SR-71 일명 블랙버드에 관한 글을 적어보겠습니다 ^^
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SR-71은 마하3을 넘는 순항속도를 갖고 세계최고속도를 자랑하는 항공기이며,
공력에 의한 가열을 견딜 수 있게 대부분의 기체가 티타늄으로 만들어졌다.
티타늄의 열팽창률은 알루미늄의 3분의 1에 지나지 않으나마하3이라는고속이
주는 고온에서는 SR-71의 전장을 7.5cm정도팽창한다. 그만큼 기체가신축하므로
연료탱크의연료가 종종 새는경우가 발생한다. 연료가 새면 위험할 것이라고 생각
되나 SR-71에 사용하는 연료는통상의제트연료보다 기화온도가 높은 특수한
연료로써 상온에서는 기화하지 않으며 성냥불을 당겨도 불이 붙지 않는다.
SR-71의 작전순항고도인 고도8만피트에서는 공기밀도가 해면고도의 약26분의1,
표준대기온도는-53℃이나 설계순항속도에서 SR-71의동체나 주익표면은 공력가열
에 의해 2백℃에서 3백℃ 까지 가열된다.마하2급의 초음속 여객기 콩코드에서도
공력가열이 문제가 되었으나 기체표면온도는 91~127℃이므로SR-71에는 비교가
되지 않는다. 그리고 엔진 부분은550℃를 초과하는 곳도 있으며 배기노즐에서는
650℃정도에 까지 달한다. SR-71설계팀은 구조중량의 93%를 티타늄으로 주
구조재료에 사용했다. 그러나 이 티타늄 사용에도 문제가 있었다. 구조재료로
선정된 티타늄은 B-120(T-13V-Cr-3AI)라는 합금으로 열에담금질을 하면 140kg/㎟
이상 연장되는 강도를 얻을 수 있었으나 담금질이나 그후의 처리에 세심한 주의
가 필요 했으며 또 한 그 특성을 충분히 파악하지 못하고 있어 초기에 제작한 6천
여종의 부품중 사용할수 있는것은 겨우 10%미만이었다고 한다.
열의 영향을 받는 것은 구조재뿐만아니라 5백℃의 고온에 견딜수 있는유압의
작동유가 있어 견본을 주문한결과 종이봉투에 들어있는 하얀 가루였었다는 웃지
못할 이야기(상온에서는분말처럼 ,고온에서는 액체로된다.)도 있었으며 최종적
으로는 별도의 작동유를 개발사용했으며 엔진의윤활유도30℃이하에서는 거의
고체에 가까운 상태의 것을 사용하였다. 따라서 SR-71은 정찰명령 수령후
이륙까지 소요되는 시간은 통상 18-24시간이라고 한다. 이것은 비행계획 작성,
정찰장비장착, 조종사의준비등도 있지만 엔진의 윤활유룰 농밀한 고체의
상태에서30℃(10℃상승에 1시간소요)이상으로 가열하여 엔진을 시동하는데
시간이 필요하며 특히 한냉한 지역에서 SR-71을 운영하는데에는 상당한 이륙준비
시간이소요된다. 그리고 조종석에의 공기조절이나 전자장비의 냉각에도 특별한
배려가 필요하며 전기계통의 절연재 유압계통의 Seal 등 특별한 것을 개발하는등
고열로 인한 문제 해결에 상당한 노력을 기울였다.


공기역학적특성

SR-71은 델타익에 가늘고 긴 동체로 구성되어 있으며 좌우 주익의 중간부분에
engine nacelle을 배치하여 그 위에 수직미익을 부착한 형태를 취하고 있다.
이 델타익은52.629의 전진후퇴각을 갖고있으며 볼록(凸)형의  익형을 사용하였으며
외익에는 5도의 conial camber를 부착시켰으며 엔진 낫셀로 잘려진 주익후연에는
각각  조종익 면(elevon)이 부착돼 있다. 엔진낫셀위에 설치된 2개의 수직미익에는
엔진하나가 정지시 발생하는 yaw 모멘트에 대처할 수 있도록 미익전체가 움직여
방향타 역할을 한다. 공력적인 면에서 가장 큰 특징으로 되어있는 것은 동체의
주익의 전연부에서 기수까지 기체 전 길이의 약40%정도에 이르는 전연 chine이
있다는 것이다. 이 차인은 종횡비가 극히 적으며 후퇴각이 큰 날개로서의 기능을
하며 아음속에서는 거의 양력을 발생하지 않으나 음속을 초과하면 점차 양력을
발생한다. 델타익은 통상의 후퇴각에 비해 총음속이 되었을때의 풍압중심이
후퇴량이 적으나 어느정도 후퇴하여 기수가 내려가므로 elevon을 올려서 trim을
조작해야하며 그만큼 저항이 증가한다. 초음속이 되면 양력을발생하는 차인은
그 기수를 내리려하는 힘을 제거하여 트림저항을 최소한으로 막는 역할을 한다.
단순한 델타익에서는 기수를 올린 자세를 취하는데에 엘레본을 움직여 하향의
양력을 발생시킬 필요가 있으며 유효양력을 감소시키는데에 대해 차인의 양력이
기수를 올리는 것을 돕게되므로 엘레본의 조작에 의한 양력으 손실이 적다.
또한 영각을 취했을때 차인은 거시서 발생하는 와류에의해 수직미익의 효력을
유지하여 방향안정성을 증가시키는 역할도 한다, 엔지낫셀의 외측의 차인은
오히려 대영각일때에 엘레본을의 효력의 저하를 막아주는 역할을 한다.
SR-71의 엔진낫셀은 대단히크다. 직경이 178cm로 동체의
주 구성부분보다 굵으며 길이가 10m이상이다. 여기에 수용되는 엔진은 P&W사가
개발한 J58엔진이다. 9단압축기와 2단의 터빈을 갖는 단축의 터보제트엔진으로서
높은 Mach Number가 되면 압축기의 4단부터 공기를 빼어내 6개의 duct로 afterburner
에 보내 압축기의 stall margin을 증가시킴과 동시에 아프터버너의 출력을
증가시키게 되어있다. 추진시스템은 공기흡입구,엔진본체,에젝타 노즐3개의
요소로 구성되어있다. 공기흡입구는 원형이며 중앙에 가동식 shock one을 설치한
가변면적식으로 마하1.6이상이 되면 쇽크콘이 점차후퇴하는한편 낫셀에
설치된 다수의 bleed구가 비행속도에 대응한 공기량을 얻을 수 있도록 조정되어
넓은 속도영역에 걸쳐 높은 효율이 발휘될 수 있도록 되있다. 그 기구는 상당히
복잡한 것이며 고속이되면 공기 흡입구내의 압력이 외기보다 한층 높아지므로
흡입구 자체가 큰 추력을 발생하는 형태가 되며 , 에젝타 노즐부분도 추력을
발생한다. 마하3.2로 비행하고 있을때에는 전체추력의 54%를 흡입구가 28.49%를
에젝터가 발생하여 엔진자체가 내는 추력은 17.6%에 지나지 않으므로 추진시스템의
총괄적 설계가 어느만큼 중요한가를 잘 알수있다. 쇽크 콘의 위치나 bleed door의
콘트롤은 극히 정밀하게 해야 할 필요가 있으므로 자동화되어 있으며 조종사가
수동으로 조작 할수있다. 그러나 쇽크콘의 위치가 규정보다 3.8cm만 엇갈려도
임무를 도중에 중지해야 할 정도로 연료 소모량이 증가해 버리리므로 거의
기계에 의존하고 조종사는 그 위치를 항상 모니터하여 고장에 대비하고
있는것이 통상이다. 연료는 동체 내부에 있는 탱크와 내익의 integral tank에
적재하며 30.6톤 이상이다.  사용하는 연료는 전용의 JP-7이며 성냥을 그어 대도
불이 붙지 않을 정도로 발화 온도가 높아 통상의 점화장치로는 엔진이 시동되지
않으며 우선 TEB(Tetra-Ethyl Borane)이라는 약제를 연소실에 주잊하여 JP-7의 점화를
촉진하게 되어있다. 아프터버너를 점화할 때에도 같은 방법을 취하며
엔진재시동시에도 TEB를 사용한다. 또한 엔진을 시동하기 위해 압축기를
회전시키는 데에는 6백마력 정도의 파워가 필요하며 특별히 제작된
공기시동시스템을 사용하고 있다.


정찰장비

SR-71의 정찰장비는 기수등4개소에 있는 Senser Bay에 수용되어 있는
고성능 카메라 SLAR(Side Looking Airborme Rader)및 ELENT(전자보수집장비)등이
있을 것이나 화실한 장비명을 알 수 없다.  이러한 센서의 탑재가능중량으로
1588Kg이라는 수치는 발표되어 있으나 그 상세한 내용도 밝혀진바 없다.
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냉전시대 자유세계 최고의 항공기술집단. 그들이 바로 록히드 스컹크웍스
다. 정식명칭이 록히드 선진 개발 계획부(LOCKHEED ADVANCED DEVELOP-
MENT PROJECTS)인 이 특수공장은 만일 전쟁이 일어나면 소련의 최우선
공격목표였을 정도로 비록 그 내부를 들여다 보지는 못해도 항상 이 위로
정찰 위성을 지나가게하던 중요한 전략적 의의를 가지고 있었다. 그들이 개발한
작품은 한국전 시 1대 48의 전과를 올린 F-86 세이버, 날으는 은탄환 F-104
스타파이터, 초고공 정찰기 U2, 최초로 마하3의 벽을 넘은 실용기 SR-71,
최초의 스텔스기 F-117에 이르기까지 실로 인류 항공사에서 기술적으로
기념비적인 것들이었다. (다음은 번역판 "스컹크웍스"의 요약임)


SR-71

SR-71은 그들의 최대의 역작으로.. 마지막 퇴역식날 파일럿이 그들 위를
지나가며 한쪽 날개를 들어 경의를 표하자 제작에 참여한 엔지니어 모두가 울음
을 터뜨렸다. 스컹크웍스를 수십년간 이끈 켈리 존슨은 사실 이 기체의 베이스
를 요격기, 폭격기등등으로 파생시키려 했으나 정부는 그 생산 플랜트와 공작기
계의 폐기를 령했다. 그 이유는, 그렇게 되면 소련을 극히 자극하게 되리라는 염려
때문이었다. 때문에 SR-71은 다시 제작될 수 없다.

주:켈리 존슨은 스컹크 웍스의 창설자이자 항공공학계 최고의 권위라는 콜리어
트로피를 두번 수상한 전설적 인물로서, 정권이 바뀌어도 언제나 최고의 기술자로
대우받았다. 스웨덴 이민에 UCLA 출신인 이 우락부락한 사나이는 항공공학의 모
든 분야를 통달했을 뿐더러 그의 능력 자체가 카리스마여서, 역시 스페셜리스트
인 부하가 하루종일 걸려 푸는 방정식의 결과를 순식간에 소수 첫째자리까지 암산
하여 경악케하곤 했다는 실로 전설적인 사나이다. 항공공학계의 에디슨이자 포드
였다고 불리우며 뉴욕 타임스는 그의 사망시 부고와 업적을 1면 톱으로 실었다.

티타늄으로 만들어진 이 비행기의 검은동체는 비행을 할때마다 열에 의해 담금질
되어 애초보다 점점 더 튼튼해졌다. 엔지니어들은 나중에 이것을 발견했다.

비행중 엔진이 너무나 고온이기에 보통의 유압오일을 쓰면 기화가 된다. 때문에
상온에선 분말이고 이륙전 가열해 죽과 같이 만들어 주입해야 했는데 이 오일 분말
의 조성과 제조법은 블랙버드 최고기밀중 하나였다. 추운 지방에서는 이륙에 시간
이 더 걸릴 수 밖에 없었다.

이 비행기의 첫 이륙때, 태양을 향해 솟아오르는 광경은 표현할 수 없는 경이였다
목격자들은 전한다.

이 비행기는 (60년대에 나왔다) 아마 2010년에 나오더라도 세상을 놀라게 할 것라
고 공언되었는데 사실이 그런것 같다. 그런데 놀랍게도 비행기는 이 팀의 가장 속
성작이다. 모두들 신들린듯 참여했다고 한다.(초고속 제트엔진기(SST)의 개발은
60년대 이후 답보상태임. 민수용 초음속기의 경우 콩코드 이상의 신뢰성과 성능을
가진 기체를 개발하기가 힘들어(구소련은 투폴레프 SST의 추락사고로 더 이상의
개발을 포기) 대기권밖을 비행하거나(쟁거) 액화수소 스크램 제트를 이용하는(오
리엔트 익스프레스) 방향을 추구했으나 모두 현재는 중단 상태임)

블랙버드의 공식속도는 마하3으로 알려져있으나 사실은 마하4 내지 5도 가능했다.
이 비행기가 어느 정도 빠르냐면, 사진을 찍기 위해 대륙을 동서로 왕복하다보면
해가 뜨는걸 봤다가 지는걸 봤다가 또 뜨는걸 보곤 했다고 한다. 미대륙 동서 횡단
최단기록은 마지막 비행시 기록한 59분이며 세계일주도 하였다. 전 세계에 걸쳐 항
시 대기중인 7대의 전용 급유기의 도움을 받은 결과이다.

종종 미사일 공격을 받기도 했는데, 워낙 빨랐기때문에 약간의 폭발오차가 몇 킬
로 뒤에서 미사일이 터지는 결과를 낳았기 때문에 취역부터 퇴역까지 단 한건의
사고도 없었다. 단 초음속을 위해 활강성을 희생했기에 엔진이 꺼지면 단지 맨홀
뚜껑과 따름 없이 떨어지는 비행기는 실제로 소련상공에서도 엔진이 꺼진 적이
몇번 있는데 그때마다 떨어지는 도중에 기적적으로 엔진이 다시 켜졌다고 한다.

이 비행기를 잡겠다고 만든 미그 25는 고도를 따라올라올 수 없어 돌아내려가곤
했는데 한번은 자기들끼리 부닥쳐 추락하기도 했다고 한다.
물론 블랙버드의 조종사는 유유히 내려다보고 있었다.

월남전중 한 조종사는 사이공 상공을 각 2000피트의 고도차이로 세번에 걸쳐 횡단
비행하라는 명령을 받았다. 이는 미군포로들에게 "자유의 메시지"를 전하려는 지휘
부의 의지였는데, 나중에 풀려난 포로들은 이 기체를 몰랐으므로 실제로 30초의 간
격으로 반복된 굉음을 들었으나 그것이 무얼 뜻하는지는 전혀 몰랐다고 한다.

빌 클린턴이 대통령이 되고나서 제일 먼저 한일은 스컹크 웍스에 전화를 걸어
SR-71의 최고 상승고도와 속력을 물은것이다. 물론 그는 놀랐다고 한다.

SR-71의 조종사는 가장 우수한 인재들중에 뽑힌것으로 인정받았는데 때문에 수명
의 전략공군 사령관을 위시하여 대부분이 고위장성으로 진급했다.

SR-71의 카메라 렌즈는 직경이 1.4미터로서 하바드 물리학과 산하 천문대에서 제
작되었으며 그 카메라장치는 폴라로이드 창설자 에드워드 랜드, 필름은 역시 코닥
의 사주 이스트만 코닥에 의해 개발되었다. 한마디로 최고였다.

원래 이 비행기의 이름은 RS-71이었으나 닉슨 내통령이 발표 때 실수로 SR이라고
거꾸로 말해버렸다. 정부의 강요때문에 개발팀은 하는수없이 수만페이지에 달하는
설계도에서 R과 S를 바꿔야했고 이에 수만달러가 소요되었다고한다.

휴전선 근방에서 있었던 한미 공군참모총장간의 식사에서 갑자기 창과 식기가 흔
들리는 비행폭발음이 생겼다. 잠시후 한국 공군참모총장은 "그 비행기군요"라고
말하며 만족스런 웃음을 지었다.

여러분은 블랙버드를 특징짓는 좌우의 원뿔모양 흡입구를 아시는가. 사실 이 비행
기 출력의 70퍼센트가 이것의 콘트롤로부터 나온다고 한다. 이것의 설계를 한 사
람은 켈리 존슨의 뒤를 이어 후에 스컹크웍스의 책임자가 되었는데(역시 UCLA
출신의 유태인이다). 초기에는 설계상 컨트롤에 결함이 있어서 좌우가 동일치 않게
움직이곤 했다. 이 미세한 차이는 조종사를 마구 내동댕이쳐서 멍투성이가 되게
만들었다.
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SR-71의 엔진 구조에 대한 정보는 여기저기서 많이 구할수 있을 겁니다.

안정된 연소와 압축기의 보호를 위해선 초음속 비행시에 흡입구에 들어 오는 공기의 속도를 아음속
으로 감속시켜 줄 필요가 있습니다.(일반적으로 압축기에 직접 들어 가는 공기의 속도는 M 0.5~0.6 정도임다)  
여기서 콘의 역할은 이러한 과정을 수직 충격파가 아닌 경사 충격파에 의한 프로세스로 만들어 주는
것입니다. 충격파 전후의 속도 변화와 그에 따른  압력의 상승을 비교해 보면 수직 충격파에 의한
압력 상승이 경사 충격파에 의한 압력 상승보다 훨씬 작게 나타납니다.
이를 '전압력 손실이 크다'라고 하죠. 그리고 콘의 전후 이동은 유량의 변화를 보정하게 위한
것으로 이를 통해서 흡입구의 THROAT 면적을 조정합니다.

SR-71 엔진의 예열은 윤활유의 예열을 위한 겁니다. 이건 많이 알려진 건데 ....
이 항공기의 윤활유는 상온에서 액체가 아닌 고체랍니다.    

참고로 SR-71 정도의 속도를 가진 항공기는 속도로부터 얻을 수 있는 압력비가 20을 상회합니다.
 이정도의 압력비에서 또 압축기를 통과해서 나와 버리면 도저히 터빈 입구 온도의 제한을 맞출수가
없게 될 정도로 온도가 상승해 버립니다. 한마디로 엄청 고온에서 작동하는 엔진인 거죠.


블랙 버드는 1966년 1월7일날 미국의 제 9전략 전략 정찰 비행단에 처음 배속되어서
1990년 1월25일날 28년간의 정찰 임무을 수행하구 퇴역함...
퇴역 이유는 정찰위성의 발달,유지비가 너무 많이 들어서라고...
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사족: 쩝. 아깝다. 아무리 대통령령이라고 하지만 공작기계와  생산플랜트까지 모조리 폐기
        했다니.. 개발기간까지 합치면 근 40년전에 어떻게 이런걸 만들었을까?????? .  
        미국놈들빼곤 지금도 이런거 못만들텐디...