YF-12 전투기는 NASA 엔지니어들이 초음속 비행 시 발생하는 엔진 시동 꺼짐 및 심한 진동 문제를 극복하는 데 중요한 역할을 했습니다.
YF-12 전투기는 음속의 3배 속도로 비행할 수 있습니다. 사진: 위키피디아
흥미로운 공학(Interesting Engineering) 에 따르면, NASA의 클리블랜드 루이스 연구 센터는 한때 YF-12 전투기를 사용하여 초음속 비행 기술을 개발했습니다. 1940년대부터 항공 추진 연구를 선도해 온 이 센터는 더 길고 빠른 초음속 비행을 위한 기술 개선을 목표로 했습니다.
1947년 10월, 벨 X-1 로켓 추진 항공기는 최초로 음속을 돌파하며 초음속 비행의 시대를 열었습니다. 이후 많은 군용기 가 초음속 비행에 성공했지만, 록히드 마틴의 블랙버드를 능가한 기종은 없었습니다. A-12, YF-12 요격기, SR-71 정찰기 등 날렵한 스텔스 항공기들은 장시간 초음속으로 순항한 최초의 기종들이었습니다. 이들은 24,384미터 이상의 고도에서 음속의 3배에 달하는 속도로 비행할 수 있었습니다. 그러나 대형 수송기의 초음속 비행 기술 향상은 여전히 어려운 과제로 남아 있는데, 이는 초음속 비행 중 추진 시스템의 작동 원리에 대한 더 많은 데이터가 필요하기 때문입니다.
블랙버드 시리즈의 설계 및 시험 과정에서 발견되지 않았던 문제를 해결하고 초음속 혼합 압축 흡입구라는 핵심 기술을 발전시키기 위해 미군은 퇴역한 YF-12 두 대를 NASA 드라이든(현 암스트롱) 비행 연구 센터에 대여했습니다. 이는 NASA와 미 공군이 협력하여 YF-12의 비행 데이터를 NASA의 에임스, 랭글리, 루이스 연구 센터의 풍동 데이터와 비교하는 프로젝트의 일환이었습니다.
루이스 연구팀은 1950년대 초부터 풍동에서 초음속 흡입구를 연구하고 델타 다트 요격기를 사용하여 초음속 노즐을 테스트했습니다. 이번 새로운 프로젝트에서 루이스는 10x10 크기의 초음속 풍동에서 실물 크기의 YF-12 흡입구를 테스트하고 추진 시스템 연구소(PSL)에서 144,567뉴턴의 추력을 내는 프랫 앤 휘트니 J58 엔진을 분석하는 책임을 맡았습니다.
통합 흡기 포트는 엔진이 저속에서는 터보팬 제트 엔진으로, 고속에서는 직류 제트 엔진으로 작동할 수 있도록 합니다. 직류 제트 엔진은 효율은 매우 높지만, 유동 난류에 취약하여 "시동 꺼짐"이라고 불리는 현상이 자주 발생합니다. 시동 꺼짐이란 공기 흐름이 갑자기 변하여 엄청난 항력을 발생시키고, 이로 인해 엔진이 멈추거나 항공기가 심하게 흔들리는 현상을 말합니다.
루이스 연구소의 연구원들은 1971년 11월, 추락한 SR-71의 공기 흡입구를 10x10 크기의 풍동에서 조사했습니다. 이듬해에는 풍동에서 다양한 조건 하에 공기역학 데이터를 수집했습니다. 또한 루이스 연구소의 엔지니어인 바비 샌더스와 글렌 미첼이 개발한 새로운 공기 흡입구 제어 시스템을 시험했는데, 이 시스템은 여러 개의 기계식 밸브를 사용하여 시동 불량을 방지하는 방식이었습니다. 이 시스템이 실물 크기의 기체에 적용되어 시험된 것은 이번이 처음이었습니다. 연구팀은 또한 정상 상태와 난류 상태에서 기체, 공기 흡입구, 엔진 및 제어 시스템 간의 상호 작용을 연구했습니다.
1973년 여름, 실물 크기의 J-58 엔진이 루이스 연구소의 두 번째 PSL 압력 챔버에서 시험된 최초의 장비가 되었습니다. 연구원들은 이듬해 정상 조건과 가변 조건에서 데이터를 수집했습니다. PSL 시험에서는 초음속 비행 시 고고도에서의 배출가스를 평가하기 위해 엔진 배출가스도 측정했습니다.
YF-12 프로그램은 소규모 모형을 사용하여 실물 크기의 초음속 흡입구를 설계할 수 있음을 입증했습니다. 비행 데이터를 활용하여 소규모 모형과 풍동이 데이터에 미치는 영향을 더 잘 이해했습니다. 무엇보다 중요한 것은 루이스 프로그램이 유동 난류에 대한 초음속 흡입구의 반응을 개선하고 엔진 재시동을 사실상 없애는 디지털 제어 시스템 개발로 이어졌다는 점입니다. 이 프로그램의 많은 아이디어는 1980년대 초 SR-71 설계에 적용되었으며, NASA가 수십 년 동안 초음속 여객기를 개발하려는 노력에 기여했습니다.
YF-12 프로그램은 NASA가 다른 항공우주 분야에 집중하기로 결정하면서 1979년에 종료되었습니다. 그 당시 YF-12 항공기는 약 300회의 연구 비행을 수행했으며, NASA의 풍동에서 1년간의 지상 시험을 완료했습니다.
안캉 ( Interesting Engineering 에 따르면)
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