X-65 내부, DARPA의 액티브 플로우 제어 비행기

액티브 플로우 제어가 항공기 설계를 재정의할 수 있는 방법

항공의 시작부터 거의 모든 항공기 부품이 진화해 왔습니다. 회전 날개는 터빈으로 대체되었고, 음속 장벽이 깨졌으며, 조종은 전자식 제어로 전환되었습니다.

하지만 거의 한 세기 동안 변하지 않은 요소가 하나 있습니다. 바로 비행 제어 메커니즘입니다. 모든 항공기는 플랩과 러더와 같은 요소에 의존해 항공기의 방향과 각도(피치, 롤, 요)를 제어합니다.

출처: BoffinPanda

전통적인 비행 제어 방식은 항공기의 공기역학적 형상을 바꾸어 특정 부위의 저항을 증가하거나 감소시키는 방식입니다. 이와는 전혀 다른 이론적인 방법이 바로 액티브 플로우 제어(AFC)입니다. 이 방법은 에너지를 사용해 공기 흐름을 능동적으로 제어하는 데 초점을 맞추며, 단순히 공기 저항을 수동적으로 늘리거나 줄이는 것이 아닙니다. 지금까지는 유망하지만 대부분 이론적인 개념으로, 실험실에서만 테스트되었습니다.

최근 발표된 X-65 추진 결정으로 곧 변화가 일어날 것입니다. X-65는 독특한 외형을 가진 비행기 프로토타입으로, AFC 기술을 시연하기 위해 고안되었습니다.

출처: Aurora Flight Sciences

보잉의 자회사인 Aurora Flight Science가 제작한 X-65 비행기는 곧 준비가 완료되어 엔지니어들에게 AFC 제어 항공기를 실제로 구축하는 경험을 제공할 수 있을 것입니다.

TL;DR: X-65는 액티브 플로우 제어(AFC)를 테스트하기 위해 설계된 최초의 전규모 항공기로, 움직이는 제어면 대신 공기 제트를 이용해 비행기를 조종합니다. Aurora Flight Sciences와 DARPA는 AFC가 항력 감소, 양력 증가, 스텔스 향상 및 궁극적인 항공기 설계 단순화에 기여할 수 있는지를 입증하려 합니다. 초기 테스트에서는 전통적인 플랩과 비교하고, 이후 완전한 액티브 제어로 전환할 예정입니다. X-65는 서비스에 투입되지 않지만, 이 기술이 차세대 군용 및 상용 항공기에 영향을 미칠 수 있습니다.

액티브 플로우 제어 설명

액티브 제어

일반적인 비행 제어 시스템은 고정된 형태나 표면을 사용해 항공기 주변의 공기 흐름을 제어합니다. 반면 액티브 플로우 제어는 센서, 액추에이터, 제어 알고리즘과 같은 도구를 이용해 흐름장을 직접 수정합니다.

예를 들어, 제트 엔진에서 1~4mm 폭의 구멍을 통해 공기 흐름을 추출합니다. 이론적으로 AFC는 난기류와 같은 변화하는 조건에 실시간으로 반응해 훨씬 더 반응성이 높고 유연해집니다. 또한 이 방법은 항공기의 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

액티브 플로우 제어 시스템의 과제

하나의 문제는 AFC 시스템이 훨씬 복잡하다는 점입니다. 특히 센서, 액추에이터, 제어 알고리즘 간의 거의 완벽한 협조가 필요합니다. 작은 오류, 지연, 부적절한 반응도 실제 비행기에서는 치명적일 수 있습니다.

또 다른 문제는 시스템이 능동적이기 때문에 전원이나 기계적 고장이 발생하면 비행기의 동작이 급격히 변할 수 있다는 점입니다. 따라서 전통적인 비행 제어 시스템보다 더 높은 수준의 중복성과 신뢰성이 요구됩니다.

마지막으로 대부분의 AFC 설계는 전통적인 비행 제어보다 에너지 소모가 크며, 전력 공급과 무게에 제한이 있는 항공기에서는 문제가 될 수 있습니다.

X-65 개요

X-65는 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)와 Aurora Flight Sciences가 공동으로 진행하는 프로젝트이며, 2025년 8월에 공동 개발 계약을 체결했습니다. 이 프로그램은 CRANE (Control of Revolutionary Aircraft with Novel Effectors)의 일환으로, “액티브 플로우 제어(AFC)를 주요 설계 고려사항으로 포함한 새로운 X-플레인”을 개발하는 연구 프로그램입니다.

“X-65 플랫폼은 지속적인 비행 시험 자산이 될 것이며, 향후 항공기 설계와 연구 임무가 기본 기술과 비행 시험 데이터를 활용할 수 있을 것이라 확신합니다.”
Larry Wirsing – Aurora Flight Sciences 항공기 개발 부사장.

따라서 X-65는 무엇보다도 기술 시연용으로, AFC를 중심에 두고 실제 상용 항공기에 이 기술을 적용하는 방법을 배우기 위해 설계되었습니다.

이 비행기는 30피트(9미터) 날개폭과 7,000파운드(3,175kg) 총중량을 가집니다. 완전 무인이며, 마하 0.7에 도달할 것으로 예상됩니다.

AFC 설계

초기에는 전통적인 플랩과 러더, 그리고 AFC 효과기를 모두 장착할 예정입니다.

이렇게 하면 과학자들이 AFC와 전통적인 비행 제어를 성능 비교의 기준점으로 비교할 수 있습니다.

후속 테스트에서는 점진적으로 AFC 효과기에 의존도를 높여 움직이는 표면의 사용을 최소화할 것입니다.

비행기 내부에는 공기 흐름을 제어하는 파이프와 전원 장치가 포함됩니다. 14개의 서로 다른 AFC 효과기는 모듈식으로 설계되어 테스트 단계에서 다른 설계와 교체가 가능합니다.

“우리는 센서를 배치해 AFC 효과기의 성능이 전통적인 제어 메커니즘과 어떻게 비교되는지 모니터링할 것이며, 이 데이터는 AFC가 미래 군용 및 상용 기체를 어떻게 혁신할 수 있는지 이해하는 데 도움이 될 것입니다.”
Richard Wlezien – DARPA CRANE 프로그램 매니저

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X-65 타임라인

Aurora는 2020년에 CRANE 프로그램 작업을 시작했으며, 2022년에 풍동 테스트를 수행했습니다.

프로그램은 2023년 5월에 공식 명칭을 부여받았으며, 이후 추가 테스트가 시작되었습니다.

현재 제작이 진행 중이며, 본체는 2026년 1월에 완성될 예정이며, 웨스트버지니아주 브리지포트에 있는 Aurora 제조 시설에서 진행됩니다. 추진 시스템과 AFC 시스템 부품도 이미 제작되어 비행기에 통합될 준비가 되어 있습니다.

출처: Aurora Flight Sciences

What the X-65 Program Aims to Prove

AFC 실험 외에도 명확한 목표는 군용 및 이후 민간 항공기의 설계 기반이 될 플랫폼을 만드는 것입니다.

AFC의 주요 장점 중 하나는 난기류를 훨씬 더 잘 처리할 수 있어 궁극적으로 큰 복잡한 기계식 제어면이 필요 없는 더 단순한 설계를 가능하게 할 수 있다는 점입니다.

또한 항력을 감소시키고 양력을 증가시켜 연료 절감 및 비행 거리 연장을 기대할 수 있습니다.

군사적 관점에서 보면, 웨이크와 공기역학적 신호를 제어함으로써 AFC는 스텔스 특성을 향상시킬 수 있습니다. 이는 갈륨 나이트라이드(GaN)와 같은 첨단 반도체가 점점 더 효율적인 레이더를 만들기 위해 사용되는 상황에서 중요한 요소입니다.

마지막으로 AFC는 비행기의 이착륙을 안정화하고 향상시킬 수 있어, 항공모함에서 이륙하는 전투기나 드론에 매우 유용합니다.

What the X-65 Means for Future Aircraft

X-65와 그 액티브 플로우 제어 시스템은 직접적인 전투기나 드론으로 사용되지는 않지만, 향후 실용 항공기가 구축될 기술 플랫폼 역할을 합니다.

이 시스템이 얼마나 효율적이고 실용적인지는 아직 확인되지 않았으며, X-65 테스트가 이를 명확히 할 것입니다.

가장 가능성이 높은 첫 적용 분야는 고급 군용 항공기일 것입니다. 항공모함에서 이륙하거나 스텔스가 요구되는 무인·유인 항공기의 요구 사항이 훨씬 까다롭고 AFC의 혜택을 크게 받을 수 있기 때문입니다.

기술이 입증되고 충분히 정착되면 민간 항공기에 적용될 가능성도 높습니다. 초기에는 전통적인 비행 제어를 보완하는 형태로 시작해 점진적으로 최신 여객기 설계에 대체될 수 있습니다.

Investor Takeaways: 보잉의 Aurora 부서는 X-65 프로그램을 통해 차세대 비행 제어 연구의 중심에 서고 있습니다. AFC가 아직 실험 단계이지만 초기 성공은 보잉의 장기 방위 및 항공우주 로드맵을 강화하고, 경쟁사와 차별화시켜 향후 스텔스 및 항공모함 발사 플랫폼이 진화함에 따라 경쟁 우위를 제공할 수 있습니다.
투자자에게 AFC는 보잉의 R&D 노력에 내재된 다년간 기술 옵션으로, 성공 시 마진 개선, 방위 계약 확대, 상용화될 경우 차세대 여객기 설계에 영향을 미칠 수 있습니다.

Investing In Active Flow Control

Aurora Flight Sciences / Boeing

Aurora Flight Sciences는 X-65뿐만 아니라 다양한 항공기도 개발하고 있습니다:

• 소형 비행 드론 (무인 항공 시스템 – UAS)인 Skyron-X 정찰 드론 등.
• Centaur Optionally Piloted Aircraft는 지상 관제소에서 조종되는 소형 비행기로, 탑재된 안전 파일럿을 통해 국가 공역 시스템(NAS)에서 비용 효율적인 비행 테스트를 가능하게 합니다.
• 다양한 실험용 항공기, 유인·무인, 전기·전통 등, 빠른 프로토타이핑 및 첨단 제조 방법(3D 프린팅, CNC 5축 가공, 자동 현장 측정, 자동 섬유 적층) 덕분에
  • 예를 들어, “Liberty Lifter” 수상기, SPRINT, NASA의 Electrified Powertrain Flight Demonstration (EPFD), 혹은 NASA의 X-66 Sustainable Flight Demonstrator (SFD) 등이 있습니다.

이러한 전반적인 활동은 Aurora를 보잉의 실험/연구개발 부문으로 만들고 있습니다.

보잉은 대규모 그룹으로서 최근 일련의 항공기 추락 사고와 Starliner 우주 캡슐의 대대적인 실패 등으로 어려운 시기를 겪었습니다.

그럼에도 불구하고 보잉은 여전히 항공기 제조 분야의 거인으로, 777X 프로그램의 인도량이 증가하면서 2025년 3분기 매출이 235억 달러(전년 동기 178억 달러)로 상승하고 자유 현금 흐름이 긍정적으로 전환되었습니다.

777X의 특히 강력한 엔진은 2025년 두바이 항공쇼에서 매우 빠른 이착륙과 강력한 기동성으로 전문가와 대중 모두에게 깊은 인상을 남겼습니다.

상업용 항공기가 회사의 가장 눈에 띄는 부분($11.1B 매출, 2025년 3분기)인 반면, 방위·우주·보안 부문도 $6.9B 매출을 기록했으며, 주로 기존 항공기의 부품 및 유지보수 서비스가 $5.4B를 차지했습니다.

따라서 회사는 과거 문제에서 완전히 벗어나지 못했으며, 제조 공정을 추가로 개혁하고 공급망을 재정비해야 할 필요가 있습니다. 특히 2024년에 Spirit Aerospace를 47억 달러에 재인수했습니다.

하지만 회사는 다시 궤도에 오르고 있으며, 펜타곤과 이스라엘이 70억 달러 규모의 항공 급유기와 아파치 헬리콥터 주문을 지속적으로 확보하는 등 견고한 군수 주문 라인업이 회사가 지속 성장하도록 도울 것이며, 민간 항공 부문의 평판 회복에도 기여할 것입니다.

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