외부형상은 약어로 OML이라고 부름

OML이란 Outer Mold Line - 공기역학적으로 영향을 받는 항공기의 외형 전체

OML은 항공기, 전투기로써의 공력, 조종안정성, 추력, 하중, 구조배치, 장착물 배치에 영향을 주는 외형적 요소이자

수명과 임무능력을 결정짓는 요소이기도 함

OML은 보통 중량 최소화를 목적으로 하는데

그 이유는 중량과 비용이 비례하는 요소가 되기 때문에 비용을 최소화 하기 위해서임

형상개발은 개념설계부터 기본 설계를 통해 구체화가 됨

처음 요구도와 가용기술을 분석해서 이를 만족하는 형상을 개발하게 됨

이후 개발된 형상을 바탕으로 각 설계분야에서 형상을 기준으로 설계 해석작업을 하게 됨

기본 형상이 도출되면 풍동시험을 통해 설계 해석에 대한 검증을 시행함

이때 보완사항을 반영해 형상 수정하게 됨

형상이 수정 되면 설계 해석을 반복하게 되고 이를 통해 형상 안정화가 진행 됨

이후 상세설계를 할 수 있는 수준이라 확인되면 OML 확정

OML이 중요한 이유는

공기중에 노출되는 단면적이 크면 클 수록 드래그라 하는 저항이 생김

그 저항을 이기면서 목적지까지 빠르게 움직이려면 더 큰 힘이 필요하고

그 큰힘을 내기 위해 큰 엔진을 장착하게 되며

큰 엔진을 장착하게 되면 연료 소모량 많아지는 등의 문제점이 생기기 때문임

가능하면 그 요구도를 달성해서 기능을 다 하면서도 작게 공기역학적으로 우수하게 만드는 것이 항공기 설계의 기본이 됨

OML을 확정하기 위해서는 면적을 줄이고 필요한 경우 외엔 가볍고 물리학적으로 우수한 기체를 만드는 것이 중요함

기체 내부 공간을 최적화하고 내부 공간에 원하는 모든 시스템을 넣으면서 공기역학적인 형상을 뽑는 것 즉 공간과의 싸움임

기동성 안정성 공기역학적 특성이 유기적으로 움직일 수 있는 항공체계이기 때문에 최적화 값을 찾는 것이 중요함

T-50을 처음 개발할 때 기총의 위치를 어디에 두는가에 대한 문제가 있었음

전투기에 탑재되는 기총은 크기가 크고 유압에 의해 움직이는 시스템임

기총이 선정되는 과정에서 도출된 결론은 F-16에 탑재된 기총이 가장 우수한 성능을 지니고 있었다는 것임

그래서 이 F-16의 기총을 T-50에 장착하기 위해 기총을 T-50용으로 커스터마이징하고 케일러링 하는 과정을 거침

체계개발에서 본격 개발에 들어갈 때 F-16의 기총을 실제로 보며 설계를 진행하지 못하고

예측해서 개조설계를 동시에 진행하다보니 설계의 난이도가 높아 오랜 시간이 걸렸음

또 한가지의 이유는 처음 기총을 장착하기로 마음 먹은 위치가 조종석의 오른편이었기 때문이었음

왜냐면 F-16의 설계를 따라하는 것이 아닌 우리 항공기 고유의 시그니쳐를 만들고 싶은 욕심이 컸기 때문이었음

그래서 기총의 커스터마이즈를 통해 오른쪽 장착을 위해 노력했으나 기술 성숙도 부족 등의 문제로 어려움이 많았음

결국 여러 노력을 통해 기총의 형상을 수정하고 커스터마이징을 해서 오른편에 장착시킬 수 있는 여건을 만들었으나 다른 문제가 생김

기총을 장착하게 되면 필연적으로 기총의 총구 부분에 불툭 튀어나온 범프가 생김

그런데 이 범프가 왼편이 아닌 오른편에 생성되며 그 동안 진행해 왔던 공력 특성 등에 영향을 주고 주익과 수평미익 수직미익 등에 영향을 미치는

후류의 문제가 심각해지게 됨

기총은 결국 좌우 비대칭을 일으키는 큰 요소임

항공기 무게 중심이 어느 한 쪽에 치우치게 장착될 수 밖에 없기 때문임

또한 빠른 속도로 발사가 되고 그 탄피를 다시 빠르게 회송시켜 최초의 총알이 발사되기 이전에 있던 아머박스로 옮겨야 함

그래서 오른쪽에 기총을 두면 나머지 시스템을 왼편으로 두어 좌우 대칭을 맞추게 됨

그런데 균형을 맞추기 위해 시스템을 이합집산 하게 되면 구조물이 영향을 받게 됨

연료탱크도 동체에 들어가기 때문에 기총을 오른편에 둔다는 것은 굉장히 큰 어려움이었음

이런 문제점들이 나오게 되자 결국 기총의 위치는 다시 왼편에 장착하게 되는 것으로 결론이 남

OML에 영향을 주던 기총 범프도 10cm 이상 있었으나 계속된 최적화로 현재 크기로 확정됨

기존 설계를 진행하며 요구도에 맞는 형상을 만들기 위해 부단히 노력해왔지만

위와 같은 문제가 대두되니 어떻게 형상을 수정해야 할 지 고민이 컸음

형상에 영향을 주는 요소가 발견되면 항공기 특성상 공력에 영향을 주게 되고 내부 배치 또한 달라지게 되므로

형상을 처음부터 다시 만들어야 한다는 의견이 제기 되었으나 최소한의 수정이 될 수 있도록 노력함

형상을 개선하기 위한 목표론 성능개선, 유류량 증가, 중량 절감을 가장 중요하게 고려하게 됨

특히 항공기에게 중량절감은 성능과 비용으로 직결되기 때문에 크게 신경씀

그래서 중량절감을 위해 나온 아이디어 중 하나는 공기 흡입구의 덕트 길이를 줄이는 것이었음

덕트 무게와 지지대 무게, 덕트에서 일어나는 손실을 줄이기 위한 것이었음

이런 것들 외에도 날게 두께를 최적화 시킨느 방안, 캐노피 크기를 줄이기 위한 헤드 클리어런스 고려 등을 했음

특히 캐노피 뒤를 날카롭게 떨어뜨리면 공기역학은 좋아지나 난기류 등을 만났을 때 조종사의 머리가 캐노피에 닿거나 부딪힐 수 있고

시야 확보에 영향을 주기 때문에 국제적인 밀스펙은 지키면서 설계해야 했음

T-50 개발 초기에는 기본형상 설계를 하나의 통합된 팀에서 서로 다른 분야를 서로 다른 이해관계를 가지고 진행했음

특히 정비에 있어서 정비사 한 두명이 바로 정비를 할 수 있는데 중점을 두기도 했는데

이런 부분을 충족시키자면 공역학팀이나 내부구조설계팀의 입장이 매우 다르기 때문에

갈등이 일어나기도 했음

그 때 록히드 마틴의 서로 다른 각각의 다른 분야의 시니어 엔지니어들이 파견되어 컨버전스 팀이라는 이름으로 하나의 팀을 이룸

설계 기준을 초기에 잘못 잡거나 오류를 발견하여 새롭게 바꾸게 되면 많은 곳에 동시다발적인 영향을 줌

그렇기 때문에 초기에 기준 형상을 잘 잡는 것이 중요했음

2개월간 밤을 새며 록히드 마틴 시니어 엔지니어들과 많은 부분을 배우고 같이 수정하며 설계를 진행함

체계 개발의 설계 리스크를 상당히 줄여줄 수 있는 좋은 스타팅 포인트였음

일단 OML을 확정하기 전 많은 연구가 선행 되지만 우선 항공기의 공기역학적 특성을 가지고 항공기 기본 모양을 뽑아내고 규정해야 하는데

전체 항공기에 대한 성능 요구도를 다 보게 됨

날개 크기와 형상, 날개 위치, 수평미익, 수직미익, 캐노피 형상, 랜딩기어를 펼쳤을 때 안전하게 활주로에 접근할 수 있는 능력 등등

조종실 앞 부분의 노즐섹션이 너무 뭉특해도 공간이 제한적이고 너무 뾰족해도 불리해짐

공기흡입구의 위치도 마찬가지임

이 모든 것의 검토가 컨버전스팀을 통해 반복적이고 자동적으로 진행되었음

기총의 장착에서도 문제를 겪었지만 엔진 무게 중심도 문제가 있었음

엔진은 항공기에서 단일 시스템 중 가장 무겁고 가장 공간을 많이 차지하며 가장 고가의 물체임

항공기는 무게도 중요하지만 무게중심도 중요함 항공기의 전체적인 역량에 영향을 주기 때문

전산으로 설계를 진행하는 와중에 엔진 무게 중심에 대한 오류가 뒤늦게 발견됨

전산으로 설계를 하며 CG를 그리는 작업을 같이 진행하고 있었는데 항공기 설계 CG에서 날개의 위치가 잘못 그려져 있었기 때문임

따라서 엔진과 날개의 위치가 잘못 설정되어 무게중심이 14.52인치 정도 전방을 향해 있는 오류가 잇었음

공력중심의 위치와 엔진과 나머지 시스템의 무게중심이 일정한 범위 내에서

상호 연관관계를 가지고 그 안에서 움직여야 하고 그게 정확하다는 전제 하에 다른 시스템들의 위치가 결정됨

처음엔 잘못된 CG에 무게중심을 맞추기 위해 다른 시스템들의 무게 중심을 뒤로 빼란 이야기가 있었는데

오류가 있는 상태에서 비행기를 이륙시키면 이륙하자마자 앞으로 고꾸라지게 됨

이 오류는 항공기 설계 전체를 다 뒤흔들게 될 사안이었음

그래서 결국 날개의 위치가 변경됨

날개의 공력중심과 엔진의 위치를 좁히기 위해 날개 4.3인치 정도 후방으로 위치를 수정함

날개는 상당히 큰 중량의 비행기를 떠받치기 위한 부품이고 최대 8g 까지의 하중을 버텨야 함

그래서 구조적인 안정을 위한 설계들 전부가 날개 위치를 옮김으로써 수정 과정을 거침

우선 날개를 고정시키기 위한 벌크헤드부터 그 사이사이 배열된 모든 프레임들이 모두 이동함

그것을 종방향으로 연결하는 런즈런이라 하는 뼈대도 바뀜

시스템들의 재설계 배관 배선 시스템 장착 위치 등도 변화함

시간이 굉장히 촉박했기 때문에 주말을 반납하고 매일 야근하며 빠른 시간 내에 해냄

그걸 보고 록히드마틴의 TA들도 감탄함

외부형상을 확정하기 위핸 다양한 시험을 거치게 됨

특히 풍동시험이란 것을 많이 함

크게 저속 천음속 고속 영역별로 항공기의 양항력 특성과 비행특성을 예측하기 위한 힘모멘트 특성 흡입구시험 조종안정성 특성을 위한 로터리 밸런스 강제진동시험

그리고 공기력 자체 하중의 작용 예측을 하는 공력하중시험 그리고 무장 등 외부 장착물 분리 특성 예측 스핀특성 예측 소형 풍동시험 동정압보정시험(센서류 측정)

모두 7600시간 정도 시험 수행

당시에 풍동시험장이 국내에 국과연에서 보유하던 저속풍동시험 설비가 유일했음

그 외 다른 영역의 시험은 외국의 풍동시험실을 사용함

천음속 고속 풍동시험을 하기 위해 영국 미국 프랑스 같은 곳에서 옮겨다니며 시험을 수행 했음

풍동시험 중 처음으로 풍송시험을 하다보니 생긴 일로는

풍동시험 업체에서 시험 하게 되는 와중에 풍동시험 중에 시험 형상을 교체를 해야 했음

시험 형상 모델은 앞전플랩의 각도별로 만들어져 있어 시험 중 그 각도별로 시험상황에서 모델 교체가 필요했음

그런데 우리측도 이런 시험을 처음 해보고 풍동시험실을 빌려주는 업체는 다른 나라들은 와서 알아서 하고 가니

모델교체하는 방법을 서로 몰라서 모델 교체에 30분이면 될 일을 4시간 동안 발만 동동 구르며 당황함

풍동 모델을 만들게 되면 엔진 덕트에 엔진을 실제로 넣을 수 없으니 흡입구를 모사하여 제작함

처음 시험 나갔을 때 덕트 뒤의 공기관의 넓이가 적절치 않아서 중간이 막히는 현상이 발생하여 담당자들이 또 안절부절함

풍동시험 모델에서 풍동시험 데이터를 뽑기 위한 원통형 막대 모양의 데이터 측정 센서를 장착하게 됨

그런데 영국에서 풍동시험 도중 풍동시험 설비업체의 과실로 밸런스가 깨져서

데이터 측정 센서에 균열이 생겨 시험을 못하게 되는 사항이 생김

데이터 측정 센서는 풍동시험 설비업체가 제공하는 것인데

업체에서 데이터 측정 센서가 없어 진행 못하겠다 해서 결국 시험을 중단하고 급하게 다른 업체를 수배하여 영국에서 미국까지 건너가 시험을 진행하게 됨

고생을 두 배로 하게 되었음