F100

Pratt & Whitney F100

프랫&휘트니에서 개발한 군용 저바이패스 터보팬 제트엔진으로서 1966년 무렵 터보팬 기술실증용으로 개발한 JTF16이라는 모델에 기초를 두고 있다. 당시는 여객기나 군용기의 동력이 슬슬 터보팬 방식으로 진화하던 시점이긴 했지만 그 시기의 터보팬 기술 수준으로 초음속을 구현하는 것은 조금 난해하다는 것이 일반적인 평가였다. 그러나 P&W가 시장점유율이나 기술력에서 최고수준에 있었던 회사[2][3]답게 많은 공돌이들을 투입시켰고 1967년 미 공군과 해군이 공통으로 추진하던 차기 전투기의 엔진 (ATE : Advanced Turbine Engine) 선정작업 후보에 오르게 된다. 이 차기 전투기들은 당연히 F-15와 F-14였고 기존에 서로가 같이 운용하던 F-4의 J79 엔진 대비 경량화와 추력 증대, 엔진 자체의 추력대 중량비가 9.0을 상회하는 것을 목표로 했다.

그런데 공군의 경우 아직은 팬텀으로도 좀 버틸 만해서 개발해야 할 요소와 시간적 여유가 있었던 반면 해군은 이미 F-111B의 씁쓸한 실패를 겪은데다가 항모전투단을 소련의 신형 공대함 미사일로부터 방어해야 할 함대방공 전투기가 몹시 급했던 상황이라 아직 완성단계에 까지 이르지 못한 엔진을 한가롭게 기다려줄 여건이 되지 못했다. 더군다나 함재기인 만큼 항모운용 테스트와 적합성 평가 등 공군기에 비해 시간도 훨씬 더 잡아먹을 수밖에 없었기에 과거 F-111B에 탑재했었던 TF30을 그대로 써먹는 울며 겨자먹기를 택하게 된다(...)[4] 이 신형 엔진은 F-15의 동력으로 채택되면서 F100이라는 제식 명칭을 부여받았고 1974년에 등장한 YF-16의 엔진으로도 선택되는 경사가 겹친다. 그런데 미 공군으로 한정으로 봤을 때 거의 모든 F-15C/D/E들은 F100을 엔진으로 지니고 있지만 F-16C/D에는 F110을 채택한 비율이 훨씬 더 높다.

1972년 7월 첫 번째 모델인 PW-100이 F-15에 설치되어 첫 비행을 했는데 사고는 없었지만 터빈 계통의 부품에 마모와 손상이 간과할 수준을 넘어섰다는 진단이 나온다. 아무래도 최초로 실용화된 초음속 터보팬 엔진이다보니 특성에 대한 연구와 품질관리가 따르지 못한 것이 원인이었고 이는 비교적 쉽게 해결하긴 했으나 TF30처럼 급선회와 같은 높은 각도에서의 애프터버너 가동시 공기가 역류해서 실속을 유발할 수 있는 문제는 대략 1979년 무렵까지 심각하게 골치를 썩였다. 그러나 이 부분은 애프터버너 주변에 석영[5] 재질로 된 창과 그 안에 화염센서를 설치하여 연료를 제어하는 시스템을 구축하는 것으로 비교적 매끈하게 해결할 수 있었다. 1981년 미 공군의 조사에 따르면 1,000 시간의 비행에서 기껏 1.5회 정도의 애프터버너 트러블이 나타나는 것으로 파악되어 신뢰성은 급격히 상승했으며 1985년까지 총 3,500개의 엔진이 무려 2백만 시간의 누적 비행시간을 기록하기에 이른다. 일본의 IHI는 1981년부터 PW-100 모델을 라이센스 생산해서 미국에서 직도입한 F-15J 초도물량을 제외한 자국 라이센스 생산량의 모든 엔진을 공급했다. PW-200은 오직 F-16을 위해 제작된 모델로서 기존의 유압 기계식 엔진통제 방식을 그대로 사용하는 등 그다지 큰 차이를 지니지는 않으나 1985년에 등장한 PW-220은 전자식으로 엔진을 제어하는 DEEC (Digital Electronic Engine Control)와 신소재의 적용 등으로 내구성 및 상당한 비용절감의 효과를 가져왔고 F-15와 F-16에 자잘한 시빗거리 없이 공통적으로 적용시킬 수 있었다. 한편 1990년대 중반에는 기존의 구형 엔진을 PW-220 수준의 사양으로 업그레이드하는 작업을 실시했는데 이 개수 프로그램을 받은 엔진들은 PW-220E (Equivalent)로 명칭된다. 신품으로 판매된 것이 아니라 업그레이드 킷으로서 F-15와 F-16는 물론 항공자위대의 F-15J/DJ에도 똑같이 적용되었다. 또한 PW-220 계열에서 애프터버너를 제거한 추력 16,000 lbf 짜리 PW-220U라는 모델도 있는데 이건 2011년에 첫 비행을 한 미 해군의 항모탑재 무인기 X-47B의 동력으로 선택되었다.

PW-220은 1989년 미 공군이 계획한 YA-7F라는 차세대 공격기의 동력으로 채택되기도 했었다. A-10이 너무 느려서 적의 대공전력에 싹 녹아버릴 것이 걱정되자 많은 탑재량을 지닌 A-7의 껍데기에 PW-220을 탑재시켜 초음속이 가능한 CAS 공격기로 써먹어보려던 계획이었다. 전자장비와 야간 공격능력을 강화해서 시험비행은 물론 초음속 돌파까지 무사히 마치긴 했으나 국방예산 감축과 함께 이미 A-7을 운용중이던 주방위군 공군이 "그냥 F-16을 쓰는게 이래저래 낫지 않겠소?"라는 반응을 보이자 더 이상의 지지를 받지 못하고 그냥 박물관으로 직행하고 말았다(...)[6]

그리고 이 시기에 미 공군은 F-16에 AFE (Alternative Fighter Engine: 동일기종 타엔진 장착)이라는 프로그램을 실시한다. 기체가 지니는 전자장비와 구조, 임무수행능력 등의 알맹이는 다 동일한데 GE의 F110과 F100을 병행하여 장착해서 서로 경쟁을 유도해 엔진의 가격을 낮추려는 의도와 함께 가령 한 회사가 쫄딱 망하거나 소련의 핵공격으로 공장이 박살났다 하더라도(...) 일정 물량의 머릿수를 유지함과 함께 후속 군수지원과 신조기체 생산에 차질이 없게끔 하려는 생각이었다. 그런데 각 회사의 엔진마다 물리적으로 상이한 부분이 없을 수가 없고 추력도 약간씩 차이가 나서 GE의 F110 계열이 장착될 기체에는 인테이크의 공기 흡입량을 확장시켜주는 이른바 "Big Mouth"라는 개량된 공기흡입구 (MCAID : Modular Common Air Intake Duct)가 설치됐다. 이런 방침은 현재의 F-16E/F에도 적용되고 있긴 하나 유일하게 이 기종을 선택한 아랍 에미리트 공군이 GE의 엔진을 선택하는 바람에 Block 60이 되어버렸고 P&W 제품을 선택한 국가는 아직까지 없기에 Block 62는 현재 존재하지 않는다.[7]

1989년에는 현재 여객기의 엔진처럼 FADEC[8]에 의한 엔진 통제 및 팬 블레이드와 압축부의 개량, 여러 부품들의 내구도를 향상시킨 PW-229라는 파생형이 개발된다. 미 공군 기준 1991년과 1993년부터 F-15와 F-16에 운용되기 시작했으며 대한민국 공군을 포함한 많은 우방국 공군의 항공기에도 탑재되기 시작했다. 1994년 2차 피스브리지 사업에서 삼성항공이 이 엔진을 라이센스 생산했고 2000년 3차 사업에도 협력업체나 과정 등이 대부분 비슷하게 진행되었다. 그러나 이 때 제작된 KF-16에서 엔진 고장으로 인한 추락이 좀 빈번하게 발생했던 탓에 P&W 제품에 대한 신뢰도가 급격히 떨어졌고 추후 F-15K의 1차분 도입에서는 GE의 F110을 선택해서 도입하게 된다.[9]

PW-229A라는 제품은 원래 IPE (Increased Performance Engine)라는 컨셉을 지니고 기획됐으며 이물질 흡입에 대한 대책으로 팬을 다시 설계했고 전자제어 시스템과 공기의 흐름을 개선하는 등의 요소를 지니고 있다. 2007년에는 PW-229EEP (Engine Enhancement Package)라는 PW-220E와 비슷한 형태의 업그레이드 프로그램이 소개되었고 기존의 PW-229 제품군에 대해 실시간 모니터링 시스템 및 부품 수명연장을 통해 유지보수 비용과 주기를 줄여주는 내용을 담고 있다. 여기에는 F-22의 엔진인 F119 개발 과정에서 획득한 기술이 많이 녹아있다고 알려져 있는데 F-15K 2차 도입분에 적용된 엔진이 바로 이 모델이다. P&W는 현재까지 총 7,200개의 엔진이 누적 비행시간 2,400만 시간을 기록했다고 홍보하고 있다.