벨 XV-15

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XV-15
호버의 XV-15
역할	실험용 VTOL 항공기
국기원	미국
제조사	벨 헬리콥터 텍스트론
제1편	1977년 5월 3일
은퇴한	2003
기본 사용자	나사
숫자 빌드	2
로 발전했다.	V-22 오스프리

벨 XV-15는 미국의 틸트로터 VTOL 항공기다. 그것은 두 번째로 성공적인 실험용 틸트로터 항공기였으며 기존 헬리콥터에 비해 이 개념의 고속 성능을 처음으로 입증했다.

개발

초기 VTOL 로터 항공기

윙팁에 헬리콥터 같은 로터를 이용해 VTOL 항공기를 만든다는 생각은 1930년대에 착안했다. 현대 틸트로터와 닮은 최초의 디자인은 1930년 5월 조지 레버거가 특허를 냈지만, 그는 이 개념을 더 발전시키지는 못했다. 제2차 세계 대전에서는 1942년부터 Focke-Achgelis Fa 269라는 독일 원형이 개발되었지만 결코 날아가지 않았다.

비행에 성공한 두 개의 프로토타입은 1인승 초월 모델 1-G와 2인승 초월 모델 2로, 둘 다 단일 왕복 엔진으로 구동된다. 1947년 모델 1-G에 대한 개발이 시작되었고 1954년에 개발되었다. 모델 1-G는 1955년 7월 20일 체서피크 만에서 추락할 때까지 비행해 원형 항공기는 파손됐지만 조종사는 크게 다치지 않았다. 초월체 1-G는 최초로 틸트로터를 이용한 항공기로, 실제 수평 비행에서 10도 이내로 대부분의 헬리콥터 대 항공기 전환을 달성했다. 모델2는 개발돼 곧바로 비행했지만 호버 테스트 이상으로 비행하지는 않았다. 미 공군은 벨 XV-3에 찬성하여 자금을 회수했다.

벨 XV-3는 1955년에 처음 비행되었다. XV-3는 이전 모델과 마찬가지로 동체 내 엔진과 구동축이 기울어지는 윙팁 로터 어셈블리에 동력을 전달하도록 했다.

감속 로터, 정지 로터, 접이식 로터, 가변 직경 로터 등 기타 로터 개념은 후속 설계에 대해 조사했지만 벨 엔지니어 케네스 베르니케와 밥 리히텐은 XV-3 프로젝트 경험에 비해 실현 불가능하다고 판단했다.^[1]

기술적 진보

초기 틸트로터 항공기 설계의 주요 문제 중 하나는 동체에서 날개끝 로터로 동력을 운반하는 구동축과 윙팁의 기어박스 및 기울기 메커니즘이 상당한 하중을 가졌고 무거웠다는 것이다. 그들은 항공기 송전 시스템을 위해 다량의 전력과 토크를 장거리로 전송하고 있었다.

XV-15 실험 항공기는 주요 설계 개념 진보를 도입했다: 동체의 엔진 대신, XV-15는 회전하는 날개 끝 단으로 엔진을 이동시켜 로터와 직접 결합했다. 정상적인 동력 경로는 긴 샤프트가 개입되지 않은 상태에서 엔진에서 속도 감소 기어박스로, 로터/프로펠러로 직접 이동했다. 엔진 고장 시 반대쪽 로터에 동력을 전달하는 비상용 날개를 따라 구동축이 있었지만, 그 샤프트는 보통 동력 부하를 전혀 실어 나르지 않아 가벼웠다.

틸팅 엔진 개념은 수평 작동에서 수직 작동으로 전환할 수 있도록 엔진과 엔진 포드의 설계에 복잡성을 도입했다. 그러한 문제들은 XV-15 프로그램에서 상당히 일찍 다루어졌다.

1960년대 후반과 1970년대 초에 NASA를 비롯한 다른 연구자들은 다양한 로터 포드의 이론 및 풍동 실험에 광범위하게 연구하였다. 이 연구에는 벨 헬리콥터와 보잉 버톨이라는 두 회사가 참여하여 디자인을 제안하였다. 틸트로터 포드(Tilt-rotor Pods)와 기체의 날개와 동체와 틸트로터 통합, 로터가 기울어짐에 따른 기류 연구 등에 초점이 맞춰졌다. 고정형 로터와 접이식 로터가 있는 틸트로터를 조사하였다.

XV-15 프로젝트

XV-15 프로그램이 될 예정이었던 것은 1971년 NASA 에임스 연구 센터에서 시작되었다. 사전 작업 후, 프로토타입 디자인에 대해 2개의 50만 달러의 연구개발 계약을 수여하는 대회가 개최되었다. 이에 대응한 기업으로는 시코르스키항공기, 그루먼항공기, 보잉버톨, 벨헬기 등이 포함됐다.

1972년 10월 20일 벨 헬리콥터와 보잉 버톨에 연구개발 계약이 체결되었다. 두 회사의 디자인 제안서는 1973년 1월 22일에 전달되었다.

경쟁 디자인

보잉 베르톨은 엔진들이 각 날개 끝에 고정된 팟(pods)에 있고, 로터가 달린 작고 회전하는 팟이 날개 위의 동체에 약간 더 가까이 있는 모델 222(후기 벨 222 재래식 헬리콥터와 혼동하지 말 것)를 제안했다. 이 설계는 틸팅 로터에 매우 긴 구동축이 없이 항상 수평을 유지함으로써 엔진 설계를 단순화했다.

벨 디자인, Bell 모델 301에서는 엔진과 로터 어셈블리를 포드 내에서 함께 고정시킨 상태에서 전체 윙팁 포드가 수평과 수직 사이를 회전했다. 이것은 동력 전달을 단순화시켰지만, 엔진 설계에 대한 요구사항이 더 복잡했고 아마도 보잉의 제안보다 약간 무거웠을 것이다.

NASA는 두 제안서를 검토한 후, 추가 개발을 위해 Bell 301을 선정하였고, 1973년 7월 31일 추가 연구개발 계약이 발행되었다. 광범위한 엔지니어링과 테스트가 그 항공기의 개발을 완료하는 데 앞으로 4년이 걸렸다. 두 개의 벨 XV-15 중 첫 번째, 꼬리 번호 N702NA는 1977년 5월 3일에 처음 비행했다. 벨 시험 시설에서 최소한의 비행 시험 후, 그 항공기는 캘리포니아주 마운틴뷰에 있는 아메스 연구 센터로 옮겨졌고, 그 후 커다란 아메스 풍동에 탑재되어 다양한 모의 비행 환경에서 광범위하게 시험되었다.

미국 국방부 합동 서비스 수직 이착륙 실험(JVX) 항공기 프로그램의 경우 벨 헬리콥터와 보잉 버톨이 팀을 이뤄 1983년 XV-15의 확대 버전을 위한 입찰서를 제출했다. 벨 보잉 팀은 그해 예비 설계 계약을 받아 벨 보잉 V-22 오스프리로 이어졌다.^[2]

비행시험

풍동실험과 벨의 비행시험에 이어 항공기는 캘리포니아 고등사막 에드워즈 공군기지에 있는 NASA 드라이든으로 옮겨졌다. XV-15 비행시험은 비행봉투를 계속 확장시켰다. 헬리콥터와 일반 항공기 비행 모드 모두에서 성공적으로 운용할 수 있었고 둘 사이의 원활한 전환이 가능했다. 일단 충분히 시험한 것으로 간주된 항공기는 추가 시험을 위해 아메스 연구소로 반환되었다.

XV-15는 충분히 시험된 것으로 간주되었고, 1981년 파리 에어쇼에서 시연 비행을 위해 한 대의 항공기가 동원되었다. 뉴욕타임스는 이 같은 활약에 찬사를 보냈다. "그리고 만약 사랑스러운 비행기가 있다면, 그것은 벨 XV-15... 쇼의 히트작인 이 기계는 관중에게 고개를 숙여 인사하는 등 일련의 기동훈련을 했다고 말했다.^[3] 이후 1년 동안 배리 골드워터 상원의원, 존 리먼 해군 장관 등 관리들은 군사 개발을 위한 틸트로터 기술을 홍보하기 위해 초대 부조종사 항공편을 제공받았다.^[4]

XV-15는 1980년대 동안 몇 년간 공동 배치된 모펫 필드 해군 공군기지에서 열린 연례 하계 에어쇼에서 표준시연이었다. 두 XV-15는 V-22 및 AW609 프로그램을 포함하여 뒤따를 수 있는 민간 및 군용 항공기 유형에 대한 공기역학 및 틸트로터 애플리케이션 시험을 1980년대에 걸쳐 활발하게 비행했다.

국제자동차연맹(Fédération Aéronautique Internationale)은 XV-15를 로토디네로 분류해 시속 456km(283mph)^[5]의 속도 기록과 3km와^[6] 6km의 클림브 시간 기록을 보유하고 있다.^[7]

추가 테스트

최초의 XV-15 프로토타입 항공기인 N702NA는 회사의 개발 및 시연을 위해 Bell로 다시 이전되었다. 1992년 8월 20일, 이 항공기는 한 게스트 테스트 파일럿에 의해 비행 중 추락했다. 그는 마지막 호버를 위해 들어올리다가 주탑의 집단제어장치에서 볼트가 빠져서 로터가 풀 피치로 가게 만들었다. 비행기가 통제할 수 없을 정도로 거꾸로 굴러 뒤집혀 추락했다. 항공기는 크게 파손된 상태였지만 구조적으로 대부분 온전했고 조종사와 조종사 모두 추락으로 인한 가벼운 부상만 입고 탈출했다. 그 항공기의 조종석은 구조되어 비행 시뮬레이터로 사용하기 위해 개조되었다.

두 번째 XV-15 프로토타입인 N703NA는 V-22 오스프리 군용 틸트로터 프로그램과 벨/아구스타 BA609 민간용 중형 틸트로터 수송기를 지원하기 위한 시험에 사용되었다. 그것은 주로 2003년 9월까지 NASA 시험운영에서 계속되었다. 가장 짧은 도약 거리는 나셀이 75도 각도로 달성했다.^[8]

N703 이후NA는 시험 운영에서 은퇴했고, 그것은 워싱턴 D.C.에 있는 스미스소니언 국립 항공 우주 박물관에 기증되었다. XV-15는 텍사스 포트워스에서 박물관까지 크로스컨트리 비행을 한 후 전시용으로 해체되었다. 그것은 현재 스티븐 F에 전시되어 있다. 워싱턴 덜레스 국제공항의 우드바르-하지 센터.

사양(XV-15)

외부 이미지
XV-15 컷어웨이

제인의 전 세계 항공기 1988-89의^[9] 데이터

일반적 특성

• 승무원: Rockwell-Columbus LW-3B 배출 시트에 2명
• 용량: 시트 장착 시 최대 9명의 승객 / 3,400lb(1,542kg) 최대 페이로드 STOL
• 폭: 57ft 2인치(17.42m) 로터 회전
• 높이: 테일 핀 위로 12ft 8인치(3.86m)

나셀 수직으로 15ft 4인치(5m)

• 날개 면적: 169평방피트(15.7m²)
• 에어포일: 날개 - NACA 64A015^[10]
• 공중량: 9,570 lb(4,341 kg)
• 총중량: 13,000 lb (5,897 kg) VTO
• 최대 이륙 중량: 15,000 lb(6,804 kg) STO
• 연료 용량: 4개의 윙 탱크에서 229 US gal(191imp gal, 867 l)
• 발전소: 2 × Textron Lycoming LTC1K-4K 터보샤프트/터보프롭 엔진, 각 정상 이륙 동력(1,550shp(1,160kW) (최대 10분)^[11]

1,802 쉬프(1,344 kW) 비상 전원(최대 2분)

(수정된 리커밍 T53-L-13B)

• 메인 로터 직경: 2 × 25 ft(7.6 m)
• 주 로터 면적: 981.8평방피트(91.21m²)
  
• 블레이드 섹션(원본): - 루트: NACA 64-935/528/118; 팁: NACA 64-(1.5)12/208^[10]
• 블레이드 섹션(Boing ATB): - 루트: V43030-1.58/VR-7; 팁: Boeing VR-8^[10]

퍼포먼스

• 최대 속도: 332kn(382mph, 615km/h)에서 17,000ft(5,182m)
• 크루즈 속도: 최대 303kn(349mph, 561km/h) 16,500ft(5,029m)

20,000피트(6,096m)에서 200kn(230mph, 370km/h)

• 절대 속도를 초과하지 마십시오: 364kn(419mph, 674km/h)
• 범위: 445nmi(512mi, 824km) 최대 연료
• 서비스 한도: 29,000ft(8,800m)
  
• 서비스 상한 OEI: 15,000ft(4,572m)
• 호버 천장 IGE: 10,500ft(3,200m)
• 호버 천장 OGE: 8,650ft(2,637m)
• 상승률: 해수면에서의 3,150ft/min(16.0m/s)
• 디스크 적재: 15.2lb/sq ft(74 kg/m²)
• 전력/질량: 0.45 hp/lb(1 kW/kg)^[12]

참고 항목

관련 개발

• 벨 XV-3
• 벨 보잉 V-22 오스프리
• 아구스타웨스트랜드 AW609

유사한 역할, 구성 및 시대의 항공기

• 캐나다 항공 CL-84 다이너버트
• 시코르스키 S-69
• 시코르스키 S-72

관련 목록

• VTOL 항공기 목록

참조

메모들

참고 문헌 목록

외부 링크

위키미디어 커먼즈에는 벨 XV-15와 관련된 미디어가 있다.

• 호버 비행 중 XV-15의 이미지