F-35의 열관리 대책과 이젝터 펌프

유용원의 군사세계 (maxi님)

maxi님의 글

1. IRS

현대 항공기의 가장 큰 적 중 하나인 열추적 미사일. 
이걸 피하기 위해 여러 눈물겨운 노력들이 있는데 JSF도 이런 노력을 한 모양이다.

위 글에 나오는 IR Signiture를 줄이는 장치인 IR suppressor, 줄여서 IRS는
대기의 차가운 공기를 빨아들이기 위해 별도의 압축기를 필요로 하지 않는다.
사실, 필요없다.  알아서 공기가 잘 들어온다 -_-;

요것이 요새 문제가 되는 JSF의 열관리 시스템.
새로이 추가된 녀석인 듯 한데 이 녀석은 순전히 배기가스의 온도를 낮추기 위한 시스템으로 보인다.
높은 운동에너지를 갖는 주유동, 즉 엔진배기가 shear force를 이용,
위쪽 구멍을 통해 공기를 자동으로 흡입하는 구조이다.
이러한 유체기계를 Ejector라고 하며 IRS 이외에 연료전지 자동차의 연료펌프 등 여러 곳에 쓰인다.

간단한 산업용 이젝터의 구조도

이런 이젝터에 관한 해석식은 Greitzer 아저씨가 정리해둔 것이 있으니 참고하면 될 것이다.
(물론 대학원 수준에서 다루는 것이라 빡세다-_-)

2. Heat Exchanger

그러면 트랙백해온 글에서 문제를 제기하고 있는 기사부터 살펴보면
여분의 연료를 이용해 Avionics등을 쿨링하던 도중에 문제가 생길 여지를 발견했으며
이는 열대지방 등에서의 운용에 문제가 생길 수 있고 (고온의 연료로 인한 문제)
이를 개선하기로 했다는 얘기일 뿐 IR Signature와 관련된 얘기는 없다.

설령 이 연료쿨링 시스템을 엔진 후류쪽에 배치했을까.
이건 연료를 가열시키는 역할밖에 못할 뿐이고
거기다 차가운 공기와 접촉하는 면적이 중요한 열교환 시스템인데 면적마저도 작다.
나라면 주익전체에 히트파이프를 바르든지 하는 식으로 가겠다.

결국 저 사진에 추가된 IRS와 기사의 heat exchanger는 상관이 없다.
애초에 별개의 장치라고 보면 되겠다.


3. 그리고 마지막으로

이것이 과연 위에서 언급한 엔진배기열 혹은 연료냉각 실패로 인한 그을음일것이냐..를 살펴보자.
먼저 엔진 배기열이 원인이라면 꼬리날개의 뒷부분부터 그을음이 생겨야 할 것이다.
그렇다고 엔진 자체의 고온에서 나온 방사열이 저곳의 RAM도료를 망쳤다고 보기엔
엔진을 바로 감싸고 있는 동체의 페인트가 너무 무사하다.
그러므로 주 엔진은 범인이 아니다.

그리고 연료쿨링 시스템이 실패하였다고 할 경우,
냉각시스템의 기본은 conduction, 즉 전도열인데
꼬리날개의 LE부분에서만 쿨링을 한다는 것은 말이 안되고
(면적에서 이득이 없으며 이곳은 기타 액츄에이터로 공간부족)
Conduction이 범인이었다면 꼬리날개가 접하고 있는 동체를 둘러서도 손상이 가야한다.
또한 연료탱크는 대칭으로 배치되어 있을 것이므로 냉각장치도 대칭으로 있는 것이 상식에 맞는데
한쪽 날개에만 저런 그을음이 생긴 것은 설명이 되지 않는다.
(이건 추가적인 사진이 필요할 것인데 반대편 꼬리날개의 바깥면에 그을음이 없는것을 보아 전도를 배제할 수 있다)

그러면 가능한 범인은 단 하나.  APU의 배기열이거나 역추력장치일텐데
JSF에는 역추력장치를 채택하지 않았으니 기각.
APU의 배기열이 범인일 가능성이 제일 높다고 본다.
비대칭적으로 하나만 있으면 되는 디바이스이면서 고온을 발생시키는 장치는 비행기 안에서는 APU뿐.
거기다 배기구를 통해 나온 고온/고속의 공기가 꼬리날개에 들이받는다면?
저런 모양이 나오는 것이 가능할 것이다.

결론은, JSF의 열 관련된 세개의 떡밥은 모두 개별적인 문제이며 연결되어있지 않다는 것이다.
그냥 열이라고 해도 관련된 물리적 현상은 여러가지가 있으며
이에 대한 공학적 대처또한 여러가지이기 때문에 섣불리 하나라고 판단하는것은 문제가 있다고 본다.


ps. maxi님께.  이 분야가 주전공이다보니 관심있게 보다가 오류가 있는것으로 보여 글을 작성했습니다.
까려는 의도는 아니니; 재미있게 읽어주시기 바랍니다.