제트엔진의 역사를 쓰고 있는 기업, 미국 Pratt & Whitney

Pratt & Whitney 회사로고 (왼쪽), F-35 스텔스 전투기용 엔진 F135 조립공장 내부 (오른쪽)

창업 100년이 다되어가는 항공기 엔진 설계/제작 전문, 미국 방산업체.

특히 인류 최강의 전투기로 인정받고 있는 랩터(Raptor) F-22 와 랩터의 보급형 전투기 F-35, 모두의 제트엔진 공급업체로 더욱 유명하다.

록히드마틴 F-35 스텔스 전투기 조립 공장 모습. Pratt & Whitney F135 엔진 탑재 직전 모습

 

시대를 풍미한 항공기 엔진, R-1340

창업자인 독일계 미국인 Frederick Rentschler (1887년 미국 출생) 은 1차 세계대전을 겪으면서 항공기용 엔진 사업이 전망이 밝다고 생각하고, 당시 비행기 엔진 설계자이자 오랜 친구였던 George Mead (1891년 미국 줄생) 와 1925년 4월, 미국 동부의 뉴욕과 보스턴 중간쯤에 있는 Conneticut 주의 East Hartford 에 지금의 Pratt & Whitney 를 창업했다. (당시 Rentschler 는 38살, Mead 는 34살)

※ 알려진 바로는 본래 1860년에 Francis Pratt 과 Amos Whitney 가 창업한 Pratt & Whitney 란 이름을 가진 공작기계 제조업체가 이미 Connecticut 주 Hartford 에 있었으나,  1902년 창업자 중 한명인 Pratt 이 사망하고, 1920년에는 Whitney 마져 사망하면서, 회사가 급격히 안좋아지고 있었다고 함. 그러던 중, 1925년 4월 Frederick Rentschler 가 Pratt & Whitney 본사를 찾아가, 새로운 사업 아이템으로 항공기 엔진 제작을 제시했고, 이에 설득된 사장은 회사 이름을 계속 유지하는 조건으로, 공장 건물을 현물투자하고, 일부 자금도 현금투자하여, 현재의 Pratt & Whitney 가 되었다고 한다.

당시 Rentschler 는 독일에서 미국으로 이민 온 엔지니어 출신 아버지의 영향으로 어릴 때부터 자동차 생산용 공작기계 엔지니어로 일을 했는데, 그러던 중 유럽산 항공기 엔진 정비에 관여하게 되면서, 아예 미국에서 항공기 엔진을 직접 만들어 보고 싶어졌다고 한다.

Pratt & Whitney 는 창립 초기, 주로 Rentschler 의 전문분야였던 공작기계를 만들어 팔았고, 전쟁 기간에는 Mead 가 개발한 항공기 엔진을 만들어 파는 방식으로 폭발적으로 성장하였다. 공동 창업자인 Mead 가 창업 1년 만에 개발한 일명 말벌(Wasp)이라 불린, R-1340 엔진 (공랭식 프로펠러 엔진) 은 그 뒤 수년간 미국 해군의 성능승인 과정을 거쳐 초기 200대 주문을 받으면서, 이 자금으로 엔진 제조공장을 확장하였고, 그 뒤 총 3만 5천 개 정도가 제작되어 납품되는 엄청난 성공을 거둔다. 이 엔진은 그 뒤 기계공학회에서 미국의 역사적인 공학적 업적 중 하나로 지정되기도 했다. 일종의 근대 유산 같은 것이다.

공동 창업자 George Mead 와 Frederick Rentschler 모습 (왼쪽), 창업초기 판매되던 공작기계와 R-1340 엔진이 장착된 비행기 모습 (오른쪽)

 

※ Pratt & Whitney 공식 채널의 초기 항공기 엔진 동영상 (영어) : https://youtu.be/Drv9e0IVxRo

첫 번째 항공기 엔진, R-1340 의 엄청난 성공을 기반으로 Wasp 시리즈의 후속 개량형 엔진이 개발되었고, 연이은 성공으로 한때는 항공기 완제품 업체 Boeing 과 합병하여 거대 기업으로 크게 성장했지만, 미국 정부가 항공기 핵심부품과 완제품까지 모두 한 기업이 독점하는 것을 우려해 법적 규제를 만들어 다시 회사가 분리되면서 원래의 항공기 엔진 전문 제조업체 Pratt & Whitney 로 돌아갔다.

+ 100여년이 지난 지금도 잘 동작하는 R-1340 엔진 동영상 : https://youtu.be/YIM5cKr7L-c

 

지구 최강 전투기용 엔진, F119

하지만 누가 뭐라해도, Pratt & Whitney 를 가장 유명한 회사로 만든 건 1991년 4월, 미국 해군의 미래 전략용 스텔스 전투기 (그 후, F-22 Raptor 로 불림) 개발 업체로 록히드마틴과 Pratt & Whitney 컨소시엄이 선정되면서부터이다. 당시 개발된 F119 제트엔진은 현재까지도 가장 혁신적이고 기동성이 뛰어난 엔진으로 인정받고 있다. F119 제트엔진 기본형은 길이 약 5.16m, 직경 1.2m 의 원통형 애프터버닝 터보팬 엔진으로 무게는 일반 승용차 1대 무게인 약 1.8톤 정도였다. F-22 전투기는 엄청난 성능에도 불구하고 유지관리를 위한 예산이 미국도 감당하기 힘들 만큼 비싸다는 이유로, 얼마 전 더 이상 추가 생산은 안 하기로 결정 났다.

제트엔진을 2개 사용하는 F-22, 1개 사용하는 F-35 모습

현재 한국의 주력 전투기이기도 한, 록히드마틴 F-35의 제트엔진 F135는 위에서 설명한 F119 의 파생 개량형 엔진으로, 개발자에 의하면 추력과 내구성은 더 좋아졌지만, 제작단가는 훨씬 저렴해졌다고 한다. 하지만 Pratt & Whitney 측에서 납품되는 기간이 지나치게 길다는 불만이 꾸준히 제기되고 있어서, 전투기 제작업체인 록히드마틴 측에서도 고객 대응에 문제가 있다고 한다. 업계에서는 엄청난 고열을 장시간 버텨야 하는 제트엔진 터빈 브레이드의 내구성 확보를 위한 합금 단조 가공이 쉽지 않으며, 품질 검증 단계에서 균열이 발생하거나 파손되는 등의 불량이 많이 발생하여 납품지연이 계속되는 것이 아닌지 추정한다. F135 엔진의 크기와 무게는 F119 와 거의 동일하며, 길이가 43cm 정도 길어진 대신, 무게는 100kg 정도 가벼워졌다.

※ Pratt & Whitney 공식 채널의 F135 제트엔진 소개 동영상 : https://youtu.be/54iaHEVEJ4o

미국 언론에 따르면, F135 엔진개발 핵심 엔지니어 10명이 2017년 1월 회사로부터 모두 해고됐는데, 해고 사유가 2012년, F135 엔진 제조공장을 실사하러 온, 한국의 군관계자들과 공무원들의 출장경비를 부정한 방법으로 제공했다는 것이었다고 한다. 한국 언론에서는 보도된 적이 없는 내용이라 사실인지는 좀 더 확인이 필요하다.

* 참고로 한국 KAI가 양산/판매하고 있는 초음속 고등훈련기, T-50 과 이를 개량한 경공격 전투기, FA-50 그리고 현재 개발이 진행 중인 4.5세대 전투기 KF-21 은 모두 미국 제너럴일렉트릭(GE) 사의 F404, F414 제트엔진을 수입해서 탑재하고 있다. KF-21 용 GE F414 제트엔진은 록히드마틴의 스텔스 전투기 F-35 용 Pratt & Whitney 사의 F135 와 동급 제트엔진이라고 한다.

* 일본 IHI 가 개발한 전투기용 제트엔진 XF9 은 록히드마틴 전투기 F-22 에 탑재된 Pratt & Whitney F119 엔진과 동급으로 개발되었다. 추력과 크기, 무게 모두 비슷하다. 2010년도부터 일본의 차세대 제트엔진 개발 프로젝트로 개발이 시작되어, 2018년 6월, 일본 방위 장비청에 납품되었고, 2020년 7월까지 2년간의 성능확인 시험까지 종료한 상태라고 한다. 그 뒤, 2021년 말 영국 롤스로이스는 일본 IHI 와 차세대 제트엔진을 공동 개발하기로 협정을 맺었는데, 아마도 계속되는 제트엔진 개발 비용을 일본과 분담하기 위해서가 아닐까 추측된다. 세계 3대 제트엔진 개발업체에 들어가는 영국 롤스로이스는 점점 그 명성을 유지하기 힘들어 보인다. (3대 제트엔진 개발업체: 미국 Pratt & Whitney, 미국 GE, 영국 롤스로이스)

전 세계적 호흡기 전염병 (COVID-19) 이 발생했던 2020년, Pratt & Whitney 는 방산 대기업 Raytheon Technologies (Ticker: RTX) 에 인수합병되어, 주요 자회사 중 하나가 되었다. 매출의 대부분인 약 60% 는 민간 항공기용 제트엔진 판매에서 생기고 있고, 약 30% 는 미국 정부에 군용 전투기 엔진 납품을 통해서, 나머지 10% 는 해외 판매와 엔진 정비 서비스 등에서 올리고 있다. 예를 들어, JT시리즈와 그 후속 모델인 PW시리즈 제트엔진은 주로 보잉(Boeing) 이 제작하는 민간 항공기용으로 많이 판매되었고, 기타 GP 시리즈와 V 시리즈 등은 에어버스가 제작하는 민간 항공기용으로 많이 판매되고 있다. 가장 최근에는 구조를 극단적으로 단순화하여, 매연과 관리비용을 크게 절감한 GTF 제트엔진을 프로모션하고 있는 듯하다.

※ Pratt & Whitney 공식 채널의 GTF 제트엔진 소개 동영상 : https://youtu.be/3Lzscd4GNzo

※ Pratt & Whitney 공식 채널의 제트엔진 원리 설명 동영상 : https://youtu.be/x8DK4rM6Y90

 

 

 

※ 한국어로 설명된 제트엔진 원리 설명 동영상 : https://youtu.be/e_gN6Bt1ugg

※ 현재 민간기업과 정부연구개발 기관을 포함하여 제트엔진을 자체 개발할 수 있는 나라는 11개국 정도이다. 미국, 영국, 러시아, 일본, 중국, 독일, 프랑스, 스페인, 스웨덴, 이탈리아, 인도 가 이들 국가에 해당하며, 미국과 러시아, 중국, 일본 정도가 독자개발을 하고 있고 나머지 국가는 막대한 개발비에 비해 자금회수가 어렵기 때문에 투자금을 함께 부담하는 공동개발이 많다. 예를 들면, 2022년 1월 프랑스-독일-스페인 연합은 6세대 전투기용 제트엔진 시제품 성능테스트를 성공했다고 발표하였는데, 이들 연합에 참여하고 있는 기관은 프랑스의 Safran, 독일의 MTU, 스페인의 ITP 이다. 한국도 언젠가는 자체개발한 제트엔진이 필요할 날이 올텐데, 유럽처럼 공동개발할 만한 신뢰할 수 있는 파트너가 있을지 모르겠다. 결국 독자개발인가?

+ 국내 항공사 A330 장착 Pratt & Whitney 엔진 절반이 균열 결함 발견 (2022년 11월 17일자) : https://youtu.be/q5DIW_xyXks