스텔스 전폭기 F-117 Night Hawk 개발 비사 III: "Have Blue"시제1호기 개발

 

 

 

 

“HAVE BLUE” 시제 1호기 개발

 

미 공군 시스템 사령부(AFSC)가 XST 프로그램 2단계를 후원했기 때문에 프로토콜에 따라 코드명 앞에 "Have"가 붙어 “Have Blue”라는 시제 1호기 이름이 부여되었고 1976년 4월 26일에 개발이 시작되었다. 스컹크 웍스는 두 대의 기술 시범 항공기의 제작 및 비행 시험을 위한 설계 진행 권한을 부여받았다. 스컹크 웍스 사장 벤 리치는 록히드로부터 1,040만 달러를 확보했고, 계약 협상은 두 달 후 완료되었다. 첫 비행은 1년 반 후인 1977년 12월로 예정되었다. “Have Blue”에는 세 가지 목표가 있다.

1. 프로그램 초기에 확인된 네 가지 저 피탐 특성 (레이더, 적외선, 음향 및 시각)을 비행 중에 검증한다.

2. 허용 가능한 성능 및 비행 품질을 입증한다.

3. 비행 중인 항공기의 저 피탐 특성을 정확하게 예측하는 모델링 기능을 입증한다.

 

"Have Blue"의 제작은 밥 머피의 지휘 하에 진행되었으며, 두 항공기의 엔지니어링, 제작 및 조립은 모두 82번 건물(F-104, U-2, A-12의 탄생지)에서 진행되었다. 날개, 전방 동체, 후방 동체, 붐, 스터브 핀 조립 조립 단면들로 구성되는 이 프로젝트에서 단 4 종류의 조립 도구만 사용되었다. 록히드는 라이 캐년 (Rye Canyon) 에 위치한 무반향실에서 소형 Have Blue 모델의 RCS 테스트를 수행했다.

 

1977년 초에, 초저피탐(VLO) 기술 분야에서 획기적인 진전이 이루어졌으며, 정부는 이것이 국가 방위에 지대한 영향을 미칠 것이라는 사실을 깨달았다. 결과적으로 프로그램 보안 등급은 White World 의 최소 보안 기밀 수준에서 Black World 의 TS/SCI 등급으로 급격하게 상승했다.

 

미 공군의 앨튼 슬레이 장군은 래리 맥클레인 중령을 51구역 비행 시험 책임자로 임명했다. 잭 트위그 소령은 시스템 프로그램 책임자(SPO)가 되었는데, 그의 임무는 가능한 한 검증된 기성 장비를 조달하여 비용을 절감하는 것이었다. 이 장비들은 보안을 엄격히 유지하기 위해 비밀스러운 경로로 우회하여 82번 건물로 운반되었다.

록히드에서 블루 01과 블루 02로 명명한 두 대의 해브 블루 시제 1호 항공기들 단좌 아음속 항공기였으며, 각각 2,950파운드(13.12kN) 추력을 가지면서 애프터 버너가 없는 제너럴 일렉트릭 J85-GE-4A 엔진 두 개로 구동되었다. 이 프로그램을 위해 미 해군의 노스 아메리칸 T-2B 버카이 훈련기에서 중고 엔진 여섯 개를 적출하여 가져왔다.

 

“Have Blue”는 길이 14.6m, 높이 2.2m, 폭 6.6m 였다. 개조된 델타익 플랫폼은 72.5도의 후퇴각을 가졌으며, 날개 면적은 386제곱피트였다. 플랩, 속도 브레이크, 고양력 장치는 구조에 통합되지 않았으며, 주로 알루미늄 합금으로 제작되었고, 열이 발생하는 부분에는 강철과 티타늄을 사용했다.

공기역학적 제어는 날개 안쪽에 위치한 에일러론과 약 30도 안쪽으로 기울어진 두 개의 완전 가변익을 통해 이루어졌다. 비행 제어 액추에이터는 F-111에 사용된 것과 동일했다. 조종사는 소형 사이드 스틱 컨트롤러와 일반적인 러더 페달을 사용하여 조종면을 조작할 수 있었다. 외형은 VLO 와 조종성을 고려하여 개발되었으며, 그 결과 정적 안정성이 완화된 항공기가 탄생했다. 비행 영역 전반에 걸쳐 조종 성능을 제공하기 위해 4중 플라이 바이 와이어(FBW) 비행 제어 시스템이 필요했다. 안정성을 향상시킨 FBW 시스템은 리어-자이글러사 (Lear-Seigler) 에서 제작되었으며, 기계적 백업은 없었다.

 

 

스컹크 웍스에서 자유 비행 모델에 대해 수행한 공기역학 시험 과정에서, 큰 리딩 엣지 날개 후퇴각으로 인해 상당한 기수 상승 피치 모멘트가 발생하고, 17도의 받음각(AOA)을 초과하면 실제로 피치 이탈이 발생한다는 것이 확인되었습니다.

 

“Have Blue”  시제 항공기 두 대에서 이러한 사고가 발생하는 것을 방지하기 위해, "기수 하향" 피치 제어는 배기 데크의 trailing edge 를 구성하는 대형 2단계 플랩으로 보강하였다. "플래티퍼스"라고 불리는 이 플랩은 AOA가 13도를 초과할 때마다 자동으로 아래쪽으로 휘어졌다. 조종사가 항공기의 받음각을 줄이면 플래티퍼스 플랩이 자동으로 접혔다. 이러한 플랩 제어를 통해 일반 항공기의 꼬리날개 승강타를 사용하는 정적 안정성 제어인 trim 제어를 대신하였다.

 

외관상으로는 두 “Have Blue” 시제 항공기는 서로 약간씩 달랐다. 시제기 HB1001에는  F-117 의 양산 항공기 전면에 움푹 패인 모습과 달리 대형 비행 시험용 노즈 붐이 설치되었고 아울러 스핀 회복용 슈트가 장착되어 있었는데, 이 슈트는 동체 상단의 외부 상자에 은밀하게 장착되었다. 이 항공기는 조종 성능 검증용으로만 사용되었기 때문에, 이러한 배치의 은밀성 여부는 문제가 되지 않았다. 

 

그러나 HB1002는 RCS 시험기로 지정되었다. 항공기의 총중량은 9,200파운드에서 12,500파운드 사이였고, 무연료 중량은 8,950파운드였으며, 3,500파운드의 연료는 동체와 날개 연료 탱크에 적재되었다. VLO 요구 사항은 고유한 배기 시스템 설계로 이어졌다. 레이더 에너지가 터빈 전면에 침투하여 반사되는 것을 방지하기 위해 테일파이프는 원형 덕트에서 17:1의 평평한 슬롯형 수렴 노즐로 전환되었다. 또한, 바이패스 공기를 테일파이프 위로 통과시켜 후방 동체 구조를 냉각시켜 적외선(IR) 신호를 감소시켰다. 노먼 "켄" 다이슨 소령이 이 프로젝트의 공군 조종사로 선정되었고, 그는 록히드 마틴의 “Have Blue” 수석 시험비행 조종사인 빌 파크와 긴밀히 협력했다.

 

1977년 11월 16일, 분해되어 상자에 담긴 “Have Blue” 시제기는 C-5A 갤럭시 동체에 실려 버뱅크에서 51구역으로 비행했습니다. 시험장에서 항공기는 재조립되었고, 네 번의 저속 및 고속 활주 시험을 마친 후 12월 1일 오전 7시에 비행 허가를 습니다. Bill Park는 Blue-01을 타고 첫 비행을 했다. 강한 맞바람에도 불구하고 이륙 활주로가 길고 상승 속도가 습니다. 이는 항공기의 낮은 양항비와 추력 대 중량비 때문이었다. 추가적인 출력 손실은 흡입 그리드와 엔진 배기가스에서도 발생했다. 착륙장치는 접힘문제를 방지하기 위해 펼쳐진 상태로 유지되었고 비행은 만족스럽게 완료되었다.

 

1978년 5월 4일까지 Bill Park는 HB1001에서 24회의 비행을 성공적으로 완료했고, 다이슨은 12회의 비행을 달성했다. 비행 시험 프로그램 내내 항공기는 좋은 성능을 보였지만, 그날은 문제가 발생했다. Park가 약 113노트로 활주로 경계를 통과하며 초당 약 1피트(약 30cm)의 속도로 하강하던 중, 플래티푸스기가 받음각(AOA: Angle of Attack)를 줄이기 위해 팽팽하게 뻗었습니다. 활주로에서 불과 90~120cm(3~4피트) 정도 떨어진 지점에서 항공기는 아래로 기울어졌습니다. Park는 기수를 올리는 데 성공했지만, 항공기는 활주로에 강하게 충돌했고, 우현 주 랜딩기어가 먼저 꽂혔다. 두 주 랜딩기어가 모두 갑판에 있는 상황에서 비행 제어 시스템 로직은 설계된 대로 작동하여 플래티푸스를 빠르게 접었다. 그러나 이로 인해 항공기는 AOA가 높게 기울어졌다. Park는 조종력을 되찾고 출력을 높이며 "돌아가고 있다"고 외치며 본능적으로 착륙 장치를 접었다. 하지만 안타깝게도 활주로 충돌 시 우현 착륙장치 다리가 구부러져 이후 착륙 재 접근 시 랜딩기어 박스로부터 뻗어 나오지 못했다. 따라서 Park는 ejection seat로 10,000 피트(약 3,100m)까지 상승하여 탈출하라는 지시를 받았다. 그러나 상승 중 연료 부족으로 엔진이 꺼지면서 Park은 예정보다 일찍 탈출했다. 안타깝게도 그는 항공기에서 탈출하는 도중 부상을 입었고, 사막 바닥에 부딪혔을 때 의식을 잃었다. 구급대원에 의해 신속하게 구조되어 병원으로 이송되어 완전히 회복은 되었다. 뇌진탕을 입게 되면서 시험 비행사 Park의 비행 시험은 시제기 손실과 함께 이로 안타깝게도 막을 내렸다.

 

이 네 장의 사진은 1978년 5월 4일 HB1001의 추락을 묘사하고 있다. 51구역의 장거리 추적 영상에서 가져온 프레임으로, 랜디스가 기어를 내려 펼친 채 수평 비행 중인 항공기, 빌 파크가 탈출하는 모습, 그리고 비행 범위를 완전히 벗어나 통제 불능 상태로 땅으로 떨어지는 모습을 보여준다. (토니 랜디스 제공, 록히드 마틴)

 

블루-02는 1978년 7월 20일 공군 조종사 다이슨이 조종하는 가운데 첫 비행을 실시했다. 이후 세 번의 추가 비행이 이루어졌으며, 비행 제어 시스템, 유압 장치, 엔진, 데이터 수집 시스템 등이 완전히 점검되었다. 1978년 8월 9일, 최초의 공중 RCS 측정이 수행되었다. 1979년 6월 29일까지 다이슨은 HB1002를 운용 가능한 모든 레이더 시스템에 맞춰 비행했으며, 가능한 모든 각도에서 측정을 수행했다. 7월 11일, 다이슨은 F-15 이글에 맞춰 비행하여 레이더가 이상하게 생긴 기체에 어떻게 반응하는지 관찰했습니다. 지정된 회전 지점 직전, 다이슨은 유압 시스템 중 하나가 아래쪽으로 진동하기 시작하는 것을 발견하고 비행을 중단하고 홈플레이트(51구역)로 복귀하기로 결정했다.

 

그는 시험 통제팀에 문제를 알리던 중 화재 경고등이 켜졌다. 동력을 다시 끌어내린 후 엔진을 껐다. 상황이 진정되는 듯했다. 항공기는 20,000피트에서 25,000피트 사이에서 올바른 방향으로 비행하고 단발 엔진 작동에 적합한 속도로 구성되었다. 그런데 나머지 시스템의 유압이 약해지기 시작했다. 다이슨은 나머지 시스템의 유압을 잃었다. 항공기는 갑자기 약 -7G의 속도로 격렬하게 하강했다. 다이슨에 따르면, "그런 다음 눈물이 날 정도로 빠르게 상승했는데, 이는 불안정한 기계에서만 가능한 일이었다." 항공기는 약 225노트의 속도로 20,000피트 이상에서 비행하며 위아래로 요동쳤습니다. 한순간에는 거의 수직으로 기수를 내리고, 다음 순간에는 거의 수직으로 기수를 올렸습니다. 다이슨은 탈출했고, 낙하산 아래에서 항공기가 지면에 충돌하여 불덩어리로 변하는 것을 지켜보았다.

 

결국 추락 원인은 연료 파이프 고장으로 인해 엔진실 화재가 발생한 것으로 밝혀졌다. 유압 누출은 화재와는 별개의 문제였던 것으로 보였다. 다행히도 이 프로그램은 계획된 완료까지 2~3회 출격이 남았고, 1979년 12월에 공식적으로 종료되었다. 모든 시험 목표를 달성한 Have Blue 프로그램은 놀라운 성공을 거두었다. 다음 과제는 시연된 기술을 어떻게 작전용 무기 플랫폼에 통합할 수 있는지 확인하는 것이었다.

XST 프로그램 1단계에서 록히드에 패배했음에도 불구하고, DARPA는 노스롭 팀에게 함께 일할 것을 촉구했고, 곧이어 실험용 전쟁터 감시 항공기(BSAX) 연구를 시작했다. 이것은 태싯 블루 프로그램으로 이어졌다. 매우 성공적인 비행 시범 프로그램으로, 이후 B-2 SPIRIT 폭격기 프로그램에 중요한 데이터를 제공했습니다. YF-117D로도 알려진 태싯 블루는 특이한 외관 때문에 "고래"라는 별명을 얻었다. (노스롭, 토니 랜디스 제공)

 

 

 

 

 

 

 

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