[논문 리뷰] Avrocar: a real flying saucer

Desire Francine Gobato Fedrigo, Ricardo Gobato외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 07. 24.

Mechanical Engineering and Vibrations Research인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 캐나다의 아브로 캐나다에서 개발하고 후에 미국 공군이 자금을 지원한 냉전 시대의 플라잉 서클러 프로젝트인 아브로 VZ-9 아브로카르를 분석한다. 이 항공기는 경계층 제어 시스템을 통해 터보팬 엔진을 이용해 이륙력을 생성하였다. 초음속 비행이나 안정적인 수직 이착륙(VTOL) 제어를 달성하지 못했음에도 불구하고, 이 프로그램은 향후 F-35 라이트닝 II로 이어진 락히드 X-35 공동 공격기 및 C-17 운반기와 같은 STOL 항공기 개발에 직접적인 영향을 미친 리프트 팬 기술의 개념을 선도하였다.

ABSTRACT

One of the most unusual military aircraft programs V / STOL was the Avro VZ-9 "Avrocar". Designed to be a real flying saucer, the Avrocar was one of the few V / STOL to be developed in complete secrecy. Despite significant changes in the design, during flight tests, the Avrocar was unable to achieve its objectives, and the program was eventually canceled after an expenditure of 10 million US dollars between 1954 and 1961. But the concept of a lift fan, driven by a turbojet engine is not dead, and lives today as a key component of Lockheed X-35 Joint Strike Fighter contender. Was held in a data research and information related to Avrocar project carried out during the Second World War, which was directly linked to advances in aircraft that were built after it, and correlate them with the turbo fan engines used today.

연구 동기 및 목표

• 1950년대에 설계된 원형 날개를 가진 수직 이착륙(VTOL) 항공기인 아브로 VZ-9 아브로카르의 기술적 및 역사적 발전을 조사한다.
• 다수의 투자와 첨단 기체 공학 개념을 바탕으로 하였음에도 불구하고 아브로카르 프로그램이 실패한 이유를 분석한다.
• 아브로카르의 리프트 팬 및 경계층 제어 시스템이 현대 군용 항공기 개발에 미친 기술적 유산을 추적한다.
• 아브로카르가 뒤이어 개발된 X-35 공동 공격기 및 C-17 글로브마스터 III 프로그램에 미친 영향을 평가한다.
• 실패한 항공기라는 점을 넘어 아브로카르의 역사적 의의를 재평가하며, 수직 이착륙 및 STOL 기술 발전에서의 기여를 강조한다.

제안 방법

• 도서관 및 연구 기관에서 공개된 디지털 아카이브 자료를 포함한 역사적 문서, 책, 공개 자료를 활용한 정성적 서술적 연구를 수행하였다.
• 아브로 캐나다 및 미국 공군의 풍동 시험 자료와 비행 시험 보고서를 분석하여 기체 공학 성능을 평가하였다.
• 기본 프로젝트 606A에서 VZ-9로의 설계 변화를 추적하였으며, 추진력 및 제어 시스템의 변화를 포함하였다.
• 벨 항공우주사의 ACLS(공기 마찰식 착륙 시스템) 및 락히드 X-35 등 후속 프로그램으로 이어진 아브로카르 기술의 이행 과정을 분석하였다.
• 데스몬드 T. 콘데 및 피터 카푸스와 같은 핵심 인력이 아브로카르 이후 팬 기반 수직 이착륙 개념을 발전시킨 역할을 평가하였다.
• 아브로카르의 터보팬 추진 시스템을 현대 5세대 전투기 및 STOL 운반기에서 사용되는 터보팬 엔진과 연계하여 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 아브로카르가 초음속 비행과 안정적인 수직 이착륙 제어를 달성하지 못한 핵심 기체 공학적 및 추진 시스템 과제는 무엇이었는가?
• RQ2 터보팬 엔진을 이용한 경계층 제어 시스템이 아브로카르에서 유래된 기술이 후속 수직 이착륙 항공기 설계에 어떤 영향을 미쳤는가?
• RQ3 아브로카르의 기술적 유산이 락히드 X-35 공동 공격기 및 보잉 C-17 글로브마스터 III 개발에 어떤 영향을 미쳤는가?
• RQ4 혁신적인 설계와 다수의 자금 투자에도 불구하고 아브로카르 프로그램이 취소된 이유는 무엇이며, 어떤 교훈을 얻었는가?
• RQ5 아브로카르는 군용 항공기에서 리프트 팬 및 공기 마찰 시스템 기술 발전에 어떤 방식으로 기여했는가?

주요 결과

• 비행 시험 중 아브로카르는 최고 속도 225노트(약 259mph)를 기록하였지만, 초음속 비행을 유지하거나 안정적인 수직 이륙 성능을 확보하지 못하였다.
• 항공기는 1,000kg의 페이로드를 지닌 상태에서 최대 130마일의 범위를 비행할 수 있었으며, 지상 효과 내에서 최대 2,428kg의 페이로드를 수용할 수 있었다.
• 비행 시험 결과 방향 제어 비대칭성이 심각하게 드러났으며, 좌측 90도 회전에 5초, 우측 90도 회전에 11초가 소요되어 심각한 안정성 문제를 보였다.
• 아브로카르의 두 번째 프로토타입은 1961년 12월 프로그램이 취소되기 전 약 75시간의 비행 시간을 누적하였다.
• 실패한 항공기임에도 불구하고, 아브로카르의 터보팬 리프트 시스템은 후속 락히드 X-35 공동 공격기 개발에 직접적인 영향을 미쳤으며, 이는 후에 F-35 라이트닝 II로 이어졌다.
• 팬으로 구동되는 리프트를 통한 경계층 제어 개념은 벨 항공우주사에 의해 ACLS(공기 마찰식 착륙 시스템)로 발전되었으며, C-115 버펄로 및 C-119 항공기에서 시험되었지만, 생산에 도입되지 않았다.