TECHNICAL PAPERS

Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers. 31 August 2024. 93-101
https://doi.org/10.6108/KSPE.2024.28.4.093

ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 장입유도탄에서 추진기관의 역활

  •   2.1 순항 추진력만 공급

  •   2.2 초기 추진력만 제공되는 경우

  •   2.3 초기 추진력과 순항추진력을 동시 공급

  •   2.4 초기 추진력과 순항추진력을 순차 제공

  •   2.5 부가/초기 추진력과 순항추진력 순차 공급

  •   2.6 장입유도탄에서의 추진기관 역할 변화

  • 3. 결 론

1. 서 론

유도탄 시대는 2차대전부터 시작되었다. 독일이 개발하여 사용한 V-1을 당시에는 ‘날으는 폭탄(Flying Bomb)’이라고도 불리웠다. 지금의 시각으로 보면 이는 새로운 “유도탄 시대‘를 알리는 유도탄 시초이며, 순항유도탄 시대의 개막을 의미한다. 이어서 개발된 독일의 V-2는 최초의 탄도탄이다. 유도탄의 효용성에 대한 분석은 이미 2차대전 진행 중에 수행되었으며, 2차대전 종료 시점에 연합국들은 이들 유도탄에 대한 각종 자료, 설비 및 연구원을 망라한 대부분의 자원을 확보하기 위하여 경쟁하기도 하였다.

이후 현재까지 많은 나라에서 다양한 순항유도탄과 탄도탄이 개발되어 왔다. 이처럼 유도탄 개발이 진행되는 과정에서, 추진기관은 어떤 역할을 해왔는지 살펴보는 것도 의미가 있다.

2. 장입유도탄에서 추진기관의 역활

유도탄(Guided Missile)이라는 용어는 종종 유도무기(Guided Weapon)과 혼용되어 사용되기도 한다. ’탄두가 표적을 명중하도록 유도하는 장치를 갖춘 무기‘를 유도무기로 칭하기도 한다[1]. 유도폭탄(Guided Bomb), 무인기(RPV), 유도어뢰(Homing Torpedo) 등도 유도무기에는 포함되지만 유도탄으로 분류되지는 않는다. 유도탄은 ’자체 추진력으로 표적으로 유도되어 타격할 수 있는 비행체‘로 표현할 수 있다. 이 표현에서 알 수 있는 것은 유도탄은 ① 추진력을 제공하는 추진기관, ② 표적까지 유도할 수 있는 유도장치, ③ 표적을 타격할 수 있는 탄두, 그리고 ④ 비행체와 같은 4가지 구성 될 수 있다[2].

유도탄의 주요 요소의 하나인 추진기관의 역할은 3 가지 기능을 통하여 5 가지로 구분할 수 있다. 추진기관의 3가지 기능에는 초기 추진력, 순항 추진력 및 부가 추진력으로 구분할 수 있다. 이들 3가지 기능을 조합하면, 다음과 같이 5 가지 형태로 추진기관의 역할을 분류할 수 있다.

1) 순항 추진력만 공급

2) 초기 추진력만 공급

3) 초기 추진력과 순항추진력을 동시 공급

4) 초기 추진력과 순항추진력을 순차 제공

5) 부가 및 초기 추진력은 동시 공급하고, 순항추진력은 순차 공급

장입탄은 유도탄이 캡슐이나 발사관에 장입된 상태를 의미하며, 이들 캡슐이나 발사관은 외부 환경으로부터 유도탄을 보호하는 역할도 하지만 부가적인 에너지를 공급하는 역할을 하기도 한다.

다섯 가지로 구분된 추진기관의 역할은 해당하는 유도탄 사례를 제시하고, 그 의미를 살펴보았다.

2.1 순항 추진력만 공급

V-1은 최초의 유도탄이자 최초의 순항유탄이다. V-1을 비롯하여, JB-2 (Loon)과 같은 초기의 유도탄의 경우에는 유도탄 추진기관은 순항 추진력만 공급한다. 또한 아음속으로 비행하는 공중발사 순항유도탄(ALCM)들도 유도탄에는 순항을 위한 추진기관만 장착되어 있다.

Fig. 1에는 최초의 유도탄인 V-1의 외형과 운용 개념이 제시되어 있다[2,3,4,5,6]. Fig. 1의 좌측을 보면, V-1이 발사를 위하여 저장고에서 발사대로 이동되어 비행체형상이 만들어 짐을 알 수 있다. 이동 중에는 날개가 접혀있다가, 고정식 발사레일에 설치되면서 Fig. 1의 하단부에 제시된 날개가 전개된 비행체 형상을 갖추게 된다. 하단에 있는 V-1 외형을 보면, 마치 비행기처럼 생겼음을 알 수 있다.

Fig. 1의 중앙에는 비행시 형상이 제시되어 있으며, 발사, 순항 및 종말의 3단계로 구분되어 있다.

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Fig. 1

V-1 missile configuration and operating concept[2,3,4].

그림에서 보여진 발사단계에 필요한 에너지는 발사레일쪽 설치된 사출기(Catapult)를 통해 공급되며, 순항비행단계에서는 Pulse-Jet 엔진을 통하여 순항비행 추진력을 제공받는다.

V-1을 역설계하여 개발한 것으로 알려진, 미국의 JB-2, Loon의 경우에도 이와 비슷한 개념으로 운용되었음을 Fig. 2에서 볼 수 있다[5,6,7]. JB-2의 경우에는 잠수함에서 발사된다. 잠수함이 수중에 있을때는 JB-2는 갑판위에 있는 저장고에 보관한다. 발사를 위하여 잠수함은 수면으로 부상하고, 저장고에서 꺼내진 JB-2는 잠수함 갑판에 있는 발사대에 설치되어 발사된다. JB-2 발사를 위해 수면 부상 및 설치/발사에 이르는 시간동안 잠수함은 매우 위험하기는 하지만 유도탄 발사까지 수면에 노출되는 것을 감수하였다.

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Fig. 2

JB-2 missile launch scene[5,6,7].

이들 초창기 순항유도탄들은 초기 추진력을 제공하기 위한 추진기관을 유도탄이 아닌 발사레일에 장착하였고, 순항용 추진기관인 Pulse-Jet 엔진도 유도탄 동체 밖에 탑재하였다. 본 고찰에서의 검토 범위를 최대 장입탄 수준으로 보았기 때문에 발사레일에 설치되는 사출기(catapult)에 의해 제공되는 초기 추진력은 고려대상에세 제외되었다.

현재도 사용하고 있는 공중발사 아음속 유도탄들이 Fig. 3에 제시되어 있다[2]. 이들 현대화된 아음속 공중발사 순항유도탄(ACLM)의 경우에는 기술적 한계보다는 비행중인 항공기에 의하여 초기 속도를 확보하고 있기 때문에 별도의 초기 추진력을 제공하는 추진기관을 필요로 하지 않는다.

초음속 ALCM의 경우에는 항공기 투하시 속도가 아음속이고, 유도탄의 순항속도가 초음속이기 때문에 항공기에서 아음속으로 발사된 이후에 초음속 순항속도까지 속도를 올리기 위한 추가적인 추진기관을 필요로 하기도 한다.

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Fig. 3

Modern Air-Launched Cruise Missiles.

2.2 초기 추진력만 제공되는 경우

Fig. 4에는 최초의 탄도탄(BM)인, V-2 형상과 다양한 유도탄들의 비행궤적이 제시되어 있다[2].

V-2 탄도탄에는 액체로켓으로 초기 추진력을 제공한다. 이렇게 제공된 추기 추진력으로 우측의 탄도궤적과 같은 비행을 하게 된다. 우측 그림의 하단에는 순항유도탄이 대기권내에서 비행하는 형상도 제시되어 있다. 탄도탄은 초기 추진력만 있기 때문에 상대적으로 간단한 궤적을 그리고 있으며, 순항유도탄은 순항 비행중에 지속적인 순항 추진력을 공급받기 때문에 상대적으로 복잡한 비행궤적을 갖을 수 있다. 탄도탄의 비행궤적은 최초의 탄도탄 V-2와 비교하여 큰 흐름은 지금까지도 유지되고 있다고 볼 수 있다.

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Fig. 4

V-2 ballistic missile and flight trajectories.

2.3 초기 추진력과 순항추진력을 동시 공급

1967년 대함유도탄(ASCM, Anti-Ship Cruise Missile)의 위력을 실전에서 보여준 유도탄은 소련에서 개발한 P-15 Termit, 일명 Styx 유도탄이다[4]. Fig. 5에 유도탄 형상과 장입탄 단면 형상이 제시되어 있다. 동체 하단에 RATO가 장착되어 있으며, 발사관 레일은 U-자형이다[8,9].

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Fig. 5

P-15 Termit.

Styx의 발사장면이 Fig. 6에 제시되었다[10,11,12]. 그림의 좌측에는 함정에서 발사되는 순간을 보여주며, 우측 상단에는 초기 비행 순간을 보여준다. Styx 유도탄 좌측 후방에 2개의 화염을 볼 수 있다. 유도탄에서 분출되는 상단 화염은 상대적으로 짧은 반면, RATO(Rocket Assited Take Off)에서 분사되는 화염은 길게 분출되고 있다.

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Fig. 6

P-15 Termit Missile launch scene.

즉, 초기 추진력을 제공하는 RATO 와 순항 추진력을 제공하는 액체로켓이 발사시부터 같이 점화되어 작동하고 있음을 보여준다. 그리고, 초기 추진력 제공이 완료된 이후에 동체 아래쪽에 장착되었던 RATO가 분리되는 장면은 우측 그림 하단에서 볼 수 있다. 상단의 사진과 달리 분리되는 RATO에서는 화염이 거의 소멸했음을 볼 수 있다.

V-1에 사용된 화약식 캐터펄트에 비하여 강력해진 RATO는 유도탄 길이 정도의 발사레일만으로도 이륙이 가능하였다. 초기형에서는 발사관이 없는 경우도 있었지만, 유도탄을 해상과 같은 운용환경으로부터 유도탄을 보호할 수 있도록 타원형 발사관이 새로이 적용되었다.

Fig. 7에 제시된 Ottoma 대함유도탄도 이와 유사한 개념으로 추진력을 제공한다[13,14].

이 그림에 제시된 유도탄 형상을 보면, 동체 좌우에 초기 추진력을 제공하는 부스터(Booster)가 각각 1개씩 총 2개가 장착되어 있음을 볼 수 있다. 순항추진력을 제공하는 Turbo 엔진은 동체 후방에 장착되어 있다.

Ottomat에 사용된 Turbo엔진도 공중 시동되지 않고, 지상에서 시동을 걸어야하는 엔진이기 때문이다. 이처럼 지상에서 모든 추진기관을 점화시켜 운용하는 유도탄으로는 미국을 비롯한 중국의 초기 순항유도탄에서도 그 사례들을 찾아 볼 수 있다.

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Fig. 7

Otomat/Tesco Missile.

2.4 초기 추진력과 순항추진력을 순차 제공

유도탄의 초기추진력과 순항추진력을 순차로 공급할 수 있는 추진체계를 적용한 대표적인 유도탄 사례로는 프랑스의 엑소세(Exocet)와 미국의 하푼(Harpoon) 대함 유도탄을 비롯하여 소련/러시아가 개발한 대부분의 아음속 순항유도탄 (예: 3M10, 3M24, Iskander-k 등), 중국이 개발한 YJ-62 및 DF-10A 등을 들 수 있다[2].

프랑스는 1967년부터 대함유도탄, Exocet를 개발하기 시작한다. 해상 발사형 MM38은 1975년부터 사용되기 시작하였으며, 공중발사형 AM39 및 잠수함 발사형 SM39가 나중에 개발되었다[15,16]. 이들 자료에 Exocet 유도탄의 형상은 참고자료 17 등에 제시된 사진을 재구성하여 Fig. 8과 같이 제시하였다[17].

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Fig. 8

Exocet Missile.

위의 엑소세 대함유도탄 형상을 보면 두 종류의 로켓이 직렬로 배치되었음을 볼 수 있다. 초기 추진력은 부스터 로켓 (Booster Rocket)에 의하여 제공되며, 순항 추진력은 순항 로켓 (Sustainer rocket)에 의하여 제공된다. 이처럼 순항 추진력을 고체 로켓으로 제공되는 경우는 순항유도탄에서는 드문 경우이다.

2004년에 개발 착수된 Exocet Block 3에서는 순항용 추진기관으로 Turbo엔진을 사용하게 된다[18]. 아래의 Brequet Eg.을 보면 사거리(R)는 영항비(L/D), 비추력(Specific impulse), Isp 등에 비례함을 알 수 있다[19]. 비추력은 추진기관의 효율을 나타내는데 사용되며, 비추력이 높을수록 추진 효율이 좋음을 의미한다.

(1)
R=(LD)(Isp)ln(WiWe)

고체 추진제 로켓의 Isp는 250 수준 전후인데 비하여 Turbo 엔진의 비추력, Isp는 대체로 2000~3500 수준으로 훨씬 높기 때문에 사거리 증대에 크게 기여할 수 있다[19]. 이처럼 사거리를 고려할 경우에는, 순항용 추진기관으로 터보엔진을 많이 사용하게 된다.

하푼(Harpoon) 대함 유도탄은 1977년부터 전력화된 것으로 알려져 있다[20,21]. 참고자료 등에 제시된 자료를 기반으로 재구성된 하푼 유도탄 형상과 추진기관의 위치는 Fig. 9에서 볼 수 있다.

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Fig. 9

Propulsion system of Hrapoon Missile.

그림을 보면, 순항 추진력을 제공하는 터보엔진 후방에 부스터가 직렬로 배치되어 있음을 볼 수 있다. 앞서 살펴본 사례와 달리 부스터가 동체 후방에 있으려면, 엔진은 공중시동이 가능해야 한다. 그리고 발사관의 단면 형상도 상대적으로 작아질 수 있다. 하푼 유도탄의 경우에는 단면형상이 어뢰발사관내에 장착이 가능한 수준으로 충분히 작아짐에 따라 잠수함의 어뢰발사관에서도 운용이 가능해졌다.

그러나 이처럼 초기 추진력을 제공하는 부스터가 순항 추진력을 제공하는 엔진 후방에 장착이 가능하다고 어뢰발사관에서 운용이 용이한 것은 아니다. 그 예로 Fig. 10에 제시된 YJ-62를 들 수 있다[22].

이 그림을 보면, 부스터와 엔진은 직렬로 배치되어 있음을 알 수 있다. 그러나 좌측에 제시된 단면 형상과 우측 상단의 측면 현상을 보면, 흡입관이 외부로 고정된 형태로 돌출되어 있음을 알 수 있다. 이처럼 돌출되어 고정된 흡입관은 장입탄 단면 형상을 상대적으로 많이 요구하기 때문에 이 상태로 어뢰발사관에서 운용하려면 유도탄 동체도 같이 감소하는 등 순항 거리를 크게 줄어들어야 하는 문제가 생길 수 있다. 달리보면, 발사관 단면을 축소하기 위해서는 YJ-62처럼 주걱형 흡입관 (Sccop-type Inlet)보다는 Flush-형 흡입관을 사용할 필요가 있다. 중국의 DF-10A는 Flush-형 흡입관을 사용하는 것으로 알려져 있으며, 이동식 발사대에 YJ-62와 같이 3개의 발사관을 장착할 수 있다. 그만큼 유도탄의 크기는 키울 수 있었던 것이다.

소련/러시아에서 개발한 아음속 대지공격 순항유도탄(LACM)들도 초기 추진력을 제공하는 부스터와 순항 추진력을 제공하는 엔진이 직렬로 설치되어, 순차적으로 추진력을 공급하는 사례로 구분할 수 있다[23]. 단, Kh-55와 Kh-101 계열의 공중발사형은 부스터가 따로 필요하지 않는다는 측면에서 앞서 언급되었던 ‘순항 추진력만 공급하는 사례’로 분류할 수 있다.

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Fig. 10

YJ-62 Missile.

2.5 부가/초기 추진력과 순항추진력 순차 공급

초기 추진력과 순항 추진력의 순차적 공급외에도 유도탄 운용에 필요한 에너지를 추가로 확보한 대표적인 사례는 Tomahawk 유도탄에서 찾아볼 수 있다[24,25].

Fig. 11에는 Tomahawk 유도탄 초기형이 제시되어 있다. 초기형에는 주걱형 흡입관이 동체 내부에 접혀있다가, 순항비행상태에 진입하면서 외부로 전개된다. Tomahawk 최신형에서는 흡입관이 flush형으로 변환된 바 있다.

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Fig. 11

Tomahawk(Block III).

그림을 보면 초기 추진력을 제공하는 부스터는 순항 추진력을 제공하는 엔진 후방에 직렬로 배치되어 있음을 볼 수 있다. 즉 두 추진력이 순차적으로 제공되는 형상임을 알 수 있다.

Tomahawk를 수상함에서 발사하는 경우, 부가추력을 얻을 수 있도록 설계되어 있다[25]. 부스터 후방에 바닥판(Base Plate)가 발사관에 장착된 형상을 Fig. 12에서 볼 수 있다. 바닥판의 단면 형상은 그림의 우측에 제시되어 있듯이, 3개의 구멍이 있다. 가운데 구멍이 부스터 노즐의 후방에 위치하게 된다[25].

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Fig. 12

Additional Propulsion device, Base plate[25].

그림의 좌측에는 발사 전인 T1시점, 즉 부스터가 점화되기 전의 부스터와 부스터에 인접한 바닥판 형상을 볼 수 있다. 그림에서 바닥판의 중앙 구멍은 부스터 노즐 직경보다 작다. 그림의 중앙에는 부스터가 점화되는 시점 (T2)에서의 부스터 화염이 전파되는 상태를 볼 수 있다. 부스터 노즐에서 화염이 분출되면 바닥판의 구멍을 통하여 외부로 배출된다. 그런데 바닥판 구멍이 노즐보다 작기 때문에 일부만 구멍을 통해 외부로 빠져나가고, 일부는 부스터와 바닥판 사이로 퍼져간다. 이 과정에서 부스터후방과 바닥판 사이에 형성된 압력이 증가하면, 부스터 후면, 즉 유도탄을 밀어올리는 부가 추력을 제공하게 된다. 바닥판에서 힘이 걸리기는 하지만, 고정되어 있기 때문에 유도탄으로만 부가적인 힘이 제공되는 결과가 된다.

이처럼 부가 추력이 유도탄에 제공되면, 유도탄의 길이를 추가로 증대시키지 않고 유도탄을 비행시키는데 도움이 되는 추진력을 얻을 수 있는 장점이 발생한다. 특히 주목할 것은 추진기관 자체만의 힘이 아닌, 즉 추진제만이 아닌 발사관에 바닥판을 통하여 부가 추력을 얻는다는 점이다.

이와 유사한 개념으로는 냉발사(Cold launch) 가 있다. 앞서 살펴본 Tomahawk의 부가추력 확보 방식은 유도탄의 부스터 추력을 초기부터 사용하여 발사된다는 점에서 열발사(Hot Lauch)방식으로 구분되며, 이 상태에서 부가 추력을 형성하는 개념이다. 반면에 냉발사의 경우에는 유도탄의 추진기관은 발사관 이탈이후에 점화되며, 발사관 이탈에 필요한 에너지는 발사관 후방에 설치된 가스발생기(Gas Generator) 등을 통하여 공급된다는 특징을 가지고 있다.

Fig. 13에는 냉발사(Cold Launch) 개념이 제시되어 있다. 발사관(Missile Canister) 하단을 보면 상단과 달리 둥그스럽게 만들어져 있다. 이 공간에 가스발생기를 설치한다. 발사초기에 가스발생기가 작동하여 고압이 형성되면, 유도탄을 받치고 있던 받침대(Tray)을 통하여 유도탄을 발사관 밖으로 밀어 올리게 된다. 발사관 상단에서 받침대는 멈추게 되고, 유도탄은 발사관 밖으로 사출된다. 이러한 냉발사 방식은 대공유도탄에서 많이 사용되기도 한다.

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Fig. 13

Cold launch.

발사관 밖으로 배출된 유도탄은 공중에서 유도탄의 추진기관을 점화시켜서 나머지 비행을 수행하게 된다. 이러한 냉발사 개념을 적용하기 위해서, 유도탄 추진기관은 공중점화 기술이 필요하다.

2.6 장입유도탄에서의 추진기관 역할 변화

최초의 유도탄 V-1이 개발된 이후에, 여러나라에서 다양한 순항유도탄들이 개발되어 왔다. Fig. 14의 순항유도탄 나무(CM Tree)를 보면, 순항유도탄을 많이 개발한 주요 4개국의 개발한 순항유도탄 명칭들을 볼 수 있다. 이들 유도탄들은 대체로 위에서 살펴본 바와 같은 방식으로 초기추진력과 순항 추진력이 제공된다. 그리고 최근에는 발사관과 연계하여 부가적인 추진력을 추가로 확보하는 경우도 있다. 이러한 경우에 대한 대표적 유도탄 사례들은 아래의 Table 1에 정리하였다.

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Fig. 14

Cruise Missile Tree.

Table 1

AUR classification with propulsion system.

Provided thrust(s) AUR/Missile
1 Cruising thrust V-1
2 Initial thrust V-2
3 Simultaneously supply of
initial thrust and cruising thrust
P-15 termit, Silkworm
4 Sequential supply of initial thrust and cruising thrust Exocet, YJ-62, Harpoon
5 Sequential supply of additional thrust/initial
thrust and cruising thrust
Tomahawk

장입유도탄(AUR)개념이 적용된 순항유도탄들의 단면 형상을 Fig. 15과 같이 4가지로 구분하여 제시하였다. 초기 추진력으로 비행하는 탄도탄의 경우는 여기서 고려하지 않았다.

Fig. 15의 단면 형상들은 비교를 위하여 유도탄 동체의 직경을 동일처리하여, 동체외의 부가적인 요인들이 장입유도탄 단면 의 크기 결정에 어떤 영향을 줄 수 있는지 쉽게 비교할 수 있도록 하였다. 제시된 4가지 장입유도탄 그림을 보면, 1, 2, 3, 4번 순서대로 장입유도탄 단면이 큼을 알 수 있다. 좌측의 1번 형상과 우측 상단의 2번 형상은 초기추진력과 순항추진력을 동시에 제공하기 시작하는 경우이다. 또한 우측 하단의 두 그림 3번과 4번은 초기 추진력과 순항추진력이 순차적으로 제공되는 경우이다.

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Fig. 15

Cruise Missile cross-sectional shapes.

이러한 차이는 순항추진기관의 공중시동 능력의 유무에 의한 차이이다. 1번과 2번처럼 순항용 추진기관이 공중시동이 안되어 지상에서 시동을 걸어야 하는 경우에는 RATO나 부스터 같은 초기 추진력 제공 추진기관을 순항추진기관이 탑재된 동체와 병렬로 배치해야 한다. 반면 순항추진기관을 공중에서 시동할 수 있는 경우에는, 3번과 4번처럼 두 추진기관을 직렬로 배치할 수 있어서 단면 면적이 작아질 수 있다.

이 그림에서, 2번 형상의 경우에는 단면을 증대시키는 요인이 병렬로 배치된 부스터 뿐만 아니라 돌출된 흡입관도 있다. 동체 외부에 돌출된 4개의 고정식 흡입관의 단면 크기는 작지만 장입유도탄의 단면을 증대시킬 수 있는 작은 요인이다.

고정형으로 돌출된 흡입관이 장입유도탄 단면 면적에 미치는 영향은 이 그림의 3번과 4번 형상을 통해 비교될 수 있다. 주걱형 흡입관(Scoop Inlet)이 고정식으로 사용되는 경우인 3번 형상은 흡입관 돌출이 없는 4번 형상과 비교하여 장입유도탄 단면이 많이 증가된다는 것을 알 수 있다.

이 그림의 4번 단면 형상은 순항비행용 추진기관이 흡입관을 필요로 하지 않은 추진기관(예: Exocet)이거나, 장입유도탄에서 흡입관이 접혀 있다가 순항비행시점에 전개되어 사용되는 경우(예: Tomahawk) 및 동체 외부로 돌출이 없는 플러시 흡입관(Flush inlet)을 사용하는 경우(예: Harpoon)에 해당된다.

이상의 장입유도탄 단면 형상 비교를 통하여, 초기 추진력 및 순항 추진력을 공급하는 추진기관의 특성에 따라 장입유도탄의 단면적이 달라질 수 있음을 살펴보았다. 장입유도탄이 적재되는 플랫폼의 제한된 공간을 고려할 경우, 초기 및 순항 추진기관의 선택에 따라 플랫폼에 적재 가능한 장입유도탄 수량은 달라질 수 있다.

발사 초기에 공급되는 부가추력은 장입유도탄 길이에 영향을 줄 수 있다. 앞서 살펴본 냉발사(Clod Launch)의 경우에는, 발사관 후방에 가스발생기(Gas Generator) 작동을 위한 추가 공간이 필요하기 때문에 장입유도탄은 좀 더 길어질 수 있다. 그러나 이러한 증대는 비행하는 유도탄부분의 길이를 감소시킬 수 있기 때문에 전체적인 장입유도탄의 길이 증대는 최소화 될 수 있다. 열발사(Hot lauhch) 방식을 사용하는 토마호크(Tomahawk) 순항유도탄의 경우에 사용된 부가추력 제공 방식은 바닥판(base-plate)만 추가로 사용함에 따라 장입유도탄의 길이 증대는 거의 없고, 비행하는 유도탄의 길이는 줄일 수 있는 경우라고 할 수 있다.

3. 결 론

장입유도탄 (AUR) 에서 추진기관의 역할 변화를 살펴보았다. 최초의 순항유도탄 V-1과 이후의 순항유도탄들은 PulseJet 엔진, 액체 연료 로켓 또는 고체 추진제 등이 순항비행용 추진기관으로 사용되기도 하였다. 최근에 개발되는 대부분의 순항유도탄의 순항비행에는 Turbo엔진이 사용되고 있다.

공중발사의 경우에는 플랫폼인 비행체의 속도를 그대로 활용하기 때문에 아음속 순항유도탄의 경우에는 별도의 부스터를 사용하지 않는다. 즉, 순항 추진력을 제공하는 추진기관만 필요로 한다. 지상발사와 같이 초기 속도 형성이 필요한 경우, 초기 추진력을 별도로 제공한다. V-1의 경우에는 캐터펄트가 사용되기도 하였지만, 이후에는 대부분 RATO 또는 부스터로 불리는 고체추진기관을 사용하였다.

순항비행용으로 엔진흡입식 추진 기관이 사용되는 경우, 엔진 점화가 지상에서만 가능한 경우와 공중시동이 가능한 경우로 나눌 수 있다. 지상시동을 해야 하는 경우에는 RATO나 부스터를 엔진과 병행 배치하여 운용하기 때문에 장입유도탄 단면이 증대된다. 공중시동이 가능하여 부스터와 엔진을 직렬 배치가 가능한 경우에는 부스터로 인한 발사관 단면의 증대 소요는 발생하지 않아서 장입유도탄 단면은 감소될 수 있다. 또한 고정식 돌출 흡입관(Scoop Inlet)을 사용할 경우, 단면적은 증가할 수 있으며, 접이식 돌출 흡입관 또는 플러시 흡입관을 사용할 경우에는 장입유도탄 단면적은 최소화될 수 있다. 이처럼 단면적을 최소화 할 수 있는 추진기관을 사용할 경우, 제한된 발사플랫폼에 보다 많은 장입유도탄을 적재하는 장점이 생길 수 있다.

또한, 장입유도탄의 길이를 거의 증대시키지 않으면서도 발사관 및 캡슐과 연계하여 부가 추력을 공급할 경우, 장입유도탄의 길이 증대는 미미한 반면, 비행 유도탄의 길이는 최소화 시킬 수도 있다. 제한된 플랫폼 공간에서 장입유도탄의 성능 향상에 도움이 될 수 있다.

이상의 고찰 결과를 통하여, AUR 설계시 가용한 저장공간과 추진기관을 연계 설계하면 가용한 기술로 공간활용성을 최대화하는 AUR 설계가 가능할 것이다.

Acknowledgements

이 논문은 한국추진공학회 2023년도 추계학술대회(2023.11.29.∼12.1, 경주 라한셀렉트) 발표논문을 심사하여 수정ㆍ보완한 것임.

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