VTOL (r20210301판)

 

Vertical Take-off and Landing, VTOL
수직 이착륙
垂直離着陸

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[1]

1. 개요
2. 역사
3. 운용방식
3.1. STOVL
4. 해당 기종
5. 관련 문서
6. 창작물 속 VTOL
7. 참고 문서


1. 개요


항공기의 수직 이착륙, 또는 그 능력이 있는 기체를 지칭하는 용어이다. 활주 없이 제자리에서 이륙하고 공중에 정지한 지점에서 바로 착륙할 수 있도록 특수 설계된 고정익기와, 헬리콥터와 고정익기를 절충한 틸트로터기가 해당된다.

헬리콥터도 수직 이착륙을 하므로 이 개념에 속하지만 워낙 당연한 일이기도 하고, 한국에서 VTOL의 인식은 주로 "수직 이착륙이 가능한 고정익 비행기"를 나타내므로 범주에 포함시키지 않는 경우가 많다. V-22 오스프리는 이착륙시에 한하여 가변익이지만 순항 시에는 내내 고정익 상태를 유지하므로 이 분류에 해당한다고 볼 수 있다. 반면에 원어권에서는 엄연히 헬리콥터 같은 회전익기들도 포함하는 단어이다.[2]


2. 역사


꽤 오래전부터 여러 시도가 있었다. 1928년에 니콜라 테슬라가 개념을 제시하기도했다. 2차대전 당시 미군이 온 활주로를 까부수고 다니자 독일군이 여러 시험기를 제작하거나 구상했지만 실용화된 것은 없었고, 본격적인 개발은 대전후 미국과 영국에서 진행되었다. 60년대 쯤에 소련과 독일도 본격적으로 개발에 뛰어들었다.


3. 운용방식


수직이착륙기는 긴 활주로가 필요없기 때문에 부서진 활주로나 선박의 위에서도 이착륙이 가능하다.

본격적으로 개발된 냉전 시기부터 현재까지, 전쟁 중 적의 최우선 타격 목표 중 하나는 활주로가 뻗어있는 공군기지이다. 공군기지 활주로 가운데 폭탄 하나만 떨어져도 최소 몇 시간 단위로 기지의 능력이 사실상 무용지물이 되어 버리고, 고정익기를 전혀 운용할 수 없다는 단점이 있기 때문이다. 이는 지상 전력과 해상 전력 모두 항공기에 크게 의존하게 된 현대전에서 매우 치명적이다. 때문에 유사시 짧은 도로 정도의 공간에서 이륙하여 적을 공격할 수 있는 수직 이착륙기는 아군의 비행장이 무력화 될 경우를 대비해서 방공 작전을 수행하거나 또는 그 시간을 이용해서 전진하는 적의 지상 병력을 공격하기 위한 무기 체계로 개발되었다.[4]

이렇게 개발된 수직이착륙기의 새로운 운용처가 나타난 것은 바로 해군 전력이었다. 기본적으로 고정익 항공기가 함선에서 운용되려면 함선에 깔린 활주로와 특히 강제 착함을 위한 어레스팅 와이어를 필요로 했다. 제트기 시대에 이르러서는 함재기의 무게가 증가하면서 캐터펄트까지 필요로 하게 되자 대형항공모함이 아니면 고정익 항공기 운용이 불가능해지기에 이르렀다. 하지만 해리어와 같은 수직 이착륙기를 운용하면서 어레스팅 와이어나 캐터펄트 없이도 제한된 함선의 공간에서 운용이 가능해졌다. 그리하여 부활한 것이 수직 이착륙기를 운용하는 경항공모함이다. 물론 경항모란 개념과 임무형태는 2차 세계대전 시 이미 존재하긴 했다. 하지만, 수직 이착륙기의 개발은 제트기의 등장으로 초강대국만이 운용가능한 대형 항모와 고정익 항공기를 운용할 수 없어 상륙작전이나 대잠수함전에 국한해서 사용하던 헬리콥터 모함으로 나누어지는 대전 후 항모 양상을 일정부분 바꿔버렸다. 대표적인 것이 바로 해리어를 운용하며 포클랜드 전쟁에서 활약한 인빈시블급.

로켓처럼 동체를 세운 상태로 수직 이착륙을 하는 무인기도 1960년대부터 여러 차례 개발 시도가 된 적이 있다. 다만 이륙이 간단하다 해도 착륙 난이도가 매우 높아서 제대로 만들어진 사례는 없다. 활주로가 필요없고 추력방향의 큰 변환을 요구하지 않으며[5], 동체를 세운 상태로 보관가능하므로 소형 항공모함 개발에 매우 유리할 것으로 보이지만 그외의 단점이 매우 많은 편이라 무인기가 아닌 이상 미래는 그리 밝지 않다.[6][7]

여담으로 초경량 항공기의 경우 맞바람이 엄청나게 불어주면 수직이착륙에 가까운 모습을 보이거나 공중에서 후진하는 것도 가능하다. #


3.1. STOVL


Short Take-Off and Vertical Landing, STOVL / 단거리이륙 및 수직착륙

VTOL의 수직이착륙은 분명 매력이 있지만 엔진의 출력은 한계가 있는 법인데 수직이륙을 할 경우 최대이륙중량은 당연히 엔진 출력보다 작아지게 된다. 즉 수직이륙의 단점은 탑재량이 적다는 것이고 헬리콥터를 제외하면 수직이착륙의 주 활용용도 및 장점이 군용이란 것을 생각하면[8] 이는 큰 단점이다.

때문에 이러한 단점을 보완하는 것이 STOL 기능과 합쳐진 STOVL이다. 비록 단거리라도 일정거리를 활주함으로써 주익의 양력을 더하여 이륙시의 부담을 덜어주므로 수직이륙에 비해 연료 또는 무장을 더 많이 탑재할 수 있다. 따라서 헬리콥터가 아닌 고정익 항공기의 수직 이착륙기는 사실상 대부분 STOVL로 운용하게 된다. 대표적인게 해리어F-35. 틸트로터기인 V-22 또한 이러한 운용이 가능하다.

경항모의 경우 STOVL 운용의 장점을 극대화 시키기 위해 스키점프대를 장착하기도 한다. 항공모함에서 떠나는 순간 상방향으로 경사를 줘서 양력과 추력을 최대한으로 활용할 수 있게 하는 것으로 캐터펄트가 없는 정규항모인 쿠즈네초프급퀸 엘리자베스급도 사용하기는 하나 대부분은 경항모에서 사용한다. 그러나 수직이착륙기를 운용하기는 하지만 항모가 아닌 LHA, LHD에 속하는 타라와급, 와스프급, 아메리카급에서는 이를 설치하지 않는다.[9] 그러나 후안 카를로스 1세급에는 LHD지만 스키점프대가 있다. 단순히 강습 상륙함이나 아니냐보다는 해당 해군의 여건에 따라 장단점을 고려해서 설치하는 거라 보면 된다.[10]


4. 해당 기종


취소선은 실제로 만들어지지 못했거나 정식으로 채택되지 못한 VTOL기들.

  • AV-8 해리어
  • F-35B
  • V-22
  • Yak-38
  • Yak-141
  • X-32[11]
  • LLRV(Lunar Landing Research Vehicle) : 아폴로 계획 당시 NASA에서 만든 달 착륙 모의 시험용 항공기. 지상에서 달 착륙을 시뮬레이션하기 위해 만들어졌다. 아폴로 미션 사령관, 달 착륙선 조종사로 선발된 우주비행사들이 이 항공기를 타고 비행했다. 아폴로 시절 우주인들이 한목소리로 칭송해 마지 않는 훈련장비이자 달 착륙의 일등공신. 총 5대가 제작되었으며 시험 과정 중 3대가 추락으로 파손되었다. 최초로 이를 조종한 테스트 파일럿은 X-15를 조종하여 우주로 인정받는 고도 100km까지 올라갔지만 나이 때문에 NASA 우주비행사에 뽑히지 못했던, 그리고 XB-70F-104 충돌사고로 사망한 조셉 워커였고, 하나는 닐 암스트롱이 날려먹었다. 60m 고도에서 추락 몇초 전에 급히 사출해서 털썩 떨어졌지만 딱히 다친 곳은 없었다고 한다.
  • Do 31 냉전기 독일에서 개발된 수직이착륙 수송기. 가격과 성능 문제로 취소되었다.
  • 포케볼프 트리프플뤼겔
  • 하인켈 레르헤 착륙은 못하니 L을 뺴자
  • Avrocar : 원반형[12] VTOL 실험기. 캐나다의 항공사와 미국 공군이 공동으로 개발했으나 1960년에 미군에 의해 취소되었다.
  • LTV XC-142
  • XFV-12
  • Dassault Mirage IIIV


5. 관련 문서


(한국어 위키백과)수직 이착륙기
(영어 위키백과)VTOL


6. 창작물 속 VTOL


활주로가 있어야지만 이착륙이 가능하다는 것은 창작물에서는 활약하기에 거슬리는 부분이 많으므로 수직이착륙기가 생각보다 꽤 등장하는 편이다. 대부분의 RTS 게임에서는 게임 시스템상 항공기들이 호버링 상태로 머무는 게 가능하도록 하여 VTOL처럼 보이는 경우도 있다.

블레이드 러너에 나오는 스피너는 날개가 없는 자동차의 형상이지만 수직 이착륙과 비행, 호버링이 가능하단 점에서 수직이착륙기에 가까운 특성을 가지고 있다. 실제로 스피너의 아이디어에는 해리어가 큰 영향을 주었다.

신세기 에반게리온에서는 틸트로터의 제트엔진 버전인 틸트제트(Tiltjet)로 비행하는 일본제 전투기인 YAGR-3B라는 가상의 기체로 등장한다. 작중의 UN, NERV, 전략자위대 등에서 널리 운용하는 주력 멀티롤 전투기이자 기체로1화에서부터 사도에게 자주 박살나는 전투용 및 요인운송용 등 다목적으로 널리 쓰이는 듯하다. 사실 화력 자체만 보면 상당히 위력적이지만(몇 초 동안 로켓 포드와 미사일을 쏴대는 것이 폭격에 맞먹을 정도다) 애초에 재래식 병기가 뒷전취급인 세계관이라 비중은 안습(...) 새로 공개된 영상 Another Impact에서는 이제 에바의 포효(...) 한 번에 다섯 대가 순식간에 가루가 되는 안습함을 보여준다.

세인츠 로우: 더 서드에서는 F-69 VTOL이라는 가상의 전투기가 STAG의 공중병기로[13] 등장한다. 위력은 상상을 초월 할 정도. 작 중 최강의 기동성과 화력을 갖추고 있기에 이거 하나 있으면 게임이 쉬워진다. 분기에 따라 최종보스로 등장할 정도(...)

PSYCHO-PASS에서도 틸트로터 형식의 기체를 후생성 공안국에서 사용하는 모습이 등장한다. 1기에 일단 체포당한 마키시마 쇼고를 수송하고, 그 틸트로터를 추락시키고 탈출한 마키시마를 쫓아 따라가는 형사과 1계 사람들이 호쿠리쿠 곡창지대로 타고 가는 기체도 그와 동일한 틸트로터기이다. 모양으로 봐서는 V-22 오스프리에서 디자인을 따온 것 같다.

바이오하자드 6에서 크리스 레드필드피어스 니반스해리어 를 탔다.

마블 시네마틱 유니버스에서는 S.H.I.E.L.D.의 수송기 퀸젯, 헬리캐리어와 필 콜슨의 자동차 롤라, 그리고 국장님의 자동차에 VTOL 기능이 있다고 나온다.아 물론 F-35B형과 AV-8B 어드밴스드 해리어도 어벤저스에 등장한다.[14]

스타크래프트 시리즈수송선의료선은 설정상 틸트제트식의 VTOL이다.

스타크래프트 2테란 전투기 밴시는 한 쌍의 VTOL 터보팬 엔진을 장착했다. 사용 용도가 은폐를 이용한 적 기지 급습이라 소음을 최대한 줄였다고는 하지만, 그래도 여전히 심한 모양. 야전교범에도 조용한 = 고막이 덜 파열되는이라는 해병의 낙서가 적혀 있다.

GTA 산 안드레아스에서 AV-8 해리어를 모델로 한 히드라가 등장한다.[15] 후에 GTA 5 습격 업데이트 때 같은 이름으로 재등장했다. 페가수스로 소환 시 다른 비행기들이 공항 활주로에서만 스폰되는 와중에 히드라 전투기만은 수직 이착륙 기능 덕분에 헬리패드에서 스폰이 되어서 인계받기가 쉽다. 밀수작전 업데이트부터 당연히 격납고에도 집어넣을 수 있다. 오스프리를 모델로 한 어벤져도 있다.

플래닛사이드 2에서 사용 가능한 항공기들은 배경이 30세기즈음의 SF인 만큼 1인승 전투기부터 건쉽, 12인승 수송기 등등까지 전부 수직이착륙, 호버링이 가능한 VTOL이다. 따라서 도그파이트의 경우 실력에 따라 호버링을 활용한 다양한 고급 기동을 펼칠 수 있다. 또한 수직이착륙을 이용해 땅에 착륙해 빠르게 항공기를 수리한 후 다시 바로 전투에 참가할 수도 있다. 자세한 내용은 이곳 참조.

크라이시스 시리즈에도 VTOL 항공기가 등장하며 아군 세력인 미군에서 운용한다. 제식명칭은 MV-24H 벌처와 MV-24B 킹피셔. 무장은 기수에 달린 대구경 개틀링 기관포 하나와 양 날개에 달린 유도 미사일, 수송칸을 개조해서 미니건을 부착한 사양도 있다. 사이즈는 치누크 헬기보다 좀 더 큰 수준이지만 수송능력은 쿼드 틸트제트 버전인 MV-24B 킹피셔 기준으로 50톤 상당의 전차를 달고 고속으로 옮길 수 있을 정도고, 대형 건물을 날려버리는 화력을 지닌 세프 건쉽의 공격을 (최대한 빗맞았다 해도)어느 정도는 버텨줄 정도로 튼튼한 장갑을 갖추고 있는 데다 크라이시스 3에 들어서는 세프 건쉽도 수월하게 격추시킬 정도로 강력한 화력까지 갖춘다. 나노슈트를 입은 프로핏도 이 화력에 오래 노출되면 위험하다 할 정도. 크라이시스 2에서도 어김없이 등장하긴 하나, 직접 조종은 불가, 크라이시스 3에서는 조종이 가능하게 나왔다.

영화 X-MEN 시리즈에 나오는 엑스맨들의 항공기는 설정상 SR-71을 VTOL로 개조한 기체이다.

기동전사 건담 시리즈에서는 대부분 우주전투기들은 VTOL이라 보면 편하다. 특히, 코어 파이터랑 WR모드이 제타플러스. 제타 플러스의 경우는 어깨의 부분이 라디에이터처럼 보이지만, UC OVA7화에 밝혀진 바로는 스러스터다.

걸즈 앤 판처에서는 VTOL을 탑재한 현립 오아라이 여학원에 소속된 레오폰팀VK 45.01(P) 전차가 나온다.

아르마 3에서 각 진영이 VTOL 수송기를 운용한다. CSAT은 Y-32 Xi-an(시안), NATO는 V-44X Blackfish(블랙피쉬).

몬스터 헌터 더블 크로스에 등장하는 제트기가 모티브인 발파루크도 맵을 이동할때 VTOL처럼 제자리에서 날개다리에서 용에너지를 모은 후 분출해서 이동한다.

어떤 마술의 금서목록에서도 21~22권 러시아편에 등장한다. 미사카 미코토미사카 동생 10777호가 조종하는 이걸 타고 카미조 토우마베들레헴의 별에서 구하려고 했지만 실패했다.

임진록 1의 수송기들은 국적을 불문하고 모두 VTOL인데, 이는 수송기가 착륙한 상태에서만 지상병력 탑승이 가능하도록 구현되었기 때문이다.

배틀필드 2142에 등장하는 항공장비는 틸트제트식의 VTOL들이다.

커맨드 앤 컨커 시리즈의 타이베리움 사가에서 GDI진영 유닛으로 등장하는 오르카는 GDI의 지상공격, 폭격, 수송 등 다양한 분야에서 사용되는 다목적 VTOL 시리즈 항공기이다. 해당 유닛이 상단에 설명된 스타크래프트2 밴시의 컨셉과 디자인에 많은 영향을 주었다. 커맨드 앤 컨커 제작진 일부가 블리자드로 전향 후 스타크래프트2도 제작했기 때문이다.

메탈슬러그 시리즈슬러그 플라이어 또한 수직이착륙기이다. 디자인 모티브는 해리어.

아바타에 등장하는 RDA 보안팀이 운용하는 스콜피언 건십 또한 VTOL 기체이다. 판도라 행성과 지구의 중력이 비슷하여 지구에서와 비슷하게 운용이 가능하다고 한다.


7. 참고 문서



[1] 왼쪽 위에서부터 F-35B, AV-8 해리어, V-22, Yak-38[2] "수직 이착륙이 가능한 고정익 비행기"의 의미로는 파워드 리프트(powered lift)라는 단어가 있다.[3] 파일:d02faa0ca4350bc0b8a74cb75ebc8587b69f70d90e88ce322291f1599e792182cdf93e9aba78f3d8be0ba1f421304850d715.png [4] 이 와중에 실험적으로 진행된 것이 비행기를 로켓처럼 쏘는 프로젝트 ZELL[3] 이었으나 실용성의 문제와 수직 이착륙기의 현실화로 프로젝트가 폐기되었다.[5] 애초 이런 형식의 기체가 연구된 가장 큰 이유 중 하나이다. 헬리콥터같이 추력의 일부만 가속에 사용하는 형태가 아닌, 추력을 온전히 가속에 사용하여 고속비행이 가능한 고정익 VTOL기를 구현하기 위해서는 이륙 후 기체축선상에 가깝게 추력방향을 유지할 수 있어야 하는데 일반적인 형태의 VTOL기라면 당연히 수직방향의 추력을 수평방향으로 전환하거나, 아예 수직이륙 전용의 엔진을 탑재하거나 해야하는데 동체를 세우게 되면 별도의 엔진을 탑재하거나 추력을 변환하는 구조를 최소화하거나 없앨 수 있다는 큰 장점이 있다. 지금도 그렇지만 엔진 추력이 제한적이던 초창기 VTOL 연구에서 무게를 크게 줄일 수 있는 이 방법은 크게 매력적이었다.[6] 우선 동체를 세우고 수직 이착륙을 한다면, 동체의 무게중심이 높아지는 반면 추력 중심은 아래쪽에 위치해서 매우 불안정하다. 특히 착륙시 동체 조정이 매우 까다롭다. 이착륙시에 기저면이 좁은 방향이 아래쪽을 향하기 때문에 수평에서는 단면적이 넓은 상태이므로 이착륙시 측풍영향도 더 받게 된다. 또한 이착륙시 조종사의 시선이 하늘을 향해 있으므로 하방시야가 매우 제한되는 것도 착륙시 치명적인 결점이 된다. 수직 방향으로 서 있는 기체는 엔진같은 대형 모듈이 수직으로 서게 되고 그외에 레이더나 항전장비 등의 중요한 모듈이 기수부 높은 위치로 올라가게 되므로 이들을 탈거하거나 정비하는데 까다로워지며 이들을 눕혀서 정비하게 되면 당연히 기체를 세우고 눕히는 별도의 장비를 준비해야 한다. 정비 문제는 둘째치더라도 조종사 탑승 역시 같은 문제를 지니게 되는지라 일반 항공기는 물론이고 다른 VTOL기보다 운용 자체의 유연성이 떨어지게 된다. 이륙 준비할 때마다 자력 이동이 가능한 다른 기체랑 달리 별도의 장비를 사용하여 이륙 위치로 이동시키고, 탑승할 때 U-2나 유인로켓을 준비할 때처럼 보조인력이나 별도 설비가 필요한 등 실용적으로 사용하기엔 해결하기 힘든 문제가 매우 많다. 그리고 현 군용 실용 VTOL운용의 꽃이라 할 수 있는 STOVL 운용에 적합하지 않다는 점도 큰 단점이다. 게다가 이런 단점들이 VTOL의 장점을 그나마 활용가능한 소형 함선에서의 운용에 특히 치명적인 걸림돌인지라 유인 VTOL 기체로서는 미래는 사실상 없는 거나 마찬가지이며 수직발사대에서 미사일과 플래폼을 공유하는 소형 무인기 쪽이 더 실용적이다. 실제로 잠수함 등에서 운용하려는 무인기 연구에 수직발사 형태가 연구되고 있다.[7] 애초에 수직으로 보관 가능하다는 점이 장점이란 것도 소형 항모용 유인기로서는 없는 거나 마찬가진게 현용 최대급 항모인 니미츠급 마저 그냥 일반적으로 격납하는데도 격납고 문제로 C-2나 E-2의 경우처럼 작은 수직 미익을 여럿 배치하거나 S-3나 A-5 같이 전고 7m 가까운 기체는 운용상 문제로 수직미익을 접게 설계하는 판에, 소형항모에다 경량 소형 공격기인 A-4도 12m에 달하는 전장을 가지는 현대 항공기를 수직으로 세워서 격납고에 보관한다는건 소형 항모에 니미츠 격납고(8m)의 최소 두 배 이상 높이를 가지는 격납고를 갖춘다는 말과 같으므로 현실적이지 못하다.[8] 민간이라면 딱히 공항의 활주로 이용이 불가능해 지는 것이 문제가 되는 경우는 드물다. 대체공항으로 가면 되니까.[9] 스키점프대를 설치하면 헬리패드로 사용할 공간을 최소 하나 이상 줄여야 한다. 경항모로서의 성능은 올라가더라도 본연의 임무성능이 내려가는지라 강습상륙함 보유 수도 훨씬 많고 CATOBAR 방식 고정익기를 운용하는 대형항모도 잔뜩 운용해서 이미 항공전력이 타국에 비해 우월한 미국에선 강습상륙함에 STOVL 탑재량 좀 늘려주는 스키점프대는 단점에 비해 그리 큰 메리트를 가지지 않는다고 판단한 셈이다.[10] 어찌됐든 스키점프대를 설치한다는 것은 경항모로서의 능력을 중시한다는 것을 의미하기 때문에 주변국의 반발이 예상된다면 항모로서의 운용을 고려하더라도 경항모로서 정체성을 드러내기 전까진 일부러 설치를 하지 않을 수도 있다.[11] 가격을 줄이기 위해 VTOL기능을 해리어의 것과 같은 기존 기술을 많이 사용하였으나, 오히려 이게 해리어의 단점을 모두 가지고 있는 문제가 발생했기에, 감점을 받아 JSF사업에서 패했다.[12] UFO를 떠올릴때 그 형상 맞다(!)[13] DLC로 플레이어가 세인츠 로우 갱단 도색을 소유할 수 있음.[14] F-35B는 기총이 내장되어있지 않지만 기총을 쏘고, 심지어 기총이 에어인테이크(...)에서 쏘는 듯한 장면으로 이뤄져 있다.[15] 다만 생긴 건 F-35에 가깝다.

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