“땅에선 기름 줄줄, 하늘선 마하 3”…세계서 가장 빠른 비행기의 비밀 [밀리터리+]

엔진만으로 날지 않았다…공기 흐름까지 추진력으로 바꾼 SR-71의 상식 밖 설계

미국 록히드가 만든 전략정찰기 SR-71 블랙버드는 지금도 항공기술의 전설로 꼽힌다. 개발은 록히드마틴의 전신인 록히드의 비밀 항공기 개발 조직 스컹크웍스가 주도했다. 퇴역한 지 오래됐지만 ‘세계에서 가장 빠른 유인 공기흡입식 항공기’라는 상징성은 여전히 강하다. 최고 속도는 마하 3을 넘었고 미사일 회피까지 속도로 해결한 기체였다.

하지만 SR-71의 진짜 비밀은 단순히 강력한 엔진에 있지 않았다. 미국 항공 전문 매체 심플플라잉은 지난 2일(현지시간) SR-71의 독특한 추진 구조를 조명하며 조종사와 정비사들조차 이 기체를 일반 항공기와 같은 방식으로 설명하기 어려워했다고 전했다.





SR-71에는 프랫앤드휘트니가 만든 J58 엔진이 들어갔다. 엔진의 특징은 ‘세게 불을 뿜는 엔진’에 그치지 않았다. 속도가 빨라질수록 기체 앞에서 밀려드는 공기 자체가 추진력으로 바뀌었다. 엔진이 모든 힘을 내는 것이 아니라 흡입구로 들어온 공기를 압축하고 흐름을 바꿔 더 큰 속도를 얻는 방식이었다.

SR-71은 순항 속도만 마하 3.2에 달했다. 이 정도 속도에서는 기체를 때리는 공기가 평범한 바람이 아니라 거대한 벽처럼 밀려드는 압력에 가깝다. 기체 양쪽 엔진 앞에는 창끝처럼 뾰족한 장치가 달려 있다. 이 장치는 고속으로 밀려드는 공기를 정리해 엔진 안으로 보내고 그 흐름을 다시 힘으로 바꿨다.

쉽게 말하면 SR-71은 엔진만 세게 돌려서 빠르게 난 비행기가 아니었다. 속도가 올라갈수록 앞에서 밀려오는 공기를 더 적극적으로 활용했다. 자동차라면 맞바람이 속도를 방해하지만 SR-71은 그 압력까지 자기 편으로 끌어들였다.

엔진보다 공기를 썼다



대부분의 전투기에서 애프터버너는 짧게 쓰는 장치다. 엔진 뒤쪽에 연료를 더 뿌려 불길을 키우고 순간적으로 속도를 끌어올리는 방식이다. 급가속하거나 미사일을 피할 때 잠깐 켜는 경우가 많다. 연료 소모가 크고 엔진 부담도 커 오래 쓰기 어렵다. 그러나 SR-71은 임무 내내 애프터버너를 켠 채 비행하도록 설계됐다. 보통 항공기의 상식을 뒤집은 구조였다.

고속 비행에 들어가면 SR-71의 흡입구와 엔진 주변 구조가 더 큰 역할을 했다. 엔진 안쪽을 지나지 않은 공기까지 뒤쪽으로 보내 연료와 함께 태웠고 이 과정에서 추가 추력이 생겼다. 마하 3 영역에서는 고속으로 밀려드는 공기 자체를 압축해 힘으로 바꾸는 효과까지 활용했다.

조종사와 정비사들이 이 시스템을 ‘마법 같은 기술’로 여긴 이유도 여기에 있다. SR-71의 엔진은 단순히 금속 부품이 돌아가는 장치가 아니었다. 흡입구 안에서 공기가 어떤 모양으로 흐르는지가 성능을 좌우했다. 앞쪽 흡입구의 뾰족한 부분이 조금만 잘못 움직여도 공기 흐름이 흐트러졌고 엔진은 순간적으로 힘을 잃을 수 있었다.

기체 소재부터 달랐다. SR-71은 대부분 티타늄 합금으로 만들어졌다. 마하 3 이상으로 날면 공기와의 마찰 때문에 기체 표면이 뜨겁게 달아오른다. 일반 금속으로는 이런 열을 버티기 어려웠다. 록히드는 고온을 견디기 위해 티타늄 구조를 대규모로 적용했다. 당시 항공기 제작 기술로는 매우 과감한 선택이었다.

기름 새던 설계도 계산이었다



문제는 지상에 있을 때였다. SR-71은 마하 3 고속 비행 때의 열팽창을 고려해 만들어져 비행 전에는 부품과 연료탱크 사이에 일부 틈이 있었다. 이 때문에 연료가 새기도 했다. 결함처럼 보였지만 고속 비행에 들어가 기체가 달아오르면 구조가 맞아떨어지는 계산된 설계였다.

SR-71이 사용한 JP-7 연료도 평범하지 않았다. 연료는 쉽게 불이 붙지 않도록 만들어졌다. SR-71은 비행 중 기체가 매우 뜨거워졌기 때문에 일반 연료를 그대로 쓰기 어려웠다. JP-7은 엔진을 돌리는 연료이면서 뜨거워진 기체와 장비의 열을 흡수하는 역할도 했다.





다만 너무 안정적인 연료는 불을 붙이기 어렵다. SR-71은 이를 해결하고자 특수 화학물질을 사용했다. 엔진 시동과 애프터버너 점화 때 이 물질이 연료에 불을 붙였고 이 과정에서 특유의 밝은 녹색 불꽃이 나타났다.

SR-71은 비행 전부터 착륙 후까지 일반 항공기와 다른 기준으로 움직였다. 차가운 지상 상태와 마하 3 고속 비행 상태를 모두 염두에 둔 기체였고 이륙 뒤 고속 영역에 들어가면 구조와 엔진은 전혀 다른 조건에서 작동했다. 겉보기에는 불안정하고 비효율적으로 보였지만 실제로는 초고속 정찰 임무에 맞춘 계산된 체계였다.

블랙버드는 퇴역 전까지 여러 속도·고도 기록을 남겼다. 1976년에는 마하 3.3 안팎(시속 약 3529㎞)의 공식 속도 기록을 세웠고 1990년 마지막 비행에서도 미국 대륙을 가로지르며 또 다른 속도 기록을 남겼다. 지금도 SR-71은 20세기 항공기술이 어디까지 갈 수 있는지를 보여준 상징으로 평가된다. 상식 밖 설계처럼 보였던 요소들이 모두 초고속 비행을 위한 계산이었던 셈이다.

윤태희 기자