맥도넬 XV-1

맥도널 XV-1()은 헬리콥터처럼 이착륙할 수 있으면서도 일반적인 비행기처럼 더 빠른 속도로 비행할 수 있는 항공기 개발 기술을 탐구하기 위해 미국 공군과 미국 육군이 공동으로 진행한 연구 프로그램을 위해 맥도널 에어크래프트가 개발한 실험용 컨버티플레인이다. XV-1은 이전의 그 어떤 회전익 항공기보다 빠른 200 mph (322 km/h)의 속도에 도달했으나, 팁 제트 소음과 기술적 복잡성에 비해 성능 향상이 미미하다는 이유로 프로그램이 종료되었다.

 개발 

1951년, 공군은 헬리콥터처럼 수직으로 이착륙할 수 있지만 일반적인 헬리콥터보다 더 높은 속도로 순항할 수 있는 항공기인 복합 헬리콥터를 개발하기 위한 경쟁을 발표했다.(Connor & Lee, 2001) 이 공동 연구 프로그램은 공군 연구개발사령부와 육군 수송부대에 의해 수행되었다.(Harding, 1997) 벨 에어크래프트는 XV-3 설계를 제출했고, 시코르스키 에어크래프트는 접이식 로터 설계인 S-57(XV-2)을 제출했으며, 맥도널은 자사의 모델 M-28을 수정한 설계를 제출했다.(Markman, 2000)

1951년 6월 20일, 공군과 육군은 맥도널의 설계를 바탕으로 한 항공기 개발 계약을 체결하기 위해 의향서를 교환했다.(Francillon, 1997) 맥도널은 이전 모델 M-28의 설계 작업 덕분에 1951년 11월까지 육군과 공군의 검사를 위한 완전한 실물 모형을 준비할 수 있었다. 맥도널은 당시 XL-25(L은 연락용을 의미)로 지정된 기체의 제작을 시작하도록 승인받았다. 항공기가 제작되면서 명칭은 XH-35로 변경되었다. 마지막으로, 이 항공기는 컨버티플레인 시리즈의 첫 번째 기체로서 XV-1이 되었다.

기본적인 기체 구조는 제2차 세계 대전 직후 비치크래프트 보난자와 라이언 나비온 급의 4인승 상용 항공기 프로그램에서 유래했다.(GlobalSecurity.org) 맥도널은 팁 제트 구동 로터 시스템 개발을 위한 기술적 지도를 받기 위해 쿠르트 호헤넴세르와 오스트리아의 헬리콥터 설계자인 프리드리히 폰 도블호프를 영입했다. 22개월간의 제작 기간을 거쳐, 첫 번째 항공기(일련번호 53-4016)는 1954년 초에 비행 시험을 위한 준비를 마쳤다.

 설계 

주로 알루미늄으로 제작된 XV-1의 동체는 스키드 착륙 장치에 장착된 유선형 튜브로 구성되었으며, 후방에 장착된 엔진과 푸셔 프로펠러가 특징이었다. 또한 동체 높은 곳에 장착된 테이퍼형 짧은 날개를 가지고 있었다. 또한 테일붐과 수평 안정판으로 연결된 두 개의 수직 꼬리날개가 날개에 장착되었다. 팁 제트로 구동되는 3엽 메인 로터는 날개 뿌리 위쪽의 동체 상단에 장착되었다.

이 컨버티플레인은 두 개의 공기 압축기를 구동하는 단일 콘티넨탈 제작 라이트 R-975 방사형 피스톤 엔진을 특징으로 했다. 이 압축기는 고압 공기를 로터 블레이드의 파이프를 통해 세 개의 로터 끝단에 있는 연소실로 보냈고, 여기서 연소기가 연료를 점화하여 추진력을 높여 로터를 회전시켰으며, 이를 통해 항공기가 일반적인 헬리콥터처럼 비행할 수 있게 했다.

수평 비행을 위해 엔진은 압축기에서 분리되어 대신 2엽 프로펠러를 구동했다. 전진 비행 중에는 날개가 양력의 80%를 제공하고 나머지는 정상 RPM의 약 50%로 자전하는 메인 로터에 의해 생성되었다. 제자리 비행 모드에서 로터는 410 RPM으로 회전했지만, 125 kn (232 km/h) 이상의 고속 비행을 위해서는 180 RPM으로 속도를 늦췄다.Harris 2003, page 14

객실은 거의 전체가 플렉시글라스 창으로 덮여 있어 항공기 바로 아래를 제외한 모든 방향에서 시야를 제공했다. 조종석은 조종사와 부조종사가 앞뒤로 앉는 구조였으며, 조종사 1명과 승객 3명, 또는 조종사 1명과 들것 2개를 수용할 수 있었다.

 운용 역사 
섬네일|오른쪽|비행 중인 두 대의 XV-1

XV-1은 1954년 2월 11일 테스트 파일럿 존 R. 놀과 함께 밧줄에 묶인 제자리 비행 시험을 시작했다. 밧줄에는 로터의 팁 제트 추진 시스템 문제가 해결될 때까지 항공기를 지면 효과 내에 유지하기 위한 납 무게추가 달려 있었다. 1954년 7월 14일, 납 무게추를 제거하고 XV-1은 첫 자유 제자리 비행을 실시했다. 비행 시험이 계속되면서 맥도널은 두 번째 기체를 완성했다.

두 번째 항공기는 고속 전진 비행 중 유해 항력을 줄이기 위해 원래의 XV-1에서 수정되었다. 이를 위해 로터 파일런이 낮아졌고 착륙 장치는 강화됨과 동시에 유선형으로 개선되었다. 두 번째 XV-1은 또한 각 테일붐 끝의 외측에 장착된 두 개의 작은 테일 로터가 특징이었다. 이는 방향타만 사용할 때 요 제어력이 부족하다는 놀의 의견에 따른 결과였다. 원래의 XV-1도 나중에 테일 로터가 장착되도록 수정되었다.

1955년 봄까지 두 번째 XV-1은 비행 프로그램에 합류할 준비를 마쳤다. 1955년 4월 29일, XV-1은 수직 비행에서 수평 비행으로의 첫 전환을 수행했으며, 1955년 10월 10일 두 번째 XV-1은 당시 헬리콥터 속도 기록보다 거의 45 mph (72 km/h) 빠른 200 mph (322 km/h)를 초과한 최초의 회전익 항공기가 되었다. XV-1은 0.95의 뮤를 달성했다.Anderson, Rod. The CarterCopter and its legacy Issue 83, Contact Magazine, 2006년 3월 30일.

두 대의 항공기를 합쳐 3년 동안 거의 600시간의 비행을 마친 후, XV-1 계약은 1957년에 취소되었다. 궁극적으로 XV-1의 컨버티플레인 구성은 일반적인 헬리콥터에 비해 얻은 작은 이점에 비해 너무 복잡하다고 판단되었다. 피스톤 엔진은 설계상의 이점을 최적화할 만큼 충분한 전력을 생산할 수 없었다. 이후 몇 년 동안 일반적인 헬리콥터 로터 설계와 엔진의 기술적 진보는 결국 XV-1의 성능 우위를 상쇄하게 되었다. 소음 수준은 조종석에서 116 dB에 달했지만, 팁 제트 소음을 "매우 자극적"이라고 묘사한 지상 요원들에게는 더 높았으며, 1/2 mi (0.8 km) 떨어진 곳에서도 소음 수준은 여전히 90 dB에 달했다.Harris 2003, page 26 맥도널은 1957년 11월 13일에 첫 비행을 한 모델 120이라는 이름의 소형 기중기 헬리콥터 설계로 팁 제트 로터 기술을 활용하려고 시도했다.(Donald, 1997)

 현존하는 항공기 

육군은 53-4016 기체를 보관하였으며, 이는 앨라배마주 포트 노보셀에 있는 미국 육군 항공 박물관으로 이전되었다. 기록을 세운 두 번째 프로토타입인 53-4017 기체는 1964년 육군에 의해 워싱턴 D.C.에 있는 스미소니언 박물관의 국립 항공 우주 박물관에 기증되었다.

 제원 (XV-1) 

 승무원: 1명 (조종사)
 탑승인원: 승객 2명 또는 들것 2개
 길이: 50 ft 5 in (15.37 m)
 날개폭: 26 ft 0 in (7.92 m)
 공허 중량: 4,277 lb (1,940 kg)
 총 중량: 5,505 lb (2,497 kg)
 엔진: 콘티넨탈 R-975-19 방사형 피스톤 엔진 1기, 525 hp
 로터 직경: 31 ft (9.45 m)
 최고 속도: 203 mph (327 km/h)
 순항 속도: 138 mph (222 km/h)
 항속 거리: 593 miles (954 km)
 실용 상승 한도: 19,800 ft (6,035 m)
 상승률: 1,300 ft/min (396 m/min)

 참고 문헌 
 각주 

 참고 문헌 

 Connor, R. and R. E. Lee. McDonnell XV-1 Convertiplane. Smithsonian National Air and Space Museum.
 Donald, David. The Complete Encyclopedia of World Aircraft. New York: Barnes & Noble Books, 1997. ISBN 0-7607-0592-5.
 Francillon, René J. McDonnell Douglas Aircraft since 1920: Volume II. London: Putnam, 1997. ISBN 0-85177-827-5.
 Harding, Stephen. U.S. Army Aircraft Since 1947 An Illustrated Reference. Atglen, PA: Schiffer Pub, 1997. ISBN 0-7643-0190-X.
 Markman, Steve, and William G. Holder. Straight Up A History of Vertical Flight. Atglen, PA: Schiffer Pub, 2000. ISBN 0-7643-1204-9.
 Robb, Raymond L. Hybrid helicopters: Compounding the quest for speed, Vertiflite. Summer 2006. American Helicopter Society.
 Harris, Franklin D. An Overview of Autogyros and the McDonnell XV–1 Convertiplane NASA, 2003.

 외부 링크 

 스미소니언 국립 항공 우주 박물관 사이트의 맥도널 XV-1 컨버티플레인
 GlobalSecurity.org의 XV-1 페이지
 vstol.org의 XV-1 페이지
 AirandSpaceMuseum.org의 초기 맥도널 헬리콥터

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