롤스로이스, 차세대 스텔스 전투기 ‘템페스트’ 프로그램 위한 세계 최초의 전기 기술 개발

5년간 롤스로이스(Rolls-Royce)는 차세대 스텔스 전투기 개발 프로젝트인 템페스트(Tempest) 프로그램에 적용하게 될 세계 최초의 선구적인 전기 기술 개발에 앞장서 왔다.

롤스로이스는 미래의 모든 전투기들이 스텔스 환경에서 관리되어야 하는 전례 없는 수준의 전력수요와 열부하를 갖게 될 것으로 판단하고 전기화 향상은 물론 보다 지능적이며 더 많은 전력을 공급하는 데 주력해 왔다.

롤스로이스는 템페스트 프로그램이 개시되기 이전부터 이미 미래의 요구사항에 대응해 왔다. 2014년에 롤스로이스는 현재 E2SG(Embedded Electrical Starter Generator) 시험 프로그램으로 알려진 가스터빈 엔진의 코어에 완벽하게 내장되는 전기 시동 발전기 설계에 도전했다.

롤스로이스의 미래 프로그램 수석 엔지니어인 콘래드 뱅크스(Conrad Banks)는 “내장형 전기 시동 발전기는 미래의 전투기에 필요한 대규모의 전력을 제공하면서도 공간을 줄일 수 있다. 기존 항공기 엔진은 엔진 하부의 기어박스를 통해 발전기를 구동하며 이를 통해 전력을 생성한다”며 “이러한 구조는 움직이는 부품들이 많아지고 복잡성이 높아질 뿐만 아니라 기어박스와 발전기를 위해 엔진 외부에 별도의 공간이 필요하기 때문에 기체가 더 커질 수밖에 없으며 스텔스 플랫폼에는 적절하지 않다”고 말했다.

E2SG 프로그램의 2단계는 롤스로이스가 템페스트 프로그램에 기여하기 위한 작업의 하나로 채택되었다.

이러한 과정을 통해 롤스로이스는 가스터빈 기술에서 통합 전력 및 추진 시스템에 이르기까지 항공우주 분야에서 지속적으로 역량을 개발해 왔다. 목표는 항공기를 추진하는 추진력뿐만 아니라 기체의 모든 시스템에 필요한 전력과 열부하 관리를 공중에서 처리하는 것이다.

롤스로이스는 센서 및 통신 시스템, 무기, 구동장치 및 액세서리는 물론 일반적인 항공전자기기에 이르기까지 전력이 공급되도록 높은 수준의 전기화 레벨을 달성해야 하는 육상, 공중, 해상의 모든 미래의 운송수단들에 대응하고 있다.

E2SG 프로그램의 1단계가 시작되면서 가스터빈 엔진을 DC 전기 네트워크와 물리적으로 연결할 수 있는 독보적인 테스트 하우스인 통합 전기설비 개발에 많은 투자가 이루어졌다.

2017년 이 프로젝트의 2단계가 시작되면서 엔진의 다른 스풀(Spool)과 연결되는 두 번째 전기 발전기가 추가되었다. 또한 전기 네트워크상의 에너지 저장 시스템과 이러한 모든 시스템 간의 전력공급을 지능적으로 관리하는 기능도 포함되었다.

두 개의 스풀에 장착되는 전기 장치는 모터나 또는 발전기로 동작하도록 구성되어 있으며 두 스풀 사이에 전기적으로 전력을 전달하는 것을 비롯해 엔진 상의 일련의 기능적 효과를 생성할 수 있도록 해준다.

롤스로이스는 E2SG 프로그램의 하나로 엔진의 작동성, 반응성, 효율성에 영향을 미치는 듀얼 스풀 제너레이션 사용에 투자하고 있다. 개발 중인 또 다른 주요 기술은 지능형 제어 시스템인 ‘파워 매니저(Power Manager)’이다. 이는 현재 항공기의 전기 수요에 대한 전력공급 방식을 알고리즘을 사용하여 실시간으로 지능적 결정을 내리는 것은 물론 엔진 연소 또는 엔진 온도를 줄여 컴포넌트의 수명을 연장하는 엔진 효율성을 비롯해 다른 요소들을 최적화할 수 있다.

템페스트 프로그램 전반에 걸쳐 롤스로이스는 E2SG 프로그램에서 입증한 전기 기술들을 지속적으로 발전시켜 나갈 것이며 3단계 테스트에서는 더 많은 전기 엔진 액세서리는 물론 전체 시스템을 통합한 새로운 열 관리 시스템을 포함시킬 예정이다.

또한 롤스로이스는 첨단 전력 및 추진 시스템에 대한 완전한 시범기를 선보일 예정이다. 더 높은 전력 레벨의 트윈 스풀 내장형 제너레이션과 첨단 열관리 시스템 및 미래 세대 전투기의 예상 임무 사이클에 적합한 에너지 저장 시스템과 가스터빈 및 전력 성능에 모두 최적화할 수 있는 지능형 전력관리 시스템 및 열관리 시스템을 비롯해 가스터빈의 모든 부분에 새로운 기술이 적용될 것이다.