K-방산의 꽃 '전투기 엔진' 기술의 요모조모

[테크따라잡기]
국산 항공엔진 1만대 출하에도 핵심엔진 타국의존 여전
니켈 합금·내열 코팅 등 현존 최고 수준의 기술 집약체
방산 수출 확대·국방 독립성 강화 위해 적극 개발 필요

요즘 K-방산의 기세가 매섭습니다. 특히 전투기 분야에서의 성과가 돋보이는데요. 최근 한화에어로스페이스는 항공엔진 1만대를 출하하는 기록을 세웠습니다. 45년 만에 이룬 쾌거입니다.

한국의 엔진 기술은 이제 6세대를 향해 가고 있는데요. 그만큼 이룬 것도 많지만 아직 채워야 할 것도 많습니다. 오늘 [테크따라잡기]에서는 현존 최고의 기술 집약체로 불리는 국산 항공엔진의 요모조모를 알아볼께요.

국내 수출 핵심 전투기 엔진, 아직 타국에 의존

우리나라의 항공 산업은 조립과 생산 그리고 독자모델 개발이 가능한 수준까지 올라왔습니다. 하지만 한국항공우주산업(KAI)이 생산한 'KF-21'을 수출하려면 미국의 승인이 필요합니다. 전투기의 심장인 엔진이 미국의 제너럴일렉트릭(GE)사의 모델이기 때문입니다.

왜 한국산이 아닌 GE가 만든 엔진이 들어가 있을까요. 한국은 아직 전투기에 들어가는 2만 파운드(약 9톤(t)) 이상의 출력을 가진 엔진을 설계할 수 있는 기술이 없습니다. 기술력을 많이 끌어올리긴 했지만 여전히 갈길이 먼 셈이죠.

항공 엔진을 만들기 위해선 먼저 엔진이 내뿜는 1500도 이상의 고온과 엄청난 압력에 버틸 수 있으면서도, 수만 시간을 비행할 수 있는 내구성까지 갖춘 소재까지 갖춰야 하는데요. 이런 엔진 생산 기술력을 갖춘 회사만 보더라도 엔진 빅 3(미국의 제너럴 일렉트릭, 프래텟&휘트니, 롤스로이스)가 차지하고 있는 상황입니다.

엔진, 현존 최고 수준의 기술 집약체

이렇듯 높은 기술력을 요구하는 항공 엔진은 어떤 구조로 이뤄졌을까요? 전투기는 앞쪽에서 공기를 빨아들이는 '인렛' 부분이, 그 공기를 압축해서 보내는 '압축기' 부분이 있고요. 연료를 더해서 폭발시키는 '연소실'과 '터빈' 부분이 있습니다. 마지막으로 우리가 눈으로 볼 수 있는 '노즐' 부분과 연료를 추가적으로 분사해서 더 높은 추력을 얻는 '애프터버너' 부분으로 구성돼 있습니다.

항공엔진에서 뜨거운 열을 견디는 부분(연소실~애프터 버너)을 '핫섹션'이라고 하는데요. 특히 핫섹션에 들어가는 부품의 경우가 기술의 정수로 꼽힙니다. 핫섹션은 엔진 가동 시에 나오는 고온과 고압을 견디기 위해 니켈 초내열 합금, 고강도 경량화를 위한 티타늄 합금이 이용됩니다.

한화에어로스페이스는 여태까지 전량 수입에 의존해온 전투기용 합성 금속인 '인코넬 718' 소재 개발에도 착수했습니다. 인코넬 718은 내열성이 높아 섭씨 1500도 이상의 화염을 견딜 수 있는 특수합금으로, 엔진에서 뿜어져 나오는 뜨거운 화염을 견뎌야 하는 항공엔진에 가장 많이 사용됩니다.

여기에 또 하나 중요한 기술이 더 있는데요 바로 '고온 부품 냉각 기술'입니다. 첨단 항공엔진의 추력과 효율을 증가시키기 위해서는 과열로 터빈 등의 부품이 마찰로 닳아 없어지는 것을 막기 위한 냉각 기술이 핵심 기술로 주목받고 있습니다.

효율적인 냉각기술의 적용은 엔진 성능의 향상으로 직결되기 때문인데요. 한마디로 첨단 항공엔진은 △설계 △정밀 가공 △특수 합금 △내열 코팅 기술 등 현존 최고 수준의 기술 집약체라고 볼 수 있습니다.

현재 한국에서 개발 중인 항공엔진으로는 무인기용에 들어가는 5500 파운드 급(약 2.5톤(t) 급) 터보펜 엔진, 1만 파운드 급(약 4.5톤(t) 급) 터보펜 엔진이 있습니다. 그리고 2037년에는 1만 5000 파운드 급(약 6.8톤(t) 급) 첨단 엔진이 개발될 예정인데요. 전투기에 들어가는 1만 5000 파운드 급 엔진 기술을 확보하면 그다음 단계인 6세대 전투기에 들어가는 엔진도 한국이 독자 개발할 수 있는 길이 열릴 겁니다.

항공엔진 기술 개발 적극 나서야 할 때

고도의 기술력 만큼 항공엔진 기술 개발에는 막대한 자금이 투입돼야 합니다. 어림잡아도 5조원 이상의 자금이 필요하다고 하는데요. 방산기업들로서는 부담일 수밖에 없죠. 그럼에도 엔진 기술 개발에 적극 나서야 하는 이유는 분명합니다.

무엇보다 방위산업 수출 확대입니다. 우리가 만든 전투기에 우리가 만든 첨단 항공엔진을 탑재하면, 해외로부터 법적 제재를 받지 않고 자유롭게 방산 수출 시장을 확장할 수 있습니다. 고도의 항공엔진 개발 성공을 통해 시장 점유율을 1%만 확보해도 20년간 최소 9조 4000억원의 부가가치를 창출할 것이란 국가기술진흥연구소의 보고도 있습니다.

또한 전투기용 엔진 기술을 바탕으로 민항기용 엔진으로 확장도 가능해집니다. 이는 운송 등 물류 산업에도 낙수효과를 불러일으켜 관련 산업 생태계 성장으로 이어질 수 있을 것으로 보입니다.

마지막으로 한국의 국방 독립성 강화를 꼽을 수 있는데요. 한국이 독자적으로 전투기에 들어가는 첨단 항공엔진을 개발한다면, 국내 전투기 성능을 개량하거나 부품 수급을 할 때 다른 나라의 영향을 받지 않을 수 있겠죠. 외부에서 엔진을 수입하는 경우에는 정치적 또는 경제적인 압박에 노출될 수 있으니까요. 미래의 전장에서 한국의 하늘을 오롯이 한국의 기술로 만들어진 전투기가 지키는 것도 당연한 명분이겠죠.

항공 엔진 산업 관계자는 "막대한 자금이 투입되는 만큼 국책 사업 지정과 같이 국가의 적극적인 투자와 의지가 필요하다"고 밝혔습니다.

최지훈 (jhchoi@bizwatch.co.kr)