2편 https://gall.dcinside.com/mgallery/board/view/?id=war&no=1281336&_rk=zx3&page=1

2편에서 설명한 대로 기계공학, 재료공학, 전자장비랑 스텔스가 급속도로 진보하고, 발전된 기술력에 의해 초음속 비행이 가능한 스텔스기의 대한 요구가 충족 가능해짐에 따라 CALF와 SSF, JAST의 기본 요구사항이 정립됨.

쨋든 CALF 시기랑 JAST 초기에 록히드는 ASTOVL에서 배운걸 토대로 샤프트로 구동되는 리프트팬 방식의 STOVL 기체를 설계했는데, 노즐의 경우 3BSN이 아니라 single expansion ramp nozzle (SERN)이라는 물건이였음. 이 설계를 토대로 풍동테스트용 large scaled powered model (LSPM)을 제작하게 되는데, 이게 흔히 CALF랑 JAST를 검색해보면 나오는 카나드익 스텔스기 모델임. SERN의 모양은 F119의 TVC 노즐을 생각하면 되고, 작동방식은 YF-23의 그것에 가동 부위를 하나 더 추가한 느낌임. 노즐은 두개의 패널로 이루어져서 YF-23의 그것 처럼 윗쪽의 패널만 위 아래로 움직임. 근데 YF-23이랑 다르게 아랫쪽 패널이 앞 뒤로 움직이면서 제트의 유속 뿐만 아니라 방향도 뒤에서 밑으로 바꿀 수 있는거임. 또 이 슬라이딩 패널은 리프트팬의 가동에도 아주 중요한 역할을 했는데, 패널이 움직임에 따라 엔진 뒷쪽의 유압이 달라져서 리프트팬을 돌리는 샤프트랑 연결된 터빈의 회전 속도를 제어할 수 있었음.

일단 SERN을 F100에 달아서 LSPM에 장착한 다음 이걸 테스트 스탠드에 올려서 시운전 해보니 기어박스랑 샤프트에 맞물린 리프트팬 자체는 매우 괜찮게 작동했다고 함. 불과 10년전 ASTOVL 당시 SDLF 방식의 가장 큰 잠재적 위험요소가 샤프트랑 기어박스가 못버티는 거였다고 하고, 그 이전의 컨셉들은 리프트팬이 아닌 리프트 엔진을 썼던 것을 보면 기술이 얼마나 빠르게 발전하는지 알 수 있음.

근데 노즐이 딱봐도 뭔가 모자라보이는 설계인거 같지 않음? 패널 단 두개로 고속의 제트의 방향을 전환한다는게 쉽지도 않고 유동 제어가 아주 빡셌을 것이 예상됨. 평평한 패널에 부딪힌 유동이 절벽에서 떨어지는 것 마냥 하부 패널이 끝나는 지점에서 꺾여야 하는 건데 실제로 추력 계수가 매우 낮았다고 함. 원래 노즐이라는게 압력용기 비슷한데 윗쪽 노즐이 평평하다 보니까 압력 용기 역할도 제대로 못 했고, 또 제트를 직빵으로 맞아야 했기 때문에 강도를 보강하기 위하여 두껍고 무거워졌음. 얇으면 휘어서 제트 유동이 셌다고 함. 상단 패널의 길이가 6 피트였다고 하는데, 6피트 짜리, 그것도 존나 무겁고 두꺼운 물건을 제트 유동/중력에 거슬러서 움직이기 위해 액츄에이터도 존나게 커졌음.

SERN 개념도

CALF, JAST 초기 그리고 ATF supplement fighter :

ASTOVL이 CALF가 되기 전에 록히드에서 제안한 다양한 방식들 위에거는 F-35B랑 같은 SDLF고 밑에거는 RIVET이라는 물건임.

각각의 방식의 작동법인데, RIVET의 경우 골때리게 엔진은 뒤로 설치하였음. 이유는 당연히 배기 노즐을 기체 중앙의 무게중심에 가깝게 두기 위해서.

록히드의 CALF/JAST 모델의 발전도. 근데 이 이전에도 C141이라던가 하는 선행 디자인들이 있었음.

C141 이전의 SERN을 쓰는 모델을 바탕으로 만들어진 LSPM. 3BSN이 아니라 SERN이 달린것을 볼 수 있다.

쨋든 리프트팬 자체는 괜찮으니 노즐을 어떻게 해야겠는데 2편에서 말했듯이 93년에 록히드가 GD의 항공부문을 인수하면서 컨베어 인력이랑 자료가 딸려왔고 거기에는 샌디에고 잠들어 있던 모델 200 관련 자료들도 있었음. 록마랑 P&W는 이거다 싶어서 3BSN 관련 연구를 진행하는데, SERN 보다 훨씬 가벼웠고 우월한 유동 특성을 보여줌. 정확히는 SERN 대신 3BSN을 쓰면서 거의 1800 파운드라는 막대한 무게를 절감할 수 있었다고함. 단순히 무게가 줄어든게 아니라 항공기의 맨 끝자락의 무게가 절감된 것이기 때문에 전체적인 밸런스가 향상됨. 여기에 더해서 3BSN은 태생적으로 별다른 장치 없이 첫번째 swivel을 회전 시키는 것을 통하여 요잉이 가능함. SERN을 쓸 당시에는 요잉을 위해 별도의 베인을 설치하려 했고, 결과적으로 설계가 더욱 간단해졌음. 특히나 노즐은 수직상으로 무게중신과 거의 같은 선상에 위치하기 때문에 별도의 베인을 통하여 요잉을 제어함으로서 발생하는 모멘트가 발생하지 않음. 또 SERN은 하단 패널을 앞으로 움직임으로서 유동의 방향을 바꾸는데, 3BSN은 노즐 자체가 움직이는 방식이기 때문에 노즐이 꺾였을 때 좀더 항공기의 중심에서 먼 곳에 위치하였고, 이에따라 수직 비행중의 밸런스가 개선 되었음.

SERN을 대체하기 위한 다양한 똥꼬쇼. 마덴 노즐의 경우 거의 완벽에 가까웠지만 상대적으로 복잡했고, 3BSN의 수직/수평비행상에서의 성능이 더 뛰어났음.

3BSN의 작동 영상. 아주 이해하기 쉽고 간단함.

테스트 결과에 따라 1995년 록히드 JAST의 노즐 설계는 SERN에서 3BSN으로 변경되었고, 이후 카나드가 통상적인 수평미익이 되고, 인렛 디자인이 DSI로 바뀌고, 랜딩기어 위치가 바뀌고 하는 등 X-35에서 F-35가 될 때까지 기본 설계가 유지됨. 이게 가능했던 이유는 테스트에서 도출된 값들이 컨베어가 30년전에 3BSN을 시험하면서 도출한 값들과 비슷했기 때문. 한마디로 3BSN의 기본적인 연구는 60년대에 이미 끝나있었단 말임. 록히드랑 P&W가 한 것은 여기에 C-D 노즐이랑 LO 설계를 통합한 것 뿐. 컨베어 당신들은 도대체...

JAST 당시 맥날, 노스럽 그루먼, BAe 컨소시움이 제안한 GCLF 방식. 다만 얘체 기체는 카나드가 아니라 YF-23 같은 수직 수평 미익 통합인 설계였음.

그럼 처음으로 돌아가서, YAK-141과 F-35의 관계는? 러뽕새끼들은 록히드가 야콜레프에 돈을주고 기술을 사갔네 F-35B가 YAK-141의 카피네 하며 개소리를 하지만 록히드와 야콜레프간의 계약은 테스트 지원 그 이상도 이하도 아님. 이미 YAK-141이라는 테스트 베드가 있으니, 얘를 통해서 3BSN의 데이터를 얻기 위함이였을 뿐임.

정리하자면 F-35B의 디자인은 60년대 발명되서, 70년대에 컨베어에 의해 해군에 제안되고, 80년대에 컨베어의 설계가 놀고있는 동안 러시아에서 처음 실전 배치되고, 90년대에 록히드가 다시 꺼내서 2000년대에 날아다니게 된거임. 발명부터 실제 적용까지 참말로 오래 걸린 기술.

끝으로, 2편이랑 3편에서 설명한 프로젝트 들에 대하여 좀더 자세히 글을 쓰고 싶기는 한데, 글이 너무 길어질 것 같음. 관심있는 사람들은 구글 사진 검색으로 찾아보면 재밌는 것들을 많이 찾을 수 있을것. 글 추천하자면 Wave Drag and High-Speed Performance of Supersonic STOVL Fighter Configurations 라는 나사 AMES 연구원이 쓴 논문. JSTOR 에서 대학 라이센스로 볼 수 있음.