F-15의 작동 원리

세계가 비행기 의 전투 가능성을 파악하는 데는 그리 오랜 시간이 걸리지 않았습니다 . 1911년, Wright 형제가 제작을 시작한 지 불과 8년 만에 미군은 위에서 시험 폭탄을 투하하기 시작했습니다. 몇 년 후, 제1차 세계 대전 군대는 기관총을 장착한 전투기로 하늘에서 전투를 벌이고 있었습니다.

거기에서 일이 꽤 빨리 움직였습니다. 불과 60년 후, 초기의 단일 엔진 프로펠러 비행기는 시속 600마일(970kph) 이상의 속도로 급회전할 수 있는 날렵하고 강력한 전투기로 진화했습니다.

이 기사에서는 가장 유명한 전투기 중 하나인 F-15를 살펴보겠습니다. 이 놀라운 항공기는 70년대 초반부터 등장했지만 여전히 미국 무기고의 중요한 부분입니다. 미 공군에 따르면 100회 이상 승리, 0회 무패로 완벽한 전투 기록을 보유하고 있다. 앞으로 살펴보겠지만, 그 성공은 경이적인 기동성, 첨단 전자 장비 및 무시무시한 화력 덕분입니다.

F-15 이글은 모든 기상 조건에서 전투 임무를 비행하도록 설계된 작고 기동성이 뛰어난 제트 비행기입니다. 그것의 주요 임무는 공중 우위를 유지하는 것입니다 . 즉, 궁극적인 목적은 공중전에서 다른 비행기를 격파하는 것입니다.

미 공군은 1967년 소련이 공개한 강력한 전투기 MiG-25를 본 후 취역했다. 일반적으로 "폭스배트"로 알려진 MiG-25는 주력 미국보다 훨씬 우월했다. 당시 전투기인 F-4 팬텀과 냉전의 한복판에서 공군은 가능한 한 빨리 비슷한 항공기가 필요했습니다. McDonnell Douglas(현재 보잉과 합병)는 새 프로젝트에 대한 계약을 따냈고 몇 년 후 완성된 F-15를 인도했습니다. 회사는 그 이후로 기술과 요구 사항이 변경됨에 따라 이 비행기에 여러 변형을 도입했습니다(아래 참조). 현재 전투 F-15 Eagle은 F-15C 입니다.

원래 F-15 Eagle은 공대공 목표물(다른 비행기)만 처리하도록 설계되었습니다. 공군은 추가 장비가 항공기의 공중 전투 능력을 손상시킬 수 있다는 것을 알고 있었기 때문에 지상에 있는 목표물을 폭격하기 위해 제작되지 않았습니다. 그러나 공군 은 새로운 스텔스 F-117 이 준비 될 때까지 노후된 F-111 을 대체할 전투기가 필요했을 때 공대지 임무를 위해 F-15를 수정하기로 결정했습니다. 그 결과 F-15E로 명명된 F-15 Strike Eagle이 탄생했습니다.

Strike Eagle은 원래 F-15를 대체하는 것이 아니라 추가 폭격기입니다. 놀랍게도 공군의 임시 해결책은 지금까지 만들어진 최고의 전투기 중 하나로 밝혀졌습니다. 사막의 폭풍 작전에서 스트라이크 이글은 적의 비행기를 지나쳐 성공적으로 싸울 수 있음을 증명했고, 여러 지상 목표물을 공격한 다음 적의 영토를 벗어나 싸울 수 있음을 증명했습니다.

다음 섹션에서는 이 두 비행기가 어떻게 결합되어 있는지 살펴보고 어떻게 그렇게 우아하게 잠수하고, 오르고, 회피하는지 알아보겠습니다.

F-15에는 일반 제트기에서 볼 수 있는 대부분의 요소가 있습니다. 양력 을 생성하는 두 개의 날개가 있고 비행기의 균형을 잡고 조종하는 후방 수직 및 수평 안정판과 방향타가 있으며 비행기 후방에 추력을 생성하는 트윈 터보팬 제트 엔진이 있습니다.

F-15 모델

F-15와 일반 제트기의 주요 차이점은 이러한 요소가 균형을 이루는 방법입니다. F-15의 쌍발 엔진(Pratt & Whitney F-100-PW-220s 또는 229s)은 추력 대 중량 비율 이 매우 높기 때문에 발생하는 추력의 양에 비해 상대적으로 가볍습니다(거의 8배 생성할 수 있음). 추력에서 자신의 무게).

 

비행기 본체도 비교적 가볍지만 매우 강합니다. 날개 스파(날개 내부의 지지 구조)는 강철 보다 가볍고 강한 티타늄으로 만들어졌으며 대부분의 스킨은 가벼운 알루미늄으로 만들어졌습니다. 공군에 따르면 각 엔진은 25,000~29,000파운드의 추력을 생성할 수 있습니다. F-15C의 정상적인 무게는 45,000파운드에 불과합니다. 이는 추력이 실제로 무게보다 더 크다는 것을 의미합니다! 이를 통해 고도를 올라가는 동안에도 빠르게 가속할 수 있습니다.

F-15는 또한 날개 하중 이 매우 낮아 무게에 비해 날개 면적이 넓습니다. 더 큰 날개 면적은 더 큰 양력을 의미하여 비행기를 더 민첩하게 만듭니다. 그것은 날개 공간의 평방 피트당 훨씬 더 많은 무게를 가진 일반 비행기보다 훨씬 더 빠르게 이륙, 상승 및 회전할 수 있습니다.

엔진에는 애프터버너 노즐 이 장착되어 있어 필요할 때 추가 추력을 제공할 수 있습니다. 애프터버너는 단순히 연료를 뜨거운 제트 배기 스트림에 분사합니다. 점화되어 엔진 뒤쪽에서 뜨거운 가스를 뿜어냅니다( 애프터버너에 대한 자세한 내용 은 오늘의 질문 참조 ). 최대 힘에서 비행기는 마하 2.5(약 1,854mph/2,984kph) 이상까지 도달할 수 있습니다.

높은 엔진 출력에는 대가가 따릅니다. 즉, 연비가 좋지 않습니다. 물론 F-15는 이러한 한계를 염두에 두고 설계되었습니다. 비급유 범위를 확장하기 위해 동체(본체)와 날개에 대형 내부 연료 탱크로 제작되었습니다. 또한 외부 탱크 3개와 자체적으로 양력을 생성하는 날개 아래에 공기역학적 형태에 맞는 탱크 한 쌍을 실을 수 있습니다. 연료를 가득 채운 F-15C는 3,450마일(5,550km)을 비행할 수 있으며 F-15E는 2,400마일(3,860km)을 비행할 수 있습니다.

엔진의 또 다른 문제는 엔진이 꽤 빨리 마모된다는 것입니다. 이것은 그들이 하는 일의 양을 감안할 때 예상되는 일입니다. 다행히도 교체하기가 매우 쉽습니다. 공군 지상 승무원은 1시간 이내에 교체할 ​​수 있습니다!

F-15는 빨리 이륙할 뿐만 아니라 빨리 멈춥니다. 자체적으로 확장 가능한 에어 브레이크 , 유압으로 작동되는 패널이 있어 항공기의 항력을 극적으로 증가시켜 속도를 감소시킵니다(낙하산처럼).

F-15 및 기타 현대 전투기를 이전 전투기와 차별화하는 주요 요소는 전자 시스템입니다. 초기 전투기 조종사는 연결 장치를 움직여 기계적으로 비행기를 제어했으며 주로 자신의 눈을 사용하여 적기를 표적으로 삼았습니다. 이와는 대조적으로 F-15의 거의 모든 측면은 컴퓨터화되어 있습니다.

비행기는 본질적으로 로봇 입니다. 여기에는 일련의 고급 센서에 연결된 중앙 컴퓨터가 있습니다. 관성 유도 시스템 (고감도 자이로스코프 센서 포함)과 조종사의 입력을 기반으로 컴퓨터는 유압 액추에이터를 활성화하여 날개와 후방 안정 장치를 조정합니다. 조종사는 실제로 비행기를 직접 조종하지 않습니다. 조종사가 지시를 내리고 컴퓨터가 수행 방법을 결정합니다. 컴퓨터는 비행 성능을 향상시키기 위해 스스로 비행을 지속적으로 조정합니다. 컴퓨터는 인위적으로 상대적으로 부드러운 승차감을 만듭니다. F-15 컴퓨터는 인간보다 약 100배 빠른 밀리초 단위로 필요한 조정을 수행할 수 있습니다.

비행기의 주요 "눈"은 기수에 장착된 컴퓨터 제어 레이더 시스템입니다. 레이더의 임무는 다른 항공기를 찾고 지상 지도를 생성하는 것입니다. 접시는 움직이는 짐벌에 장착되므로 회전하여 다른 영역을 스캔하거나 움직이는 대상을 따라갈 수 있습니다. 레이더는 펄스 도플러 시스템을 사용하여 표적이 움직이는 방향을 파악합니다. 본질적으로 반사된 전파 주파수의 이동은 표적이 레이더 시스템을 향해 움직이는지 아니면 멀어지는지를 나타냅니다(자세한 내용은 레이더 작동 방식 참조 ).

F-15 스트라이크 이글에는 저고도 항법 및 야간 표적 적외선 ( LANTIRN ) 시스템 이라는 추가 스캐닝 장비가 있습니다. LANTIRN 시스템은 엔진 흡입구 근처의 비행기 바닥에 장착된 두 개의 포드에 보관됩니다.

네비게이션 포드는 지상의 지형을지도하도록 최적화하고, 또 다른 레이더 장치 보유하고 미래 지향적 인 적외선 (FLIR) 야간 스캐너 그 주변 물체에서 적외선 열 에너지를 선택합니다. 이 센서는 함께 아래 지상의 상세한 이미지를 생성하여 조종사나 컴퓨터가 완전한 어둠 속에서 비행할 수 있도록 합니다.

대상 포드 하우스 강력한 레이저 와 다른 FLIR 스캐너, 회전식 포탑에 장착. 레이저는 거리 측정기 로 작동 하여 레이저 빔이 반사되는 데 걸리는 시간을 기준으로 목표물까지의 거리를 계산하고 목표 지정 기로도 작동하여 레이저 유도 미사일의 목표물을 표시 합니다. 표적화 시스템은 지상 표적을 선택하도록 설계되었지만 공대공 전투에서도 사용할 수 있습니다.

중앙 컴퓨터는 레이더와 LANTIRN 시스템의 데이터를 처리하고 승무원에게 표적 및 항법 정보를 제공합니다. 다음 섹션에서는 조종석 내부를 살펴보고 승무원이 이 정보에 액세스하고 비행기를 조종하고 적을 표적으로 삼는 방법을 살펴보겠습니다.

원래 F-15는 1인 승무원을 위해 설계되었습니다. 조종사는 비행기를 조종하면서 동시에 적 항공기를 목표로 삼는다. F-15 스트라이크 이글은 조종석 뒤쪽에 무기 시스템 장교 또는 WSO("위조"로 발음) 를 위한 추가 스테이션이 있습니다. 스트라이크 이글에서 WSO는 지상 목표물을 선택하고 제거하는 역할을 하고 조종사는 비행기를 조종하고 적기와 싸우는 데 집중합니다. 두 스테이션 모두 비행기 상단의 견고한 "거품" 캐노피에 보관됩니다. 이 캐노피 디자인은 승무원에게 주변 환경의 완전한 360도 시야를 제공합니다.

조종실은 가능한 한 쉽게 비행하고 조준할 수 있도록 설계되었습니다. 컴퓨터는 조종석 캐노피 전면의 투명 스크린에 이미지를 투사하는 모니터인 헤드업 디스플레이 (HUD) 에 가장 관련성 높은 정보를 표시 합니다. 헤드업 디스플레이를 통해 조종사는 하늘을 주시하면서 비행 데이터와 레이더 정보를 모니터링할 수 있습니다. 이것은 전투에서 매우 중요합니다. 조종사는 적 전투기를 피하거나 추격하면서 게이지와 도구를 계속 내려다볼 수 없습니다. 공군은 결국 이 시스템을 조종사의 바이저에 비행 데이터를 투사하는 헬멧 장착형 모니터로 교체할 계획입니다.

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공군에 따르면 F-15 스트라이크 이글 1대의 가격은 3,110만 달러입니다. F-15D는 2,990만 달러에 불과하며 1세대 항공기는 2,790만 달러에 불과합니다. 이것은 평범한 사람에게는 많은 것처럼 들리지만 실제로는 군대 세계에서 꽤 좋은 거래입니다. 비행사들은 F-15의 뛰어난 성능 수준에 대해 지불하는 것이 작은 가격이라고 말합니다.

파일럿의 컨트롤도 상당히 간단합니다. 조종사 는 조종석 중앙에 있는 조종 스틱으로 비행기를 조종하고 왼쪽에 있는 스로틀로 엔진을 조종합니다 . 두 컨트롤에는 레이더 장비를 작동하고, 헤드업 디스플레이에서 옵션을 선택하고, 무기를 조준하고 발사하는 여러 버튼과 스위치가 있습니다.

컨트롤은 수동 스로틀 및 스틱 ( HOTAS ) 시스템 으로 설계되었습니다 . HOTAS 시스템에서 컨트롤의 모든 스위치와 버튼은 모양과 질감이 다릅니다. 이런 식으로 조종사는 조종석을 내려다보지 않고도 비행기의 모든 주요 측면을 제어할 수 있습니다.

대조적으로 WSO는 조종석 밖을 내다보는 데 많은 시간을 할애하지 않습니다. 그는 네 개의 다기능 디스플레이(MFD)에서 레이더, LANTIRN 및 비행 데이터를 모니터링합니다. 음극선관 모니터는 버튼으로 둘러싸여 있습니다( 자동 입출금기 의 디스플레이와 유사 ). WSO 위치는 비행 제어의 전체 세트를 가지고 있지만 이것은 백업 규정일 뿐입니다. 일반적으로 WSO는 비행기 비행을 돕지 않습니다. 조종사와 WSO는 모두 첨단 ACES II 사출 좌석에 앉습니다. 이 좌석 은 비상 시 비행기에서 벗어나게 합니다.

이 값비싼 장비는 모두 하나의 기본 목적을 수행합니다. 군대에서 병기 로 알려진 다양한 미사일, 폭탄 및 총알 을 적의 목표물 에 전달하도록 설계되었습니다 . 다음 섹션에서 우리는 F-15가 전쟁에 나갈 때 실제로 무엇을 포장하는지 알아낼 것입니다.

F-15 Eagle은 존재하는 거의 모든 항공기를 제거할 수 있는 무기로 가득 차 있습니다. 그것은 다른 디자인의 8개의 공대공 미사일을 자랑합니다. AIM-120 고급 중거리 공대공 미사일 (AMRAAM), AIM-9L/M 사이드와인더 미사일 또는 AIM-7F/M 스패로우 미사일의 다양한 조합을 탑재할 수 있습니다 .

세 가지 유형의 미사일은 모두 목표물을 적극적으로 탐색하도록 설계되었습니다. AMRAAM과 Sparrow 미사일은 모두 레이더 유도 방식입니다. AMRAAM에는 자체 레이더 장치와 비행 제어 시스템이 있습니다. 미사일을 발사하기 전에 F-15 컴퓨터는 의도한 표적을 지정하는 레이더 정보를 전송하고 미사일의 레이더 장치가 잠깁니다. 미사일이 발사된 후, 그 목표 중 하나는 (비행 지느러미를 조정하여) 그 목표를 향해 스스로를 조종하는 것입니다.

Sparrow 미사일도 비슷한 원리로 작동하지만 자체 레이더 송신기가 없습니다. 조종사는 미사일을 "페인트"하기 위해 비행기의 송신기가 목표물을 조준하도록 해야 합니다.

사이드와인더 미사일은 적외선 센서를 사용하여 적 항공기의 뜨거운 엔진 배기가스를 감지합니다. 비행 제어 장치는 단순히 시야에서 가장 뜨거운 영역으로 미사일을 조종합니다.

F-15는 또한 내장 기관총 , M-61 20-mm 6-배럴 캐논 이 우현(오른쪽) 날개 내부에 장착되어 있습니다. 총은 분당 약 6,000발을 발사할 수 있는 효율적인 개틀링 총 설계를 가지고 있습니다. 그러나 탄창은 940발만 보유하고 있기 때문에 결코 기회를 얻지 못합니다. 10초 이내에 전체 탄창을 비울 수 있습니다!

조종사는 각 무기에 대해 HUD에서 다른 목표 표시를 선택합니다. 예를 들어 기관총 디스플레이는 깔때기 모양으로 구성됩니다. 조종사는 표적이 깔때기의 중앙에 있도록 비행기를 조종한 다음 발사합니다.

F-15 스트라이크 이글은 F-15 이글이 가진 모든 것을 갖추고 있으며 공군 무기고에 있는 거의 모든 공대지 미사일을 탑재할 수 있습니다. 그것은 종종 GBU-15 폭탄 과 같은 유도 탄약을 운반 합니다. 전체적으로 약 23,000파운드(10,430kg)의 무기를 운반할 수 있습니다.

두 F-15 모델 모두 많은 첨단 방어 시설을 갖추고 있습니다. 지상국, 비행기 또는 유도 미사일에서 적의 레이더를 탐지하는 레이더 경고 수신기와 이러한 레이더 장치를 혼동시키는 고급 레이더 방해 전파가 있습니다. 그들은 또한 금속 조각 구름을 발사하는 장치인 왕겨 디스펜서를 가지고 있습니다 . 적 레이더가 채프를 포착하고 일시적으로 F-15에 대한 잠금을 잃습니다.

F-15의 높은 기동성, 정교한 전자 장치 및 강력한 무기의 조합으로 인해 F-15는 미국 무기고(및 여러 다른 국가의 무기고)에서 매우 성공적인 무기가 되었습니다. 하지만 이제 막바지에 다다랐다. 보잉과 록히드 마틴은 이미 대체품인 F-22 랩터를 개발했습니다 .

Raptor는 F-15의 모든 것을 훨씬 더 뛰어난 가속, 기동성 및 컴퓨터 성능으로 완전히 새로운 수준으로 끌어 올립니다. 또한 F-117 및 B-2 폭격기 처럼 스텔스 비행을 위해 설계되었습니다 .

F15, F-22 및 기타 군용 항공기에 대한 자세한 내용은 다음 페이지의 링크를 확인하십시오.

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