중국 항공 관련 이야기
중국 항공 관련 이야기입니다.
J-20 (殲撃-20) 은 중국이 올해 7월부터 초도 저율 생산에 들어간 중국의 실전 배치될 첫번째 스텔스 전투기 입니다.
개발 당시 시제기들에는 러시아제 Al-31F-M1 엔진과 중국제 WS-10A (涡扇-10A, 워샨-10A) 엔진을 장비해 체계 개발 및 시험 평가를 했고, 양산기에는 국산 WS-15 엔진을 탑재할 계획이었습니다.
WS-15 엔진은 심양 발동기 연구소 (606 연구소) 와 시안 항공 발동기 공사가 개발하고 있는 엔진으로, 1990년대에 개발을 시작해 2015년에는 지상 시험에 성공했지만 폭발 사고도 일으킵니다.
이 터보팬 엔진은 최대 추력 180 kN (40,500 lbf) 을 목표로 개발중인데, J-20B 가 양산에 들어간 현재까지도 성능이 목표에 도달하지 못 해 양산이 보류되고 있어, 양산기들은 러시아에서 수입한 AL31F-M2 (최대 추력 142kN, 31,900lbf) 엔진을 장비해 생산되는 실정입니다.
J-20 과 곧 잘 비교되는 미 공군 F-22A 전투기는 상하로 20도 가변되는 추력 편향 노즐이 달린 F119-PW-100 엔진 2기를 장비하고 있습니다.
플랫 앤 휘트니사가 만든 이 엔진은 애프터 버너 가동시 최대 추력 35,000lb (145kN) 의 엔진으로 애프터 버너를 사용하지 않아도 초음속 순항 비행이 ("슈퍼 크루즈" 라고 부릅니다, 최대 마하 1.58) 가능합니다.
J-20은 F-22A 보다 대형 전투기입니다.
현재 J-20 전투기는 자중 17,000kg, 최대 이륙 중량 36,300kg 인데 엔진 2기의 애프터 버너 가동시 추력은 26,700kg 으로 슈퍼 크루즈 따위는 꿈도 못 꿉니다.
※ 연료와 임무 무장을 장비한 36톤 무게의 비행기를 애프터 버너 가동시 26.7톤 추력이 나오는 엔진으로 비행 시킨다는 이야기입니다. 애프터 버너 가동시가 아닌 최대 추력시에는 (Mil power) 엔진 둘을 합쳐 17.5톤 정도의 추력입니다. (WS-10A 기준)
미 공군의 F-22A 는 최대 이륙 중량 26,309kg 으로 2기의 F-119 엔진이 애프터 버너를 가동시키면 156kN (70,000lbf) 의 추력을 발휘합니다. (26톤짜리 비행기를 31.5톤의 추력으로 비행 시킨다는 이야기입니다)
전술했듯이 F-22A 는 애프터 버너를 사용하지 않고도 초음속으로 순항 비행하는 슈퍼 크루즈가 가능하고, 추력 편향 노즐을 장비해 고기동 비행에도 여러 잇점을 갖고 있습니다
한때 4,000기가 넘던 중국 인민 해방군의 작전기는 현재 그 반수인 2,000여기까지 줄었습니다.
물론 중국 경제의 발전 덕분에 시대에 뒤떨어진 노후기들을 퇴역시키고, 신형기들로 대체하다 보니 과거 중공군과는 확연히 달라진 모습을 보여주고 있습니다.
중국이 전술기 현대화를 시작한 것은 1990년 부터로 러시아 콤스몰스크나아무레 공장에서 생산한 Su-27SK 와 Su-27UBK 플랭커를 세차례에 걸쳐 도입하는 것으로 시작됩니다.
러시아제 직도입 플랭커들의 배치 후 1995년 12월, 중국은 러시아와 Su-27SK 를 러시아에서 엔진 등 핵심 부품들을 완제품 으로 수입해 러시아 기술자들의 기술 지도를 받으며 200기를 생산하기로 계약하고, 당시 J-8 전투기의 실패로 상황이 좋지 않던 심양 항공 공사에 (현 COMAC) 맡겨 녹다운 생산을 하게 됩니다.
※ 우리나라 KF-5 E/F 와 KF-16 C/D 와 같은 방식으로 생산 됐습니다.
심양 항공 공사 공장에서 녹다운 생산된 Su-27SK 는 J-11 (殲撃-11) 로 명명돼 1999년부터 부대 배치에 들어갑니다.
녹다운 생산용 외에 기존 Su-27 수입 기체들에 대한 업그레이드를 위해 러시아 률카사로부터 Al-31F 엔진도 추가로 수입됩니다.
J-11 전투기를 녹다운 생산하며 신기술을 접하고, 기술 지도를 받은 "중국 항공 산업계"는 (심양 항공 공사가 아닙니다) 2004년 96기의 J-11 을 생산 완료한 시점에서 돌연 계약 파기를 합니다.
※ 초기 녹다운 생산분 60기를 J-11, 후기 녹다운 생산분은 소폭 개량되어 J-11A 로 부릅니다.
중국은 최신 전투기의 녹다운 생산과 기술 지도를 받으며 중국 인력들이 엄청난 양의 노하우를 습득했고, 구소련 붕괴 후 각자 도생의 길에서 경제적 어려움을 겪던 여러 곳으로부터 관련 기술들과 부품, 설계도 등을 입수하게 됩니다.
이 점들이 중국이 녹다운 생산 계약을 파기하게된 이유이기도 합니다.
기술도 익혔고, 부품도 들여왔고, 친절한 러시아 친구들의 지도 아래 생산 라인까지 갖추었으니 이참에 우리끼리 만들어 보려 한겁니다.
러시아에서 Su-27SK / UBK 직도입기 유지 보수 핑계로 사온 Al-31F 엔진을 탑재한 중국 국산 전투기 J-11B 의 시제기가 2002년 깜짝 등장합니다. 이 전투기는 신기하게도 Su-27SK 와 비슷하게 생겼습니다.
러시아는 경악했고, 이 지적 재산권 침해 문제는 현재까지도 양국 사이에 앙금으로 남아 있습니다.
※ 원판이 단좌기인 Su-27SK 이기에 J-11 계열기들은 모두 단좌기입니다.
※※ J-11 로부터 J-15, J-16 등의 파생 개량형들이 나오지만 이 기종들도 모두 사연이 깁니다.
국산 전투기이니 국산 엔진이 빠지면 안 됩니다.
중국은 1956년 J-5 (MiG-17 의 라이센스 생산형) 을 만들며 클리모프 VK-1 터보 제트 엔진도 심양 리밍 엔진 제작소에서 라이센스 생산하는 것을 시작으로 J-6 (MiG-19S 의 라이센스 생산형), J-7 (MiG-21F-13 의 라이센스 생산형) 등의 전투기들을 제작하며 러시아제 엔진들을 리이센스 생산해 온 인프라가 있었습니다.
그래서 J-11B 전투기에 러시아제 엔진 대신 국산 WS-10 터보 팬 엔진을 장비하기로 합니다...
※ WS-10 엔진은 AL-31F 엔진을 리버스 엔지니어링해 (쉽게 말해 분해해보고 역설계한) 만든 엔진이라고 알려져 있지만, 실상은 다릅니다.
WS-10 터보 팬 엔진은 1985년부터 심양 항공 엔진 연구소와 (606 연구소) 중국 항공 공업 집단 공사가 합동으로 미국제 터보팬 엔진을 기반으로 개발 중이던 엔진이었습니다. 다른 중국 국산 항공기 엔진들이 그렇듯 WS-10 의 개발은 난항을 겪고 있었는데 90년대초 구소련 붕괴와 서방측 기업 등의 기술 지원 등을 통해 여러 난재들을 해결하고 마침내 1993년 완성됩니다.
중국 인민 해방군은 WS-10 엔진을 H-6 폭격기에 장비해 테스트해 보는데 성능 부적격으로 채택 되지 못 합니다.
다른 중국 실패작 엔진들처럼 잊혀지나 싶던 WS-10 은 1990년대 후반 입수된 Al-31F 엔진을 참고로 개량해서 WS-10A 엔진을 2001년 완성합니다.
※ 결론적으로 WS-10 터보팬 엔진은 1970년대 미국이 만든 상업용 터보 팬 엔진을 베이스로 1970년대 러시아 엔진을 참고해 만들어진 엔진입니다,
엔진은 바로 J-11 전투기에 장비해 평가 시험을 받습니다.
지상 시험에서는 드러나지 않던 문제들이 나타납니다. 가장 큰 문제는 미국제 상업 엔진을 베껴 만든 추력 제어 부분이었습니다. 5년여의 운용 시험과 수정을 거쳐 2005년 정식 양산을 결정하기 위한 장기 운용성 시험을 시작해 2005년 12월 28일 정식 생산 허가를 받고 다음해부터 J-11B 에 탑재하기로 계획됩니다.
하지만 2006년 3월 국산 WS-10A 엔진을 처음 장비하고 생산된 J-11B 는 터빈 블레이드가 망가지는 등 여러 트러블이 속출하고 성능도 Al-31F 만큼 나오지 않는 등의 문제가 겹쳐 2009년까지 공장에서 양산되는 기체들은 여전히 러시아제 Al-31F 엔진을 장비해 양산됐습니다. 성능 문제를 거의 해결해가던 2009년, 이번에는 생산된 엔진의 불량이 나오는 경우가 많이 발생 하는 품질 관리 문제가 발생합니다.
※ WS-10A 의 본질적인 문제는 알려진 것만 추력 미달, 추력 증가 속도 저하, 짧은 수명 등입니다.
겨우겨우 WS-10A 엔진이 생산 품질 문제를 개선해 제대로 양산하기 시작한 것은 2015년부터였고, 현재 중국 대형 전투기들에 장비되고 있습니다. 고출력 터보 팬 중에 그나마 완성된게 WS-10A 밖에 없으니 선택의 여지도 없습니다.
※ 문제 해결에는 우크라이나 등의 도움을 받았습니다.
중국의 WS-10A 터보 팬 엔진은 현재 J-10C, J-11B, J-11BG, J-15 (시제기 일부), J-16, J-20B 전투기 등에 장비돼 양산 중입니다. 앞으로 5년간 2,700여개의 WS-10A 엔진을 더 생산할 예정이기도 합니다.
WS-10A 는 엔진 개발부터 재대로 양산하기까지 햇수로 21년 걸렸습니다.
애프터 버너시 최대 추력이 29,700lbf 급으로 J-10C ~ J-20B 까지 최대 추력은 26,730kg 입니다. (Mil power 19,416lbf) 추력대 무게비도 7.5:1 로 딱 1970년대 터보 팬 엔진 수준입니다.
J-20 용으로 개발중인 WS-15 엔진은 다른 나라 5세대 전투기인 F-22, F-35, Su-57에 탑재되는 엔진들과 동등 이상의 성능을 가진 우수한 엔진이하고 합니다.
WS-15 엔진은 원래 올해 양산에 들어간 J-20B 에 장비될 예정이었지만 중국 강철 연구 총원 (CISRI) 관련사가 증권 거래소에 제출한 자료에 따르면,
"신형 국산 엔진인 WS-15 는 향후 6년간 매년 5기씩 생산될 예정"이라고 합니다.
즉 J-20 이 설계대로의 능력을 발휘할 수 있는 것은 최소한 6년 후라는 이야기입니다.
※엔진 문제는 전투기들뿐만 아니라 신형 수송기인 Y-20 에서도 골치거리가 되고 있습니다.
※※ 사실 중국의 항공기 엔진 개발은 순탄하게 진행된 경우가 없습니다.
1965년부터 개발하다가 19년만에 포기한 추력 27,000 파운드급 엔진인 WS-6, 2000년부터 JF-17용으로 개발하다 날아가버린 WS-13, J-7 III 전투기와 함께 실패작이 되어버린 WP-13, 흑역사급 취급을 받는 J-8 II / III 전투기의 의 WP-13A 와 WP-14 등이 있습니다.