중국, 꼬리날개 없는 무꼬리 제트기의 높은 기동성 시연으로 6세대 전투기 개발의 결정적 난관 극복

중국의 3발 엔진 대형 6세대 전투기가 비행 중인 신규 영상이 공개되면서 이 기종의 높은 기동성이 처음으로 입증되었다. 영상 속 전투기는 그동안 전문가들이 꼬리날개가 없는 무꼬리(tailless) 항공기로는 수행하기 어려울 것이라고 의문을 제기해 온 급선회 상승 기동을 선보였다. 성도비행구공업(Chengdu Aircraft Corporation)이 개발한 이 신형 3발 엔진 항공기는 비행 시제기 4대가 건조된 것으로 알려졌으며, 2024년 12월 26일 비행 시험을 통해 전 세계에서 동세대 기종 중 가장 먼저 모습을 드러냈다. 무꼬리 전투기는 재래식 전투기가 피치(pitch, 피칭)를 제어하고 안정성을 제공하며 자세를 신속하게 변경하는 데 사용하는 수평꼬리날개가 없기 때문에 기동성을 확보하기가 매우 까다롭다.

수평꼬리날개의 부재를 보완하기 위해 설계자들은 복잡한 비행 제어 소프트웨어와 날개에 통합된 제어면에 의존해야 하며, 이는 특히 과감한 기동 중에 항공기를 제어하기가 본질적으로 더욱 어렵게 만든다. 수평꼬리날개의 부재를 보완할 만큼 충분한 기동성을 제공하는 제어면을 갖춘 전투기를 개발하는 것은 대단히 힘든 과제이며, 이는 최근 중국의 신규 영상이 공개되면서 비로소 달성된 것으로 확인되었다. 이로써 중국은 고기동성 6세대 전투기를 비행시킨 것으로 알려진 유일한 국가가 되었으며, 시제기 단계에 있는 3종의 무꼬리 전투기 중 성도비행구공업이 개발한 기종이 가장 중량이 크다.

무꼬리 전투기의 가장 큰 문제는 피치 제어이다. 5세대 전투기의 수평안정판은 기수를 매우 신속하게 올리거나 내릴 수 있도록 큰 피칭 모멘트를 생성하고 항공기의 무게중심에서 상당한 거리를 두고 위치한 강력한 제어 레버 역할을 하는 반면, 무꼬리 항공기는 이러한 기계적 이점을 상실하여 엘레본(elevon)이나 기타 날개 탑재 제어면만으로 동일한 임무를 수행해야 하기 때문이다. 꼬리날개의 부재는 극도로 높은 순간 선회율을 생성하는 항공기의 능력을 감소시키고, 안정성 유지에 심각한 난관을 초래하며, 저속 및 고공격각(AOA)에서의 제어 권한을 저하시킬 수도 있다.

중국 국방 분야는 독창적인 비행 제어 시스템을 개발해 온 역사를 지니고 있으며, 특히 델타-카나드(Delta-Canard) 익형 설계를 채택해 스텔스 성능과 초음속 비행 성능을 향상시킨 J-20 5세대 전투기가 대표적이다. 이러한 배치는 가장 강력한 해외 경쟁 기종들보다 훨씬 높은 양력 계수를 제공하므로, 공격각을 더 잘 제어해야 하는 공중 우세 전투기에 특히 유용하다. 스트레이크(Leading edge extension), 기체 자체의 양력, 카나드가 상호 작용하여 J-20의 양력을 80% 증가시키며, 이는 천음속 양항비 특성을 저해하지 않으면서 높은 선회 성능을 보장하는 동시에 더 작은 날개를 사용하여 초음속 항력을 줄일 수 있게 해준다.

무꼬리 전투기 설계는 재래식 항공기에서 레이더 반사를 일으키는 가장 큰 요인 중 하나를 제거하기 때문에 스텔스에 최적화된 것으로 평가받는다. 설계자들은 수평꼬리날개를 제거함으로써 레이더 에너지를 방사원 반대 방향으로 산산이 흩뜨리는 더 매끄럽고 연속적인 형상을 만들어 항공기의 레이더 반사 면적(RCS)을 현저히 줄일 수 있다. 수평꼬리날개와 기체 사이의 직각 교차 부위를 없애고, 평면 형상 정렬을 개선하며, 외부 표면의 수를 줄이는 점 등이 모두 특히 유익하다. 중국이 높은 기동성을 갖춘 무꼬리 전투기 개발에 성공한 것은 진정한 6세대 전투기를 개발하기 위한 가장 까다로운 기술적 난관 중 하나를 넘어섰음을 나타낸다. 중국과 미국은 2050년대 이전에 무꼬리 전투기를 개발할 것으로 예상되는 유일한 국가들로, 중국의 전투기들은 2030년대 초에 실전 배치될 것으로 전망되며, 영국의 F-47이 2040년대 초에, 그리고 미 해군의 F/A-XX가 2040년대 말경 그 뒤를 이을 것으로 보인다.