비행시험은 공기역학과 관련한 비행성능과 조종안정성, 실속 및 스핀시험, 구조의 건전성을 확인하는 구조하중 개관시험, 비행속도 영역을 확장하는 플러터시험 등으로 크게 구분된다. 이 가운데 가장 위험성이 크고 사고사례가 보고되는 분야가 플러터시험과 스핀시험이다.

모든 물체는 외부에서 순간적인 힘을 가했을 때 각각 일정하게 진동하는 고유의 진동수를 가진다. 그런데 외부에서 계속해서 고유 진동수와 같은 주기로 반복해 힘을 가하면 진동 진폭이 커져 마침내 물체가 파손되는 경우가 발생한다.

항공기에서는 이 현상을 `플러터(Flutter)'라고 부른다. 항공기가 비행 중 속도가 어느 값에 도달하면 공기의 힘에 의해 진동이 발생하고 이때 진동폭이 끝없이 커지기만 하면 항공기는 그대로 파괴되고 만다.

연구진은 01호기를 통해 플러터시험을 실시했다. 주날개 끝에 회전모터를 이용한 진동가진기를 장착했다. 가진기 속에 공기를 두줄기로 흐르게 하면서, 이것으로 날개에 진동을 인위적으로 가하는 것이다.

이 시험은 지상에서 사전에 실험을 거치지만 한 두차례의 비행시험으로 끝낼 수 없다. 비행 중 어느 한 속도에서 안전한 것으로 판단되면 속도를 올려 다시 이상 유무를 확인하는 등 항공기가 엔진의 힘과 동체의 형상에 의해 낼 수 있는 최고 속도까지 속도에 따라 계속해야 하는 시험이다.

특히 진동가진기의 주파수를 변경할 때 조종사는 이 주파수와 항공기 탑재물의 고유 진동수가 일치하는 순간을 몸으로 느껴야 하는 매우 위험한 상황을 겪어야 한다. 01호기를 통한 이 시험은 기예호 공군대령(당시 중령)이 수행했으며, 시험은 물론 성공적이었다.

항공기가 공중에서 비행하기 위해서는 `양력'이라는 항공기 무게보다 큰 부양 공기력을 가져야 한다. 항공기의 속도를 서서히 감소시키면 양력이 감소하면서 항공기가 중량을 이기지 못하는 속도에 이른다. 이때 항공기의 기수가 한쪽 방향으로 기울면 마치 나무에서 잎이 떨어지듯 항공기가 나사 모양의 와선을 그리며 떨어지는 현상이 벌어진다. 이것을 항공기의 스핀운동이라고 부른다.

이 스핀운동은 실속에서 뿐만 아니라 비행 중에도 발생할 수 있으므로 비행훈련과정에서는 조종사들이 스핀 특성을 사전에 이해하고 대처 가능한 능력을 가져야 한다.

따라서 훈련기는 의도적으로 항공기를 스핀상태에 이를 수 있게 해야 하고 훈련조종사가 정상 비행상태로 회복시키지 못할 때에 대비, 조종사가 조종간을 놓았을 때 저절로 회복될 수 있는 매우 우수한 스핀 특성을 가져야 한다.

연구진은 스핀 특성과 관련해 이론적인 해석, 수직 풍동시험, 무인조종시험을 통해 안전한 스핀 진입과 함께 정상 비행상태로의 회복이 가능하다는 자신감을 갖고 있었고 01호기의 초도비행 성공 후 이 분야 시험을 위해 박차를 가해 나갔다.

비행 중 스핀을 위한 첫 시험은 1994년 4월이 되어서야 이뤄졌는데, 연구진은 이에 앞서 수행해야 할 과제가 있었다. 외국의 실패 사례에 비춰 스핀 진입 후 회복이 안 될 경우에 대비해 항공기 후미에 비상회복용 스핀 슈트(낙하산)를 장착해 안전성을 높이기로 한 것이다.

그런데 이 경우 항공기가 안정상태가 되면, 이때 항공기와 슈트의 연결 부위에 폭약을 설치해 연결부를 풀어주어야 한다. 따라서 연구진은 비행 중 스핀시험을 갖기 전 이 슈트를 안전하게 떼어내는 시험부터 실시해야 했다.

연구진은 70년대말 무인기 시험 중 회수용 낙하산을 제작했던 경험을 되살리고, F-5전투기 착륙시 쓰이는 패러슈트의 분리 메커니즘을 참고해 낙하산 기구물을 설계, 제작했다. 1차로 자동차에 낙하산을 장착, 슈트가 분리되는가를 확인하고 이어 실제 항공기에 장착해 분리하는 시험을 고속도로 비상 이·착륙장에서 수차례 가짐으로써 지상에서의 작동 신뢰성을 높였다.

이때 공중에서의 최종시험을 앞두고 공중에서 행여 분리가 안 돼 사고가 날 수도 있는 위험성을 의도적으로 만들 필요가 있느냐는 논란이 일었지만 실제 스핀시험을 수행할 시험비행조종사 조기만 소령(작고)이 “해보자”는 의견을 내놓음에 따라 시험케 됐다.
4월의 남녘 하늘은 그 어느 때보다 쾌청해 시계가 매우 좋았다. 슈트 분리시험을 준비하고 있던 연구진은 초도비행 때 못지않은 긴장감에 휩싸여 있었다. 조소령이 몸을 실은 02호기는 육안으로 안 보이는 고도까지 올라갔다.

숨소리조차 들리지 않는 지상통제실은 슈트 전개를 지시했고, 이어 조소령으로부터 슈트가 펼쳐진다는 목소리가 전해졌다. 항공기의 속도가 급강하하자 슈트 분리 지시가 내려졌다. 누군가 침을 삼키는 소리가 들려왔다. 몇초나 지났을까. 슈트가 안전하게 분리되고 항공기 자세가 원상태로 돌아왔다는 조소령의 육성이 다시 들려오자 통제실에서는 환호성이 터졌다. 지극히 짧은 시간, 그러나 숨이 멎을 만큼 긴장된 순간이었다.

이후 스핀시험은 순조롭게 진행됐다. 05호기에 이르기까지 150회 가량 스핀시험이 실시됐다. 그 결과 KT-1은 스핀에 들어가 한바퀴 반을 회전한 후 원상태를 다시 찾는 우수한 성능을 갖게 됐다. 특히 세계 동급의 훈련기 가운데 배면스핀, 즉 항공기가 뒤집어진 상태로 비행 중 스핀에 들어간 후 원상태를 회복할 수 있는 유일한 기종으로서 세계 항공기 관계자들로부터 격찬을 받고 있다.

< 출처 : 국방일보 신인호 기자 >