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월간 디펜스타임즈

걸작병기·대전후
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미공군 KC-10 공중급유기

(2019년 5월호에서)

 

 


 공중급유기의 원조,본가 보잉 KC-10 공중급유기 플라잉 붐(Flying Boom) 

 

 

1. 왜 Flying Boom인가

 플라잉 붐(Flying Boom) 공중급유방식은 미 공군에서 시작되었다. 현재까지 미 공군은 플라잉 붐 급유 방식을 고수하고 있으며, 이 때문에 미 공군의 주력기는 대부분 플라잉 붐 급유구를 보유하고 있다.
 
 2차 세계대전이 한창이던 1940년대에 미 육군 항공대 전략 공군은 보잉(Boeing)에 기존의 공중급유방식보다 더욱 신속한 급유가 가능한 새로운 공중급유체계 개발을 주문하였다.

 

이것이 플라잉 붐의 시초이다. 최초의 플라잉 붐 급유체계는 B-29 폭격기를 개조한 KB-29 공중급유기에 도입되었다. 이후 현재까지 개발된 플라잉 붐 방식 공중급유체계는 에어버스(Airbus)의 A340 MRTT 공중급유기가 등장하기 전까지는 보잉이 독보적인 위치를 누리고 있었다. 오랜 세월동안 보잉이 다종의 공중급유기에 플라잉 붐 체계를 통합하면서 풍부한 노하우를 축적했음을 의미한다.

 

 2차 세계대전 후반기에는 미 육군항공대의 전략 공군이 독일과 일본의 주요 도시들을 폭격하면서 폭격기의 원거리 전개 능력이 중시되었다. 플라잉 붐 급유 방식은 이러한 배경에서 개발된 것이다.

 

 급유 드로그(Drogue)를 이용한 급유방식은 연료 전송율이 높지 않다. 이 때문에 폭격기와 같은 대형 항공기들은 급유에 소요되는 시간이 길다. 1회에 2기의 항공기에 공중 급유를 할 수 있다고 하더라도 이와 같이 급유에 소요되는 시간이 길기 때문에 급유 대기 항공기들이 대기 중 소모하는 연료가 많다. 급유 시에 급유 소요 시간을 증가시키는 일종의 악순환으로 이어지게 된다.
 
 전투기와 같은 소형 항공기에 공중 급유를 할 때에는 드로그를 이용한 급유의 단점이 이와 같이 커지진 않는다. 이는 전투기에 급유할 연료가 공중급유기와 비교할 수 없이 적기 때문이다.

 

이 경우, 오히려 다수의 항공기에 동시에 급유가 가능하다는 것은 장점이 된다. KC-10의 경우에는 후방 동체의 스타보드(Starboard. 항공기 우측)와 주익에 공중급유드로그 포드를 다수 통합함으로써 프로브 & 드로그 급유 방식을 사용하는 항공기 다수에 동시에 급유를 할 수 있도록 제작되었다.


 수송기와 공중급유기의 경우에는 프로브 급유 방식의 급유 효율이 높지 않다. 대형 수송기와 전략 폭격기의 경우에는 1기의 급유기에 동시에 다수가 접근하여 급유를 받을 수가 없기 때문이다.
이와 같은 제한은 급유에 필요한 비행 공간 문제 때문이기도 하지만, 그와 동시에 대형 항공기가 서로 접근한 상태에서 발생하는 공역학적인 간섭 현상 때문이기도 하다.

 

 여기에 더해서 공중급유기의 비행으로 인해 후방에서 발생하는 파동으로 인해 프로브가 영향을 받아 유동이 발생하게 된다. 급유 프로브로 접근하는 항공기 또한 이러한 파동에 영향을 받게 되며, 또한 급유기 엔진에서 분사되는 후류(Jet wash)를 피해서 접근을 해야 한다.

이러한 것들 역시 대형 항공기가 프로브 & 드로그(Probe & Drogue) 급유 방식으로 연료를 보급받을 때 시간을 지연시키는 요인이 될 수 있다. 이는 결과적으로 수송기와 폭격기 등의 장거리 전개 시에 다수의 급유기와 급유 횟수를 필요로 하게 된다.

 

 

 2. 니켈 그라스(Nickel Grass) 작전

 
 미 공군이 태평양 전쟁 당시에 플라잉 붐 방식의 급유 방식을 처음 도입한 것은 전략 공군적인 필요에 의해서였다. 2차 세계대전 종전 이후에도 미 공군은 동 급유 방식을 고수하여 오늘에 이르고 있다.

 세계대전 종식 이후에 곧바로 시작된 냉전 시대에 장거리 전략 폭격기로 대표되는 전략 공군으로서의 미 공군이 핵심적인 위상을 차지했기 때문이다. 당연히 대형 항공기의 장거리 전개 시에 효율적인 급유가 가능한 플라잉 붐 급유 방식이 주류를 형성할 수밖에 없었다.

 오늘날 미 공군의 항공기는 구조적인 이유로 인해서 플라잉 붐 급유가 불가능한 회전익 항공기(헬기)들을 제외하면 대부분 플라잉 붐 급유구를 보유하고 있다.
 
 KC-10의 경우에는 이러한 모티브가 더욱 강화되어 개발된 공중 급유기이다.

 현재에도 미국, 프랑스, 터키, 싱가포르 공군 등에서 대량으로 운용되고 있는 KC-135 공중 급유기는 1960년대부터 운용되었다. 현재까지 개발된 모든 공중급유방식(플라잉 붐 / 붐 드로그 / 프로브 & 드로그)이 모두 도입된 KC-135는, 그러나 대표적인 플라잉 붐 방식의 공중급유기로 널리 인식되고 있다.
 


 그러나 KC-135 공중급유기는 이미 1970년대부터 한계를 드러내기 시작하였다. 특히 KC-135 항공기의 연료 탑재량 부족 등으로 인한 자체 행동반경 부족과 연료 보급 가능 규모가 부족한 것이 대형 수송기와 폭격기 장거리 전개에 문제가 되었다.
 
 이와 같은 대형 항공기 장거리 이동의 대표적인 사례라고 할 수 있는 니켈 그라스(Nickel Grass) 작전 당시에 이러한 문제가 표면으로 드러나게 된다. 1973년 제 4차 중동전쟁 초기에 초동대응에 실패하여 큰 피해를 입은 이스라엘군의 작전 능력을 회복시키기 위해 미국은 이스라엘에 대규모 군수물자를 제공하기로 결정하였다. 여기에는 전차, 각종 부품, 대전차 미사일, 공대지 미사일, 포탄, 전투기까지 있었다.

 당시 아랍 국가들의 보복을 염려한 대부분의 유럽 국가들이 이들 군수물자를 적재한 미 공군 수송기의 영공 통과와 기지 착륙을 거부하였다. 이 때문에 미 공군은 최대 이륙중량까지 연료와 화물을 만재한 수송기들을 미 본토의 찰스턴(Charleston) 공군기지에서 대서양 아조레스(Azores) 군도에 위치한 포르투갈 라제스(Lajes) 공군 기지까지 6천 Km가 넘는 거리를 비행해야 했다.
 
 해당 기지에서 연료 재보급을 받은 후에 목적지인 이스라엘까지 또 다시 6천 Km 가까이 비행해야 했다. 특히 라제스 기지에서 이스라엘까지 비행하는 경로는 지중해 공역에 진입한 후 (영공 통과를 허용하지 않은) C-141은 총 90개 편조가 이와 같은 장거리 비행을 해야 했으며, C-5 수송기는 17개 편조가 차례로 이스라엘을 향해 찰스턴 기지로 출격하였다.

 약 1만 2천 Km를 비행하는 동안 한 번만 중간 기착지에서 급유를 받을 수 있기 때문에 1개 편조를 지원하기 위한 급유기 소요 규모가 클 수밖에 없었다. 대부분의 수송기가 최대이륙중량에 가까운 상태에서 출격하였기 때문에 연료 소모율이 높은 것도 급유기를 많이 필요로 하는 이유가 되었다.

 이같이 급유기 소요가 많은 편조가 대량으로 편성되었기 때문에 <니켈 그라스 작전>에서는 임무 계획 수립에 있어서 공중급유 소요 프레임이 방대하였다. 이러한 프레임에 연료 적재량과 행동반경이 부족한 KC-135를 맞추려고 하다보니 최종적으로 작전에 투입되는 급유기 숫자가 많은 비효율적인 작전이 되었다.
 
 특히 KC-135의 행동반경이 C-5와 같은 대형 수송기를 따라갈 수 없다는 점, 그리고 1회 급유 시에 대량의 연료를 필요로 하는 데형 항공기 연료 보급 시에 소요 시간이 길다는 점이 KC-135가 이와 같은 전략적인 장거리 임무를 비효율적으로 만드는 요인으로 제기되었다.

 3. KC-10 익스텐더(Extender)

 베트남 전쟁 당시에도 이러한 KC-135의 문제점이 이미 극명하게 드러난 바 있다.
롤링 썬더(Rolling Thunder) 작전과 라인베커(Linebecker) 작전 등 북폭으로 인해 전략 폭격 소요가 대폭 증가하면서 자연스럽게 공중급유소요가 늘어나게 되었다.

 

 KC-135의 한계를 극복하기 위해 미 공군은 가용 KC-135 공중급유기 대부분을 태국 등 동남아시아에 집중 전진 배치시켜야 했다. 연료를 만재한 상태에서 행동반경이 짧은 KC-135 공중급유기는 타 방면의 기지에 배치된 상태에서 베트남 공역에서 급유 지원을 하는 것이 불가능하였기 때문이다.

 

이 때문에 알래스카를 경유하여 소련에 핵보복을 하기 위해 미 본토에 배치된 전략 폭격기들을 지원하기 위한 급유기를 제외하면 대부분 동남아시아의 전진 기지에 집중되었다. 이는 미국에게 전략적으로 중요한 유럽 등에서의 항공력 운용을 제한시키는 요인이 되었다.
 
 1975년에 미 공군은 실제 작전에서 드러난 KC-135의 단점을 면밀히 분석한 후, 전략 공군에 맞는 공중급유기 개발을 위한 성능 요구와 개념을 정립하였다.
 
 새로운 공중급유기를 획득하기 위한 ATCAP(Advanced Tanker Cargo Aircraft Program)에서 맥도널 더글라스(McDonnell Douglas)사는 DC-10을, 보잉(Boeing)은 747 기반 항공기를 제안하였다. 이 외에도 록히드(Lockheed)사는 L-1011 기반 항공기와 C-5 수송기 개조 급유기를 제안하였다.

 이미 1972년부터 미 공군은 DC-10 여객기의 공중급유기 개조 타당성에 대한 연구를 진행하고 있었으며, 결국 1977년에 맥도널 더글라스의 제안이 정식으로 채택되기에 이른다.
 
 DC-10-30CF를 기반으로 개발된 KC-10 공중급유기는 DC-10 여객기와 약 90 퍼센트 정도 공통점을 갖고 있다. DC-10은 맥도널 더글라스의 항공기이지만, 해당 항공기를 재설계하고 공중급유에 필요한 시스템을 제작, 통합하는 작업은 보잉이 담당하였다.

 KC-10의 연료 탱크는 총 6기이다. 이 중 공중급유목적으로 활용되는 주 연료탱크는 총 3기이며, 나머지 3기는 KC-10 공중급유기의 화물 적재공간 하부 공간에 위치하고 있다.


6곳의 연료탱크에 적재되는 최대 연료 탑재량은 약 36만 파운드(lbs)에 육박하며, 이는 KC-135의 최대 연료 적재량의 약 2배에 달한다. 또한 이는 KC-135 항공기가 연료를 최대한 만재한 상태에서 최대 이륙중량인 약 32만 파운드를 상회하는 수치이다. 다시 말해서 KC-10은 연료 적재량만 하더라도 KC-135의 항공기 자중과 연료 최대 적재량 등을 모두 합한 것보다 더 큰 것이다.

 


 
 KC-135의 부족한 연료 탑재량이 장거리 작전 시에 문제가 되었기 때문에 ATCAP 사업에서는 대량의 연료 적재가 가능한 광동체 항공기만을 검토 대상에 놓고 평가하였다. 이 때문에 이와 같은 체급 차이가 발생하게된 것이다.

 플라잉 붐의 연료 전송율 또한 더욱 증가하여 1분에 약 3,356 Kg 이상의 속력으로 연료를 보급할 수 있다(KC-135의 플라잉 붐은 1분당 3천 Kg에 조금 못 미침). KC-10의 급유 드로그 또한 KC-135에 탑재되는 드로그 포드인 MK.32B의 그것보다 더욱 높은 연료 전송율을 보유한다.

 

여기에 더해서 협동체 항공기인 KC-135가 2기의 MK.32B를 양쪽 주날개 아웃보드에 각각 1기씩 탑재하는 것과 달리, KC-10에는 후방 스타보드에 급유 드로그 1기와 양쪽 주날개에 각각 3기씩 최대 7기의 프로브 & 드로그 급유 체계를 통합할 수 있다.

이와 같이 연료전송율과 동시 급유 가능한 항공기 숫자가 증가하면서 KC-10이 프로브 & 드로그 방식으로 다수의 항공기에 연료를 재보급할 수 있는 시간 또한 KC-135 보다 단축되었다.

 KC-10에 이르러서 기술적으로 더욱 진보하게 된 중요한 부분 중 하나는 플라잉 붐 제어 체계이다. KC-10의 플라잉 붐의 조종면은 붐 관제 체계와 FBW(Fly By Wire)로 연동되어 있다.

 

KC-10의 급유 관제 체계는 급유기와 피급유기의 비행 정보, 대기 자료 정보 등과 통합하여 관제사가 제어 스틱을 조작하여 입력한 붐 제어값만큼 급유봉을 제어하기 위한 제어 데이터를 산출하여 급유봉의 구동면을 제어하게 된다.

또한 급유봉의 조종면의 움직임이 FBW를 통해 관제 체계로 피드백이 되어 급유 관제 컴퓨터가 과도하게 급유봉을 움직이지 않도록 제어할 수 있다. 이는 급유봉을 피급유 항공기의 리셉터에 접합할 때 필요한 조작을 KC-135 보다 더욱 감소시킴으로써 급유 시간을 절약할 수 있도록 한다.

 

따라서 동일한 조건(피급유 항공기의 기종과 숫자, 필요 연료, 비행 고도 등)에서 급유기와 피급유기의 급유 대기 증으로 인한 연료 소모를 더욱 감소시킴으로써 전체 임무 구간동안 연료 보급 효율을 더욱 증가시킬 수 있게 된다.

 KC-10은 1981년부터 전력화가 시작되어 루이지애나(Louisiana)에 위치한 미 전략공군 사령부 기지에 배치되기 시작하였다. 1986년에 서베를린의 디스코 하우스에서 발생한 테러에 대한 보복으로 미 공군과 해군이 리비아 공습작전, 일명 엘도라도 캐년(Eldorado Canyon) 작전을 감행했을 때 KC-10 공중급유기가 처음으로 작전에 투입되었다.

 

당시 투입된 미 공군 제 48 비행단의 F-111F와 EF-111 전자전기는 영국 레이큰히스(Lakenheath) 공군기지에서 출격하여 리비아 트리폴리까지 비행하였다.
1973년에 있었던 니켈 그라스 작전과 마찬가지로 엘도라도 캐년 작전 또한 대부분의 유럽 국가들이 영공 통과와 중간 기착을 허용하지 않았기 때문에 스트라이크 패키지가 장거리를 비행하면서 오직 공중급유기를 통해서만 급유를 받을 수 있었다.

 

또한 유럽 국가들의 영공 통과 거부로 인해서 최단 경로를 사용하지 못하고 부득이하게 크게 우회하는 경로를 선택함으로써 대량의 연료 소모가 요구되었다는 점 또한 니켈 그라스 작전과 흡사하였다.

 다만 엘도라도 캐년 작전 당시에는 KC-135 공중급유기가 더 이상 작전 항공기에 대한 급유 임무를 담당하지 않게 되었다. F-111과 EF-111이 트리폴리 공역에 도착할 때까지 공중급유는 미 본토 전략공군 사령부에서 차출된 KC-10 공중급유기가 담당하였다.

 

이와 같이 KC-10은 기존의 KC-135와 달리 일선 기지에서 작전 편조와 함께 출격하는 것이 아니라 미 본토에서 발진하여 유럽과 중동 공역의 작전 항공기에 급유하는 것이 가능하게 되었다. KC-135도 이 작전에 투입되었지만, 이들은 작전 항공기에 직접 급유를 하지 않고 KC-10에만 연료를 보급하였다.

 이 작전에서 KC-10의 공중급유를 받으며 트리폴리 공역까지 접근한 F-111은 EF-111의 전자적인 지원 하에 저고도로 표적에 접근하여 카다피의 숙소와 테러리스트 캠프, 트리폴리 공항 등을 성공적으로 타격하였다(당시 미 공군 피해는 F-111F 1대 피격. 조종사와 WSO 모두 전사).

 

 1992년부터는 전략공군사령부의 KC-10A 공중급유기가 항공수송사령부로 이관되어 미 본토에서 해외로 전개되는 항공기의 공중급유임무와 장거리 전략공중급유 임무 등을 담당하게 되었다.

KC-10의 배치로 KC-135의 상당수는 해외의 작전 기지에 전개되어 해당 기지의 작전 전구 내에서의 공중급유임무에 집중할 수 있게 되어 전체적인 공중급유기 운용이 더욱 효율적으로 이루어질 수 있게 되었다. 

 

 KC-10 공중급유기는 엘도라도 캐년 작전 이후에도 1991년에 사막의 폭풍 작전과 데저트 쉴드 작전, 그리고 1999년의 얼라이드 포스 작전에서도 핵심적인 공중급유기로 운용되었다.

얼라이드 포스 작전 당시에는 KC-10 공중급유기가 유럽에 배치되어 총 409회의 공중급유임무를 수행하였다.

 

2001년의 항구적 평화 작전에서부터 2003년의 이라크 자유 작전까지 이어지는 테러와의 전쟁에서도 KC-10은 핵심 공중급유기로 활약하여 무려 1390회의 공중급유임무를 달성하였다.
2019년 현재 미공군이 59대를 보유,운용중이다. KC-10 공중급유기가 있어서 그나마 KC-46A  차기 공중급유기 도입이 지연되어도 작전에 큰 차질을 주지 않는 것이다.

 

(Photos : USAF,BOEING)

  

2019년 10월30일 23시28분  

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