美서 개발중 '극초음속 무인 항공기 HTV-3X'

HTV-3X는 미국 국방부 산하 고등연구계획국(DARPA)이 차세대 극초음속 항공기 개발을 위한 팔콘(Falcon) 프로젝트의 일환으로 개발 중인 극초음속 무인 전투기다. ‘블랙 스위프트(Black swift)’라고도 불리는 이 전투기와 관련해 DARPA는 그 어떤 언급도 하지 않은 채 침묵을 지키고 있다. 하지만 이 전투기에는 기존 터빈형 제트 엔진과 최첨단 스크램제트 엔진을 통합한 신개념의 ‘터빈-스크램제트 복합 사이클 엔진’이 장착될 것으로 알려졌다. 극초음속을 구현하는 스크램제트 엔진만으로는 기체의 속도가 너무 빨라 원활한 이착륙 능력을 확보하는 데 어려움이 있기 때문이다. 이에 따라 HTV-3X는 이착륙할 때에는 2개의 터빈 엔진, 비행할 때에는 스크램제트 엔진을 병행 사용하게 될 것으로 보인다. 이륙 후 속도가 마하 2를 넘어서면 터빈 엔진의 공기흡입구가 닫히고 스크램제트 엔진의 공기흡입구가 열리면서 스크램제트 엔진이 가동되는 방식이다. 반대로 착륙할 때에는 속도를 아음속으로 낮춘 뒤 스크램제트 엔진이 터빈 엔진으로 바통을 넘긴다. 전문가들에 따르면 현재 미국의 유명 항공기 엔진 제조업체인 프랫앤휘트니(P&W)사의 자회사인 프랫앤휘트니로켓다인(PWR)사가 이미 이 엔진의 개발에 착수한 상태다. 하지만 극초음속 항공기의 탄생은 스크램제트 엔진만 있으면 되는 것이 아니다. 이 정도의 속도를 견뎌낼 수 있는 고강도의 동체가 반드시 필요하다. 특히 내열성은 동체 설계의 핵심. 마하 5 이상의 극초음속에서는 약 1,650도에 달하는 마찰열이 발생해 동체가 녹아내릴 수도 있기 때문이다. 이에 따라 DARPA는 내구성ㆍ내화성ㆍ공기역학성을 모두 만족시킬 수 있는 최적의 디자인으로 HTV-3X 프로토타입 모델을 설계하고 있다. [1]얇고 날카로운 모서리 HTV-3X는 유선형 외관에 더해 기수를 비롯한 동체의 모든 모서리 부분이 칼날처럼 얇고 날카롭게 디자인될 전망이다. 스크램제트 엔진의 성능을 극대화할 최고의 극초음속 공기역학 효율을 얻기 위해서다. 하지만 날카로움의 정도가 지나칠 경우 열을 신속히 발산하지 못한다는 단점도 있다. [2]연료 냉각 연료의 냉각은 극초음속 제트기의 과열을 막는 가장 좋은 방법의 하나다. 이를 위해 DARPA의 엔지니어들은 연료를 엔진이나 기체를 따라 한번 순환시킨 뒤 연소실로 공급하는 방법을 연구 중이다. [3]세라믹 복합재료 보강재 HTV-3X 동체의 주요 재료는 강도와 내구성이 강하고 생산도 손쉬운 금속합금이다. 하지만 금속합금은 1,650도에 달하는 극초음속 마찰열에는 매우 취약하다는 게 한계. 이에 따라 열이 가장 많이 발생하는 부위에는 탁월한 내열성을 자랑하는 세라믹 복합재료가 보강재로 사용된다.