리엔지니어링의 역사

이러한 경험이 있는 비행사들은 수년 간의 힘든 복원 작업을 거쳐 구형 전투기를 타고 시험 비행을 하는 것은 그 무엇과도 비교할 수 없다고 말합니다. 전투기가 중력을 거슬러 날아 오르며 마치 전성기를 연상시키듯 재미있게 곡예를 부릴 때 등골을 타고 오르는 전율은 그 어디에도 비할 데가 없습니다.

수십 년 전의 항공기를 복원하는 이야기가 시작되고 다시 하늘을 날게 되기 훨씬 전부터 그 역사가 펼쳐집니다. 이 이야기의 주인공은 바로 루마니아의 제2차 세계 대전 전투기인 IAR 80입니다. 비영리 단체인 Fly Again Association에서 활동하고 있는 전문 엔지니어와 공학도들은 전투기의 역사적 중요성을 되새기고 새로운 세대에게 잊혀져 가는 전투기를 소개하기 위해 자발적으로 모여 루마니아 전투기를 재설계 및 제작하여 하늘에 띄우는 2년 간의 프로젝트에 돌입했습니다.

IAR 80 Fly Again 프로젝트의 관리자 겸 책임자인 Grigore Leoveanu는 “이것은 단순한 항공기가 아니다. 루마니아 조종사들의 용기와 희생을 상징하는 동시에 엔지니어링의 창의성을 나타낸다. 조종사 세대들은 이렇게 멋진 항공기를 자신의 영혼과 가슴에 새기면서 성장해왔기 때문에 루마니아 역사에서 빛나는 업적을 보존하고 널리 알리는 것은 우리의 본분이자 영광이기도 하다”고 밝혔습니다.

유령의 부활

IAR 80의 도입은 역사적으로 정말 중요한 일입니다. 1941년에 처음 도입되었을 때 IAR 80은 당시 찬사받던 디자인들과 비교해도 전혀 뒤지지 않았습니다. 루마니아 기술자들은 총 450대의 항공기를 제작하였고, 이렇게 제작된 전투기들은 러시아 전선에 투입되어 1945년에 전쟁이 종식될 때까지 루마니아의 주요 산업을 보호했습니다.

이 1인승 저익(Low wing) 전투기에는 밀폐형 조종석과 리트랙터블(retractable) 랜딩 기어가 탑재되어 있습니다. 870~1,025마력 엔진이 탑재되어 13,000피트(약 4,000미터) 상공에서 시속 317마일(초속 약 142미터)의 최고 속도를 자랑했으며, 최대 비행 거리는 약 600마일(약 965킬로미터)에 달했습니다. 디자인은 Hughes 항공기 회사인 Howard Hughes에서 1935년에 설계하여 제작한 경주용 항공기인 Hughes H-1과 매우 유사합니다.

전직 루마니아 공군 조종사로 2021년 9월에 사망한 Ion Dobran 장군은 IAR 80을 탔던 첫 번째 비행과 놀라웠던 출력을 떠올리며 이렇게 말했습니다. “처음 비행했을 때 시트 뒤쪽으로 몸이 짓눌리는 듯한 느낌이었다.”

복원이 힘든 특성 탓에, 전투기는 유령이라고 불리기도 합니다. Leoveanu는 특히 IAR 80은 세계 어디에도 샘플이 존재하지 않기 때문에, 복원이 더욱 힘들다고 말했습니다. 프로젝트가 복잡한 이유도 있지만 원본 인증 문서가 턱없이 부족하다는 것도 여기에 한몫 합니다. 항공기 청사진도 대부분 사라졌습니다. 원본 설계에 사용된 설계도는 3,000개가 넘지만 지금까지 세월의 풍파를 이겨내고 남아있는 설계도는 약 160개에 불과합니다.

Leoveanu와 동료들은 오늘날 정품 장비 제조사들이 새로운 상용기와 전투기를 개발할 때 사용했던 동일한 방법으로, 남은 설계 도면과 과거 사진을 바탕으로 부족한 정보를 역설계하고 있습니다.

제2차 세계 대전 이후 소련 공군과 일부 위성 국가에서 조종사 교육에 사용했던 YAK-3U를 복원하는 데 참여했던 Leoveanu는 “아무것도 없는 상태에서 복원하는 첫 번째 프로젝트이다. 마치 공룡을 복제하는 것처럼 막막한 작업이다”라고 말했습니다.

구형 전투기와 최신 표준

엔지니어링 팀은 이러한 목표를 위해 설계, 모델링, 시뮬레이션, 협업, 그리고 IAR 80을 거의 처음부터 복원하는 데 필요한 디지털 소프트웨어 도구를 호스팅하는 플랫폼을 사용하고 있습니다.

루마니아 브라소브에 위치한 소프트웨어 리셀러인 Magic Engineering은 유럽과 북미 지역에서 원격으로 작업하는 프로젝트 팀원들을 위해 플랫폼 및 소프트웨어 라이선스를 후원하며 프로젝트를 시작하는 데 도움을 주었습니다. 최근에는 다쏘시스템의 3D익스피리언스 Edu 팀이 IAR 80 팀의 소프트웨어 후원사로서 부쿠레슈티 폴리테니카 대학교에서 차세대 우주항공 엔지니어들을 교육하는 등 IAR 80 복원 작업을 지원하고 있습니다.

어떤 항공기든지 처음에 개발을 시작할 때는 먼저 공기역학 표면을 3D 모델로 정의하는 등 비행 방식에 따라 설계를 개념화해야 합니다. 하지만 오늘날 항공기의 감항성 기준은 2차 대전 당시 적용되었던 표준보다 훨씬 발전되었습니다. IAR 80 프로젝트가 완료되면 EASA(유럽항공안전청) CS-23 규칙에 따라 비행 테스트를 받게 됩니다. 이 테스트를 통과해야만 IAR 80의 다음 등록번호인 451을 달고 유럽에서 열리는 에어쇼에 참가하여 곡예 비행을 선보일 수 있습니다.

루마니아의 엔지니어링 컨설팅 회사인 ALTEN Delivery Center Romania에서 우주항공 엔지니어 및 IAR 80 프로젝트 팀원으로 활동 중인 Fernando Petre는 “우리는 박물관에나 전시할 비행기를 제작하려는 게 아니다. 조종사들이 이미 비행을 위해 줄을 서고 있다.”라고 말했습니다.

2021년말까지 퇴직한 우주항공 엔지니어 8명만이 이 프로젝트에 참가했지만 Leoveanu는 2022년에 그 수가 크게 증가할 것으로 기대하고 있습니다. Leoveanu는 충분한 자격을 갖춘 엔지니어를 찾는 일이 큰 도전이었습니다.

“우리는 항공기에 대해 열의가 있고, 머리보다는 가슴이 시키는 일에 관심 있는 인재를 찾고 있다.”

차세대 엔지니어 교육

프로젝트 팀 전문가들의 작업을 보완하고 차세대 엔지니어들에게 소중한 경험을 선사하기 위해 부쿠레슈티 폴리테니카 대학교에서 Petre의 CAD 과정에 등록한 학생들은 Petre의 지도 하에 인턴으로 활동하며 작업을 수행할 수 있습니다.

“플랫폼에서 제공하는 디지털 도구를 사용해 팀과의 협업, 파트너와의 손쉬운 커뮤니케이션, 대중적 가시성 확보 등 프로젝트를 크게 향상시켰으며, 이를 통해 새로운 파트너와 후원사 유치가 가능했다”

Ion Adam, IAR 80 응력 분석을 감독하고 있는 퇴직 우주항공 엔지니어

기계 공학과 로보틱스를 공부하고 있는 Andreea Giurcan의 경우, 용접 기사가 실제 IAR 80 엔진 프레임을 조립하는 데 사용할 모듈식 클램핑 시스템의 3D 모델 설계 작업뿐만 아니라, 복잡한 애플리케이션 설계도 지원했습니다. Giurcan은 “이번 프로젝트를 통해 우주항공에 대해 더 많이 알 수 있게 되었으며, 시뮬레이션 제작 방법을 배웠다”라고 전했습니다.

ALTEN Delivery Center Romania 역시 IAR 80 프로젝트에 참여할 학생 인턴십을 제공하였고 대학의 기계 공학 학부와 우주항공 공학 학부를 위해 두 개의 컴퓨터 설계(CAD) 연구실을 후원했습니다. 이 외에도 학생들이 배우고 있는 3D익스피리언스 플랫폼을 사용할 수 있도록 컴퓨터 워크스테이션까지 제공하고 있습니다.

Petre는“인턴십을 통해 학생들은 3D익스피리언스 플랫폼이 협업의 가치를 일깨우는 매우 귀중한 소프트웨어라는 사실을 알게 되었다”라고 말했습니다.

Leoveanu는 IAR 80 프로젝트는 공학도들에게 소중한 기회가 될 것이라고 말하며, “교육 기회의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않다. 전투기가 하늘을 날게 되면 공학도들도 항공 역사를 만드는 데 일조했다는 자긍심을 갖게 될 것”라고 덧붙였습니다.

과거에서 현재로

Petre는 Fly Again 엔지니어링 팀이 현재 프로젝트를 20%가량 진행한 상태이며, 2022년에 실제 제작에 돌입할 것이라고 언급했습니다. IAR 80을 본래의 구성에 최대한 가깝게 복제하는 것이 목표이기 때문에 모든 서브 어셈블리에 디지털 모형과 3D모델이 제작될 것입니다. Fly Again의 엔지니어링 팀은 현재 좌우 날개, 수직 스태빌라이저, 수평 꼬리 날개에 대한 유한요소 모델, 3D 마스터 지오메트리, 엔진 마운트/트러스형 동체/스태빌라이저/날개 모형, 그리고 수평 꼬리 날개에 작용하는 예비 응력 계산까지 마쳤습니다. 또한 비행 제어와 공기역학 연구 작업도 시작되었습니다.

80년 전에 항공기 제작에 사용되었던 금속 부품(패스너 등)이나 재료들은 이제 더 이상 생산되지 않습니다. 따라서 엔지니어들이 오늘날 사용되는 구성품으로 대체해야 하지만 여기서도 문제가 발생합니다.

Leoveanu는 “우리에게 필요한 부품은 소량이다. 어떤 부품은 10개, 어떤 부품은 20개 정도만 필요한 수준이다. 하지만 지금의 항공기 부품 공급자들은 한 번에 수천 개의 부품을 납품하는 데 익숙하다. 따라서 항공기의 설계를 다듬으면서 부품의 가용성이나 가격, 공급 측면을 신중하게 고려해야 한다.”라고 설명했습니다.

팀의 자원을 동원하는 데 한계가 있다 보니 주요 서브 어셈블리의 위치를 찾는 일도 쉽지 않았습니다. Petre는 “다행히 미국의 오래된 비행기 재고들 중, 잘 보존된 장비를 많이 찾을 수 있었다.”라고 말했습니다.

예를 들어 최초 IAR 80에서 사용되었던 유형의 기능성 엔진은 이제 존재하지 않습니다. 대신에 제2차 세계 대전에서 DC-3 및 B-24 Liberator 항공기에 사용되었던 Pratt & Whitney 엔진이 제공되어 장착될 예정입니다. 1940년대와 1950년대에 해당 장비를 대량으로 구매한 덕분에 재고를 넉넉하게 보유하고 있습니다. 이 엔진은 보증을 비롯해 예비 부품까지 제공할 뿐만 아니라 연방항공국(FAA)의 인증까지 받아서 오늘날 안전 표준에 따라 비행이 가능한 항공기의 제작 시간을 크게 절약해 줍니다.

마찬가지로 미공군 훈련기인 T-28 Trojan에서 사용되는 랜딩 기어를 변형하여 앞으로 복원될 IAR 80에 장착할 예정입니다. 이 모델은 최초 IAR 80의 랜딩 기어 설계와 가장 유사할 뿐만 아니라 즉시 사용 가능하며 FAA 인증까지 획득했습니다.

플랫폼 기반 프로젝트

9년 전, Airbus에서 은퇴한 후 현재 IAR 80 프로젝트에서 응력 분석을 감독하고 있는 우주항공 엔지니어 Ion Adam은 “우리가 사용하고 있는 비즈니스 경험 플랫폼은 항공기 설계를 포함해 여러 엔지니어링 분야에서 업계 표준으로 자리잡았다.”라며, “플랫폼에서 제공하는 디지털 도구를 사용해 팀과의 협업, 파트너와의 손쉬운 커뮤니케이션, 대중적 가시성을 확보하여 새로운 파트너와 후원사 유치가 가능했다”고 강조했습니다.

Petre는 이 플랫폼 기능이 없었다면 프로젝트를 어떻게 완수할지 상상조차 못했을 것이라고 말했습니다. Leoveanu도 다음과 같이 동의했습니다. “IAR 80을 복원하겠다는 꿈조차 꾸지 못했을 것이다. 우주항공 전문가로 구성된 대규모 팀은 없지만 여전히 효율적이어야 한다. 플랫폼이 이를 가능하게 한다.”

두 엔지니어는 국내 비행 허가를 받게 되면 플랫폼에서 지원하는 디지털 스레드가 큰 역할을 할 것으로 기대하고 있습니다.

Petre는 “제2차 세계 대전 당시의 구성 그대로 복원하기는 쉽지 않다. 동체는 구분이 안 될 정도로 비슷하지만 내부는 약간 다를 것이다”라고 설명했습니다.

Boeing, Bombardier, Gulfstream에서 설계 구조 엔지니어로 근무했던 Viorel Motoc는 역설계된 IAR 80을 직접 볼 수는 없지만 본래 모델보다 성능이 우수할 것이라고 말했습니다.

약 20% 높은 엔진 출력, 더욱 견고한 스태빌라이저, 경량화를 통한 비행 진동 감소, 우수한 소재, 대폭 개선된 제조방식으로 항공기 설계는 더욱 정확할 것이라고 덧붙였습니다.

퍼즐을 완성하다

IAR 80 Fly Again 프로젝트에서 반드시 알아야 할 점이 있다면 바로 보존과 복원입니다. 전 세계 엔지니어의 열정이 모여 역사적으로 중요한 항공기를 다시 제작하고 있습니다. 엔지니어들의 열정에는 자원 봉사를 넘어 항공기에 대한 애정과 국가적 자부심이 깃들어 있습니다.

“아무것도 없는 상태에서 복원하는 첫 번째 프로젝트이다. 마치 공룡을 복제하는 것처럼 막막한 작업이다”

Grigore Leoveanu, IAR 80 Fly Again 프로젝트 관리자 겸 책임자

Adam은 “유명 전투기를 좋아하는 팬들은 P-51 Mustangs, Focke-Wulf F-190, Supermarine Spitfire 등 다양한 구형 항공기들이 하늘을 나는 모습을 보며 전율을 느낀다. 루마니아의 IAR 80은 한 때 화려한 클래식 항공기에 속했지만 지금은 자취를 감췄다. 이제 이 영광스러운 전투기가 하늘을 날 차례이다”라고 한껏 기대를 높였습니다.

Motoc은 “결과적으로 재설계된 IAR 80은 더 빠르고, 안전하며, 기동성이 우수한 항공기로 재탄생할 것”라고 말했습니다.

Tony Velocci는 Aviation Week & Space Technology 매거진의 전직 편집장입니다.