중심 장기 프로젝트로 인재를 모으고
관련기업에는 연구개발비 전액지원으로 국산개발토록해야 합니다.
과기부 산자부 기재부 카이 포철 항우연
대한항공 항공기 관련제작 업체 지분참여
공동출자 하여
엔진연구소 빨리 출범 시켜야 !!!
젯트엔진 유도로켓엔진 우주발사체엔진
연구 배경
그간 우리나라는 고정익･회전익･무인기를 개발해왔으나, 장착 엔진은 모두 도입하였음
항공 산업은 조립 및 생산에서 시작하여 훈련기, 헬기, 전투기 등의 독자모델을 개발하는
수준까지 도달하였으나, 항공엔진은 해외로부터 도입하여 발전이 정체됨
고정익 항공기인 훈련기(KT-1, T-50)는 국내개발 이후 터키, 인도네시아 등으로 수출하기
시작했고, 현재는 대규모 투자를 통해 전투기(KF-21) 시제기를 개발하는 수준에 도달함
회전익 항공기인 수리온은 개발 이후 다양한 형태로 파생되어 운용 중이며, 무인기는 사단급,
군단급을 넘어 중고도 무인기, 스텔스 무인전투기 시제기를 개발하는 단계임
그러나, 항공엔진은 높은 안전성이 요구되는 항공기 특성 상 고 신뢰성이 필요하므로 해외
대표 제조사인 GE, P&W, Rolls-Royce의 검증된 엔진을 도입하였음
늦었지만, 이제는 우리의 힘으로 항공엔진 독자개발에 착수할 시기임
항공엔진 분야는 면허생산을 통해 생산 및 조립 기술 수준이 성숙되었고, 최근 터보팬 엔진
연구개발을 통해 설계 및 시험 기술 수준을 향상시키고 있음
5,500 lbf급 무인기용 완제 터보팬 엔진을 개발하고 있으며, 10,000 lbf급 터보팬 엔진 핵심
구성품인 터빈의 공력-냉각설계 및 시험평가 기술 등의 연구를 수행하고 있음
항공엔진 연구를 통해 축적된 기술력을 바탕으로, 고출력 항공엔진 개발에 도전해야 함
현재 운용 중인 항공기와 향후 개발될 항공기의 엔진 소요를 고려하면, 항공 엔진 독자개발의
파급효과는 매우 높을 것으로 판단됨
국내 전문인력, 시험시설 현황 분석을 통해 항공엔진 산업의 미래를 위한 기반을 마련해야 함
항공엔진 연구개발 인력은 항공산업 연구개발 인력 기준 약 5% 수준이므로 육성이 시급함
항공산업 인력은 2021년 기준 16,000여 명이며, 그 중 연구개발 인력은 3,800여 명임
항공엔진 연구개발 인력(정부산하 연구기관 포함)은 200여 명으로, 해외 엔진 제조사의 인력인
8,000여 명에 비해 열악한 상황이므로 국내엔진 개발에 도전하기 위해선 인력 충원이 필요함
항공엔진 국내개발을 위해 운용 중인 시험설비의 성능 검토와 인증관련 규정 수립이 필요함
기 보유 중인 시험설비는 현재 개발 중인 중･소형급 무인기용 엔진에 대해 시험이 가능한
수준으로 목표 엔진의 성능시험을 위해 설비 확장이 필요함
군용 항공엔진은 감항인증 절차 및 규정이 없어 현재 인증이 불가능하므로 관련 연구가 시급함
첨단 항공엔진이란?
항공엔진은 흡입된 공기가 연료와 함께 연소되어 생성되는 배기가스로 추진력을
발생시키는 추진기관으로, 현재는 다양한 종류의 엔진들이 상용화됨
항공용 엔진은 크게 가스터빈 엔진, 왕복엔진(가솔린, 디젤)으로 구분되며, 가스터빈 엔진은
터보제트, 터보팬, 터보샤프트, 터보프롭 엔진으로 세분화됨
고정익 항공기에는 주로 터보팬 엔진이 사용되며, 회전익 항공기에는 터보샤프트 엔진이 사용됨
항공용 터보팬 엔진은 신뢰성, 경량화, 효율성이 특징이며, 항공기의 용도에 따라 팬의
크기와 후연기(AB; AfterBurner) 장착 여부가 달라짐
팬의 직경에 따라 '바이패스 비'도 달라지며, 고기동을 요구하는 전투기는 바이패스 비가 작음
*크게 보려면 그림 클릭
바이패스 비(by-pass ratio) : 팬을 지나 엔진 코어 바깥쪽으로 흘러가는 유량과 엔진의 코어를 통해 배출되는 유량과의 비율
첨단 항공엔진은 무인기 장착용 저 바이패스 터보팬 엔진임
현재 국내 항공엔진 기술력과 미래 수요를 종합적으로 고려하여 첨단 항공엔진의 목표를 설정함
첨단 항공엔진은 기존에 개발되어 운용 중인 해외 터보팬 엔진과 유사한 엔진으로, 국내 현 기술력을 뛰어넘는 수준의 고출력 엔진임
* 국내 항공엔진 기술력과 부족한 인프라 수준을 고려했을 때, 유인기용 터보팬 엔진 개발 착수는 어려움
미래 공중전장은 무인체계가 발전함에 따라 유･무인 복합체계가 운용될 것으로 예상되며 노후 전투기 도태와 발전 추세를 고려했을 때, 국내에서도 무인체계에 대한 개발이 필요함
* 무인기는 유인 전투기에 비해 획득 비용이 상대적으로 낮고 운영 유지비를 감소시킬 수 있으며, 특히 조종사의 신체 능력을 초과(고속･고기동성)하는 설계가 가능하므로 다양한 용도로 활용할 수 있음
미래 공군 전력의 한 축을 담당하게 될 무인기는 전력 공백 문제를 해결하기 위해 다수의 소요가 발생할 것으로 예상되므로, 무인기용 터보팬 엔진 개발기술 확보가 필요함
항공 무인체계 개발에 대비하여, 첨단 항공엔진의 목표 추력은 최신 무인전투기인 X-47B급 터보팬 엔진 기준이 적절할 것으로 판단됨
* 첨단 항공엔진은 향후 유인기용으로의 개조 및 민수용 등 파생형 엔진으로의 확장도 염두에 두어야 함
*크게 보려면 그림 클릭
우리의 현 주소
우리나라 항공 산업은 군용기 개발 중심으로 성장해왔으나, 항공엔진 산업은 높은 신뢰도가 요구되는 특수성으로 인해 해외로부터 도입하여 성장하지 못함
항공 산업은 조립 및 생산에서 시작하여 훈련기, 헬기, 전투기 등의 독자모델을 개발하는
수준까지 도달하였으나, 항공엔진은 해외 도입 위주로 저출력･소형 엔진만 개발함
국내개발 훈련기(KT-1, T-50)는 터키, 인도네시아 등 해외로 수출하기 시작했고, 현재는 대규모
투자를 통해 전투기(KF-21) 시제기를 개발하는 수준에 도달함
항공엔진은 해외 대표 제조사인 GE, P&W, Rolls-Royce의 검증된 엔진을 도입해왔음
국내 운용 중인 F-15K, KF-16, T-50 등에 장착한 항공엔진의 면허생산을 제외하면 항공엔진의
독자개발을 통한 국내개발 항공기 장착 사례는 없음
*크게 보려면 도표 클릭
항공엔진은 GE, P&W, Rolls-Royce 등 대표 엔진 제조사가 시장을 주도하고 있고, 국내에선
수요조차 적어 개발 및 투자에 나서는 업체가 없음
대표 엔진 제조사는 터보팬 엔진 시장의 약 70% 이상을 점유하고 있음
* 점유율 : CFM International - 44.85%, GE - 13.47%, PW - 22%, Rolls-Royce - 12.86%
항공엔진은 국가 전략기술로 선진국의 기술이전 통제와 외부 유출 방지 관리를 통해 엔진 시장을
독과점 형태로 점유하고 있음
CFM International은 미국의 GE와 유럽의 Safran의 합작 회사(Joint Venture)로 회사 지분은 50:50임
첨단 항공엔진 개발을 위한 국내 인력, 시설, 인증 등의 인프라 또한 여전히 부족함
면허생산 위주로 발전한 항공엔진 산업은 엔진 개발 가능한 인력이 매우 부족한 상황임
국내 항공 산업에 종사하고 있는 연구개발 인력은 3,800여 명이며, 그 중 항공엔진 연구개발
인력은 200여 명임
* 국내 엔진 연구개발 인력은 국방과학연구소 및 한국항공우주연구원 80여 명, 한화에어로스페이스 120여 명임
해외 엔진 제조사의 연구개발 인력 수를 고려했을 때, 첨단 항공엔진 개발을 위해선 설계, 시험,
인증 관련 전문인력 충원이 필요함
해외 대표 엔진 제조사인 P&W, Rolls-Royce, GE의 연구개발 인력은 각 8,000~10,000여 명 수준으로
국내 항공엔진 전체 연구개발 인력의 약 40~50배임
성공적 국내개발을 위한 제언
*크게 보려면 그림 클릭
[그림 5] 터보팬 엔진 추력 비교에 따른 첨단 항공엔진 목표 추력
*크게 보려면 도표 클릭
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XF9 엔진 : 일본제 제트엔진
WS-10 엔진 : 중국제 제트엔진
KF-21 전투기에는 F414(GE) 제트엔진이 들어가는데
아쉽게도 후연기(AB; AfterBurner)를 가동시킨 최대 추력이
후연기를 가동시키지 않은 상태의 XF9 엔진 및 WS-10 엔진에 밀리고 있습니다.
쉽게 말해서 일본제 전투기(XF9 엔진) 및 중국제 전투기(WS-10 엔진)는 후연기를 켜지 않아도
전투기 기동성이 후연기를 가동시킨 한국제 KF-21 전투기보다 월등하다는 소리입니다.
놀랍게도 후연기를 가동시키지 않은 최대추력에서 중국제 WS-10 엔진이 일본제 XF9 엔진을 능가하고 있다는게 충격입니다.
KF-21 사업이 계획대로 추진되어야 한국도 중국이나 일본 수준의 제트엔진 개발 및 역량을 갖춰 나갈수 있는 기반이 조성될 것으로 보입니다.
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국내업체들은 돈 않되는 사업은 않 할려는 분위기라서 ~
발전용 터빈 국산개발에 성공한 두중이 어렵다고 하죠. (다른문제도 많이 있겠지만, 터빈 국산개발도 영향이 있다고 봅니다. 국내시장이 작아서 어렵사리 국산개발해도 수지타산이 맞지않아 문제라고합니다~~)
이제는 때가 되었다고 봅니다. 엔진분야는 정부연구소 중심 장기 프로젝트로 인재를 모으고 관련기업에는 연구개발비 전액지원으로 국산개발토록해야 합니다.