슈퍼마린 스피트파이어

태생

1931년, 영국 공군성은 글러스터 건틀릿 복엽기를 대체할 시속 400km(250mph)의 비행 속도를 낼 수 있는 현대적인 전투기를 요구하는 F7/30 규격을 발표했다. R. J. 미첼은 블랙번 F.3, 웨스트랜드 F.7/30, 그리고 글러스터가 자체 자금으로 개발한 기종들과 경쟁하여 슈퍼마린 타입 224를 설계했다. 224는 개방형 조종석을 갖춘 단엽기로, 육중한 갈매기 날개와 크고 고정된 스패터드 랜딩 기어를 장착했으며, 600마력(450kW)의 증발식 냉각 방식 롤스-로이스 고쇼크 엔진으로 구동되었다. 1934년 2월에 첫 비행을 했다. F7/30 규격에 제출된 7개의 설계안 중 글러스터 글래디에이터 복엽기가 채택되었다.

Type 224는 미첼과 그의 설계팀에게 큰 실망감을 안겨주었고, 그들은 슈나이더 트로피 수상 비행기 제작 경험을 바탕으로 곧바로 여러 차례의 "개선된" 설계 작업에 착수했다. 그 결과, 접이식 랜딩 기어를 장착하고 날개폭을 1.8m(6피트) 줄인 Type 300이 탄생했다. 이 설계는 1934년 7월 영국 공군성에 제출되었지만 채택되지 않았다. 이후 밀폐형 조종석, 산소 호흡 장치, 더 작고 얇은 날개, 그리고 새롭게 개발된 더욱 강력한 롤스로이스 PV XII V-12 엔진(훗날 "멀린"으로 명명됨)을 장착하는 등 여러 차례 수정을 거쳤다. 1934년 11월, 미첼은 슈퍼마린의 소유주인 비커스-암스트롱의 지원을 받아 Type 300의 개선된 버전에 대한 상세 설계 작업에 착수했다.

1934년 12월 1일, 영국 공군성은 미첼의 개량형 300식 전투기 제작을 위해 1만 파운드를 지원하는 계약(AM 361140/34)을 체결했다. 1935년 4월, 랄프 솔리는 미첼에게 최소 6정, 가급적 8정의 기관총을 장착하는 동시에 폭탄 탑재량을 줄이고 연료 탱크 용량을 축소하는 새로운 사양(F10/35)에 대해 설명했다. 미첼은 기관총 추가에는 문제가 없을 것이라고 예상했고, 무게 감소를 위한 요구 사항도 환영했다. 8정 기관총을 장착한 전투기 사양(F5/34)은 영국 공군 작전요건부의 랄프 솔리 소령의 제안에서 나온 것이었다. 이 재설계에서는 빅커스 기관총에서 7.7mm M1919 브라우닝 기관총으로 교체되었고, 연료 탱크 용량은 94갤런에서 75갤런으로 줄었다.

1936년 3월 5일, 이륙 시 더 큰 출력을 위해 피치가 미세한 프로펠러를 장착한 시제기(K5054)가 이스트리 비행장에서 첫 비행에 성공했다. 조종간은 비커스 사의 수석 시험 조종사였던 조셉 "머트" 서머스 기장이 잡았는데, 그는 착륙 시 "아무것도 만지지 마라"라고 말했다고 전해진다. 이 8분간의 비행은 당시 생산되던 허리케인 전투기의 첫 비행으로부터 4개월 만에 이루어진 것이었다.

K5054에는 새로운 프로펠러가 장착되었고, 서머스는 1936년 3월 10일에 이 비행기를 조종했다. 이 비행에서 착륙 장치가 처음으로 접혔습니다. 네 번째 비행 후, 새로운 엔진이 장착되었고, 서머스는 시험 비행을 그의 조수인 제프리 퀼과 조지 피커링에게 맡겼다. 그들은 곧 스핏파이어가 매우 뛰어난 성능을 가진 항공기이지만 완벽하지는 않다는 것을 발견했다. 방향타는 지나치게 민감했고, 최고 속도는 시속 330마일(528km/h)에 불과했는데, 이는 시드니 캠의 새로운 멀린 엔진 장착 허리케인보다 약간 빠른 속도였다. 새롭고 더 나은 형상의 2엽 목재 프로펠러 덕분에 스핏파이어는 5월 중순에 수평 비행에서 시속 348마일(557km/h)에 도달할 수 있었다. 이때 서머스는 K5054를 영국 공군 마틀샴 히스 기지로 몰고 가서 항공기 및 무기 실험 연구소(A&AEE)의 앤더슨 소령에게 인계했다. 여기서 험프리 에드워즈-존스 비행중위는 영국 공군(RAF)을 위해 시제기를 인수했다. 그는 항공기를 조종한 후 착륙하여 공군성에 보고서를 제출하라는 명령을 받았다. 에드워즈-존스의 보고서는 긍정적이었으며, 그의 유일한 요청은 스핏파이어에 착륙 장치 위치 표시기를 장착하는 것이었다. 일주일 후인 1936년 6월 3일, 공군성은 항공 및 항공기 평가 위원회(A&AEE)의 공식 보고서가 나오기도 전에 139만 5천 파운드에 310대의 스핏파이어를 주문했다. 이후 중간 보고서들이 차례로 발표되었다.

초기 생산

영국 국민들이 스핏파이어를 처음 접한 것은 1936년 6월 27일 토요일, RAF 헨든 에어쇼에서였다. 본격적인 생산이 즉시 시작될 예정이었지만, 여러 가지 문제들이 해결되지 못하고 한동안 방치되었으며, 최초의 양산형 스핏파이어인 K9787은 1938년 중반이 되어서야 사우샘프턴의 울스턴 조립 라인에서 출고되었다.

1936년 2월, 비커스-암스트롱 사의 로버트 맥린 사장은 주문 후 15개월 안에 주당 5대씩 생산하겠다고 약속했다. 그러나 1936년 6월 3일, 영국 공군성은 스핏파이어 310대를 주문했다. 슈퍼마린의 울스턴 공장에서 본격적인 스핏파이어 생산이 시작되었지만, 약속했던 15개월 안에 생산을 완료하는 것은 불가능해 보였다. 슈퍼마린은 당시 월러스와 스트랜라어 비행정을 제작 중이던 소규모 회사였고, 비커스는 웰링턴 폭격기 생산에 집중하고 있었다. 따라서 초기 해결책은 하청 생산이었다. 스핏파이어의 주요 부품, 특히 날개 제작은 외부 업체에 맡기기로 했지만, 모회사인 비커스-암스트롱은 외부 업체에 의한 생산을 꺼려했고, 필요한 설계도와 부품 제공을 미온적으로 진행했다.

스핏파이어의 본격적인 생산이 지연되자 영국 공군성은 최초 주문량인 310대를 끝으로 생산을 중단하고, 이후 슈퍼마린사가 브리스톨 보포터를 생산하도록 하는 방안을 제시했다. 그러나 슈퍼마린과 비커스 경영진은 생산 문제를 극복할 수 있음을 공군성에 설득했고, 1938년 3월 24일 스핏파이어 200대를 추가로 주문받았다. 이 두 주문은 K, L, N으로 시작하는 일련번호를 가진 기체들을 포함했다.

최초의 양산형 스핏파이어는 1938년 중반에 조립 라인에서 출고되었고, 최초 주문 후 거의 24개월 만인 1938년 5월 15일에 제프리 퀼이 첫 비행을 했다. 지연과 프로그램 비용 증가로 인해 최초 310대의 항공기 최종 가격은 1,870,242파운드에 달했는데, 이는 당초 예상보다 대당 1,533파운드 더 높은 금액이었다. 양산형 항공기의 가격은 약 9,500파운드였다. 가장 비싼 부품은 수작업으로 제작 및 마감된 동체로 약 2,500파운드였고, 그 다음으로는 롤스로이스 멀린 엔진이 2,000파운드, 날개가 한 쌍에 1,800파운드, 기관총과 착륙 장치가 각각 800파운드, 그리고 프로펠러가 350파운드였다.

버밍엄 캐슬 브롬위치에서의 제조

1935년, 영국 공군성은 모리스 자동차 회사에 접근하여 콜리 공장을 얼마나 빨리 항공기 생산 시설로 전환할 수 있는지 문의했다. 1936년, 이러한 비공식적인 대규모 생산 시설 요청은 허버트 오스틴의 주도 하에 영국의 항공기 생산 능력을 증대하기 위한 공식적인 계획, 즉 '그림자 공장 계획'으로 대체되었다. 오스틴은 9개의 새로운 공장을 건설하고, 영국의 자동차 제조업을 보완하여 전체 생산 능력을 증대시키거나 항공기 및 엔진 생산을 위한 재편성을 강화하는 임무를 맡았다.

1938년, 비행장 옆에 캐슬 브롬위치 항공기 공장(CBAF) 건설이 시작되었고, 착공 두 달 후 당시 최첨단 공작기계 설치가 시작되었다. 대량 자동차 생산 전문가였던 너필드 경이 이끄는 모리스 모터스가 공장을 관리하고 설비를 갖추었지만, 자금은 정부에서 지원했다. 1939년 초, 공장의 당초 예상 비용인 200만 파운드는 두 배 이상 증가했고, 1940년 6월 첫 스핏파이어가 생산될 당시에도 공장은 여전히 미완성 상태였으며 인력난에 시달렸다. 스핏파이어의 응력 외피 구조는 지역 노동력의 역량을 뛰어넘는 정밀 공학 기술과 기법을 요구했고, 인력 재교육에도 상당한 시간이 필요했다. 경영진이 슈퍼마린의 공구와 도면을 무시하고 자체적인 방식을 고수하면서 문제가 발생했고, 노동자들은 임금 인상 요구가 받아들여질 때까지 파업이나 태업을 계속 위협했다.

4월부터 주당 60대를 생산하겠다는 약속에도 불구하고, 1940년 5월까지 캐슬 브롬위치 공장은 첫 번째 스핏파이어를 제작하지 못했다. 5월 17일, 항공기 생산부 장관인 비버브룩 경은 너필드 경에게 전화를 걸어 캐슬 브롬위치 공장의 운영권을 자신의 부처로 넘기도록 압력을 가했다. 비버브룩 경은 즉시 슈퍼마린에서 경험이 풍부한 경영진과 노동자들을 파견했고, 공장 운영권을 비커스-암스트롱에 넘겼다. 문제 해결에는 시간이 걸렸지만, 1940년 6월에 Mk II 10대가 제작되었고, 7월에 23대, 8월에 37대, 그리고 9월에 56대가 생산되었습니다. 1945년 6월 캐슬 브롬위치 공장에서 생산이 종료될 때까지 총 12,129대의 스핏파이어가 제작되었으며, 여기에는 Mk II 921대, Mk V 4,489대, Mk IX 5,665대, Mk XVI 1,054대가 포함된다.

생산 분산

영국 본토 항공전 당시 독일 공군은 사우샘프턴 인근의 울스턴과 이첸에 있는 주요 항공기 제조 공장을 파괴하기 위해 집중적인 공세를 펼쳤다. 첫 번째 폭격은 1940년 8월 23일에 이루어졌지만 공장들을 직접 타격하지는 못했다. 이후 한 달 동안 여러 차례 공습이 이어졌고, 마침내 1940년 9월 26일 두 공장이 모두 파괴되면서 92명이 사망하고 많은 사람이 부상을 입었다. 사상자 대부분은 숙련된 항공기 생산 노동자들이었다.

다행히 스핏파이어의 미래를 위해 9월 20일까지 많은 생산 설비와 공작 기계가 이미 이전되었고, 사우샘프턴 지역 곳곳의 소규모 시설로 생산을 분산시키기 위한 조치가 진행되고 있었다. 이를 위해 영국 정부는 레딩의 스테이션 스퀘어에 위치한 빈센트 차고(Vincent's Garage)와 같은 업체들을 징발했는데, 빈센트 차고는 나중에 스핏파이어 동체 제조를 전문으로 하게 되었고, 솔즈베리의 애나 밸리 모터스(Anna Valley Motors)는 사진 정찰용 스핏파이어의 날개 앞전 연료 탱크를 단독으로 생산하게 되었다.

동체 제조와 엔진 설치를 전문으로 하는 특수 제작 작품이 레딩의 캐버샴 스타 로드에 세워졌다. 모든 스핏파이어 디자인이 초안 작성된 도면 사무실은 윈체스터 근처의 허슬리 파크로 이전되었다.

이 워크숍의 중심지로 사우샘프턴의 이스트리 공항, 솔즈베리의 하이 포스트 및 채티스 힐 비행장, 트로브리지의 RAF 키빌 비행장, 그리고 레딩의 헨리 및 알더마스턴 비행장이 선정되었다. 완성된 스핏파이어는 코머 "퀸 메리" 저상 트레일러에 실려 각 비행장으로 운반되어 완전 조립, 시험 후 영국 공군에 인계되었다.

비행 시험

모든 양산 항공기는 인도 전에 비행 시험을 거쳤다. 제2차 세계 대전 동안 제프리 퀼은 비커스 슈퍼마린의 수석 시험 조종사로서 비커스 슈퍼마린에서 제작한 모든 기종의 비행 시험을 담당했다. 그는 사우샘프턴 지역에서 제작된 모든 개발 및 양산형 스핏파이어를 시험하는 10~12명의 조종사 팀을 이끌었다. 퀼은 표준 시험 절차를 고안했으며, 이 절차는 특정 항공기 설계에 따라 약간씩 변형되어 1938년부터 시행되었다. 1940년부터 캐슬 브롬위치의 수석 시험 조종사였던 알렉스 헨쇼는 해당 공장에서 제작된 모든 스핏파이어의 시험을 책임졌다. 그는 25명의 조종사 팀을 지휘하며 모든 스핏파이어 개발 과정을 평가했다. 1940년에서 1946년 사이에 헨쇼는 총 2,360대의 스핏파이어와 시파이어를 조종했는데, 이는 전체 생산량의 10%가 넘는 수치이다. 헨쇼는 정격 고도까지 2,850rpm의 최대 스로틀로 상승한 다음, 3,000rpm의 최대 출력으로 하강하고, 460mph(740km/h)의 속도로 자율 비행하도록 기체를 조정한다고 기록했다. 양산 시험은 일반적으로 10분 미만의 초기 선회 비행과 20~30분의 본 비행으로 구성되었다. 그는 후기형의 더 강력한 기체들이 더 무거워졌고, 예를 들어 플릭롤과 같은 기동에서 초기형만큼 조종성이 좋지 않다고 언급했다.

1948년 2월 마지막 스핏파이어가 출고될 때까지, 2인승 훈련기를 포함한 모든 변형 기종을 합쳐 총 20,351대가 생산되었으며, 일부 스핏파이어는 1950년대까지도 현역으로 운용되었다. 스핏파이어는 제2차 세계 대전 이전, 전쟁 중, 그리고 전쟁 이후에도 지속적으로 생산된 유일한 영국 전투기였다.

기체

1930년대 중반, 전 세계 항공기 설계팀들은 차세대 전투기 개발에 착수했다. 예를 들어 프랑스의 드와이틴 D.520과 독일의 메서슈미트 Bf 109는 새로운 모노코크 구조 기술과 신형 고출력 수랭식 직렬 엔진의 활용을 염두에 두고 설계되었다. 또한 접이식 랜딩 기어, 완전 밀폐형 조종석, 저항이 적은 전금속 날개와 같은 개선 사항도 갖추고 있었다. 이러한 기술 발전은 이미 수년 전 민간 여객기에 도입되었지만, 복엽기의 단순성과 기동성을 선호했던 군용기에는 도입이 더뎠다.

미첼의 설계 목표는 멀린 엔진의 출력을 최대한 활용하면서도 조종이 비교적 쉬운, 균형 잡힌 고성능 전투기를 만드는 것이었다. 당시 프랑스가 동맹국이었고 독일이 가장 유력한 미래의 적국으로 여겨졌던 영국 상공에는 적 전투기가 나타날 가능성은 낮았다. 독일 폭격기는 북해를 건너 영국으로 와야 했고, 독일은 폭격기를 따라잡을 만한 항속거리를 가진 단발 엔진 전투기가 없었다. 영국 본토 방어 임무를 수행하기 위해, 스핏파이어는 적 폭격기를 요격하기 위해 빠르게 상승할 수 있도록 설계되었다.

스핏파이어의 기체는 복잡한 구조를 가지고 있었다. 유선형의 반모노코크 구조에 두랄루민 외피로 덮인 동체는 19개의 프레임으로 이루어진 골격 위에 여러 개의 복합 곡선이 쌓여 만들어졌다. 이 프레임들은 프로펠러 바로 뒤에 있는 1번 프레임부터 꼬리 날개 부착 프레임까지 이어졌다. 처음 네 개의 프레임은 글리콜 헤더 탱크와 엔진 카울링을 지지했다. 엔진 지지대가 고정되는 5번 프레임은 엔진과 부속 장치의 무게를 지탱했다. 이 프레임은 강화된 이중 프레임으로, 방화 격벽을 포함하고 있었으며, 후기형 스핏파이어에는 오일 탱크도 포함되었다. 또한 이 프레임은 네 개의 주요 동체 세로보를 기체의 나머지 부분과 연결했다. 격벽 뒤쪽에는 연료 탱크와 조종석을 수용하는 5개의 U자형 반쪽 프레임이 있었다. 후방 동체는 조종석과 (나중에 추가된) 장갑판이 부착된 11번째 프레임에서 시작하여 수직 꼬리날개 바로 앞쪽에 약간 앞으로 기울어진 각도로 장착된 19번째 프레임에서 끝났다. 이 9개의 프레임은 각각 타원형으로 꼬리쪽으로 갈수록 크기가 작아졌으며, 강도를 약화시키지 않으면서 무게를 최대한 줄이기 위해 여러 개의 경량화 구멍이 있었다. U자형 프레임 20은 동체 본체의 마지막 프레임이자 꼬리 날개가 부착되는 프레임이었다. 프레임 21, 22, 23은 수직 꼬리날개를 형성했으며, 프레임 22에는 미륜 개구부가, 프레임 23에는 방향타 기둥이 있었다. 꼬리 날개 프레임은 주 동체에 부착되기 전에 고정 장치에 고정되었고, 8개의 수평 꼬리 날개 부재가 리벳으로 고정되었다.

프레임에 부착된 14개의 세로 방향 스트링거와 4개의 주요 세로 방향 보강재의 조합은 가볍지만 견고한 구조를 형성하는 데 도움을 주었고, 이 구조에 알루미늄 합금으로 만든 응력 보강 외피가 부착되었다. 동체 외판은 꼬리 부분으로 갈수록 두께가 얇아지는 24게이지, 20게이지, 18게이지로 구성되었으며, 수직 꼬리날개 구조는 20번에서 23번 프레임까지의 짧은 세로 방향 보강재를 사용하여 완성한 후 22게이지 외판으로 덮었다.

동체, 날개, 수평꼬리날개의 외피는 돔형 리벳으로 고정되었고, 주 날개보 앞쪽과 같이 공기 흐름이 원활하게 유지되어야 하는 중요 부위에는 평면 리벳이 사용되었다. 1943년 2월부터 모든 스핏파이어 기종에 동체에도 평면 리벳 공법이 적용되었다. 날개 후미와 수평꼬리날개 하부 외피와 같은 일부 부위에서는 상부는 리벳으로, 하부는 하부 리브에 볼트로 고정된 스프루스 목재 조각에 나사산이 있는 황동 나사로 고정했다. 탈착식 날개 끝단은 두랄루민 외피를 입힌 스프루스 목재로 제작되었다.

초기에는 보조 날개, 승강타, 방향타가 천으로 덮여 있었지만, 전투 경험을 통해 천으로 덮인 보조 날개는 고속에서 사용하기 어렵다는 것이 밝혀지자 가벼운 합금으로 천을 교체하여 전 속도 범위에서 조종성을 향상시켰다.

타원형 날개 디자인

1934년, 미첼과 설계팀은 상충되는 두 가지 요구 사항을 해결하기 위해 반타원형 날개 형상을 사용하기로 결정했다. 날개는 항력을 최소화하기 위해 얇아야 했지만, 접이식 착륙 장치, 무장 및 탄약을 수용할 수 있을 만큼 충분히 두꺼워야 했습니다. 타원형 평면 형상은 비틀림이 없는 날개에 가장 효율적인 공기역학적 형상으로, 유도 항력을 최소화한다. 이 타원은 날개 길이의 4분의 1 지점에 위치하는 압력 중심이 주 날개보와 일직선이 되도록 비스듬하게 설계되어 날개의 비틀림을 방지했다. 미첼은 때때로 1932년에 첫 비행을 한 귄터 형제가 설계한 하인켈 He 70의 날개 모양을 모방했다는 비난을 받기도 했지만, 미첼 팀의 공기역학 전문가였던 베벌리 셴스톤은 다음과 같이 설명했다. "우리 날개는 훨씬 얇았고 단면도 하인켈과는 완전히 달랐습니다. 어쨌든 전혀 다른 목적으로 설계된 항공기의 날개 모양을 베끼는 것은 문제를 자초하는 일이었을 것입니다."

타원형 날개는 일찌감치 결정되었습니다. 공기역학적으로 우리의 목적에 가장 적합했는데, 양력을 발생시키는 과정에서 유도항력이 가장 낮았기 때문입니다. 타원형은 이론적으로 완벽했습니다... 항력을 줄이기 위해 필요한 강도를 유지하면서 날개 두께 대 시위 길이 비율을 최대한 낮추고 싶었습니다. 하지만 날개 뿌리 부분은 접힌 착륙장치와 기관총을 수용할 수 있을 만큼 충분히 두꺼워야 했습니다... 미첼은 매우 실용적인 사람이었습니다... 타원형은 필요한 구조물과 우리가 넣고 싶었던 것들을 내부에 넣을 공간을 확보하면서 가능한 한 가장 얇은 날개를 만들 수 있는 모양이었습니다. 그리고 보기에도 좋았습니다. -Beverly Shenstone-

사용된 날개 단면은 NACA 2200 시리즈에서 가져온 것으로, 날개뿌리 부분에서 두께 대 시위 비율이 13%가 되고 날개끝 부분에서는 9.4%로 감소하도록 개조되었다. 측면 안정성을 높이기 위해 6°의 상반각이 적용되었다.

이 비행기의 성공에 크게 기여한 날개 특징 중 하나는 서로 맞물리는 다섯 개의 정사각형 튜브로 구성된 혁신적인 스파 붐 설계였다. 날개가 길이 방향으로 얇아짐에 따라 튜브는 리프 스프링과 유사한 방식으로 점진적으로 절단되었다. 이러한 붐 두 개는 합금 웨브로 연결되어 가볍지만 매우 견고한 주 스파를 형성했다. 착륙 장치는 주 스파의 안쪽 후방 부분에 내장된 회전축에 부착되어 있으며, 하중을 지지하지 않는 날개 구조의 홈 안으로 바깥쪽으로 약간 뒤쪽으로 접혀 들어간다. 결과적으로 좁아진 착륙 장치 트랙은 착륙 시 주 스파에 가해지는 굽힘 하중을 줄여주기 때문에 허용 가능한 절충안으로 여겨졌다.

날개 앞전은 두꺼운 외피로 덮여 있어 견고하고 단단한 D자형 박스 구조를 이루며, 날개 하중의 대부분을 지탱했다. 날개 설계 당시, 이 D자형 앞전은 PV-XII에 사용될 증발식 냉각 시스템의 증기 응축기를 수용하기 위한 것이었다. 그러나 고쇼크(Goshawk)의 증발식 냉각 시스템에 지속적인 문제가 발생하자 100% 글리콜을 사용하는 냉각 시스템이 채택되었다. 라디에이터는 햄프셔주 판버러에 있는 왕립항공연구소(RAE)의 프레드릭 메러디스가 설계한 새로운 라디에이터 덕트에 장착되었다. 이 시스템은 냉각 공기를 이용하여 추력을 발생시켜 라디에이터에서 발생하는 순항력을 크게 줄였다. 그 결과, 앞전 구조는 응축기로서의 기능을 상실했지만, 나중에 다양한 크기의 일체형 연료 탱크를 수용하도록 개조되었다. 이는 1938년 비커스-슈퍼마린(Vickers-Supermarine)이 특허를 획득한 특징이다. 주 라디에이터를 통과하는 공기 흐름은 공압식 배출 플랩으로 제어되었다. 초기형 스핏파이어(Mk I~Mk VI)에서는 조종석 왼쪽의 레버를 사용하여 단일 플랩을 수동으로 작동했다. 스핏파이어 Mk IX에 2단 멀린 엔진이 도입되면서 중간 냉각기 라디에이터를 위한 공간을 확보하기 위해 라디에이터가 분할되었다. 우측 날개 아래의 라디에이터는 크기가 절반으로 줄어들었고, 그 옆에 중간 냉각기 라디에이터가 장착되었다. 좌측 날개 아래에는 새로운 라디에이터 페어링이 설치되었고, 그 안에 사각형 오일 쿨러가 나머지 절반 크기의 라디에이터와 함께 자리 잡았다. 두 개의 라디에이터 플랩은 이제 온도조절기에 의해 자동으로 작동되었다.

날개의 또 다른 특징은 워시아웃(washout)이었다. 날개 뒷전은 날개 길이를 따라 약간 위쪽으로 비틀어져 있었는데, 받음각은 날개 뿌리 부분에서 +2°에서 날개 끝 부분에서 -½°로 감소했다. 이로 인해 날개 뿌리 부분이 날개 끝 부분보다 먼저 실속하게 되어, 날개 끝 실속으로 인해 날개가 처지고 스핀으로 이어질 수 있는 상황을 방지했습니다. 날개 뿌리 부분이 실속하기 시작하면 분리되는 공기 흐름이 항공기를 진동시켜 조종사에게 경고를 보내므로, 비교적 경험이 부족한 조종사도 항공기의 성능 한계까지 비행할 수 있었다. 이 워시아웃은 Type 224의 날개에 처음 적용되었고, 이후 스핏파이어에 이르기까지 모든 설계에 일관된 특징으로 자리 잡았다. 복잡한 날개 설계, 특히 중요한 스파와 앞전 구조물을 제작하는 데 필요한 정밀도 때문에 스핏파이어의 초기 생산에는 상당한 지연이 발생했다. 하청업체에 작업이 맡겨지면서 문제는 더욱 심각해졌는데, 대부분의 하청업체는 금속 구조의 고속 항공기를 다뤄본 경험이 없었기 때문입니다. 1939년 6월까지 이러한 문제 대부분이 해결되었고, 날개 부족으로 인한 생산 지연은 더 이상 발생하지 않았다.

원래 모든 주요 비행 조종 장치는 금속 구조물에 천으로 덮여 있었다. 설계자와 조종사들은 고속에서 움직이는 데 어느 정도 힘이 필요한 보조 날개를 사용하면 의도치 않은 보조 날개 반전으로 인해 기체가 심하게 흔들리거나 날개가 떨어져 나가는 것을 방지할 수 있다고 생각했다. 또한 공중전은 비교적 저속에서 벌어지기 때문에 고속 기동은 물리적으로 불가능하다고 여겨졌다. 비행 시험 결과, 보조 날개의 천 덮개가 고속에서 부풀어 올라 공기역학에 악영향을 미치는 것으로 나타났다. 천 덮개를 경량 합금으로 교체하자 고속에서의 보조 날개 성능이 크게 향상되었다. 영국 본토 항공전 당시 조종사들은 스핏파이어의 보조 날개가 고속에서 너무 무거워 롤이나 고속 선회와 같은 횡방향 기동이 심각하게 제한된다는 것을 발견했는데, 이러한 기동은 여전히 공중전에서 중요한 요소였다.

스핏파이어는 탈착식 날개 끝을 가지고 있었으며, 이 날개 끝은 각 주 날개 조립체 끝에 있는 두 개의 장착 지점으로 고정되었다. 스핏파이어가 고고도 전투기 역할을 맡게 되면서(마크 VI, VII 및 일부 초기 마크 VIII), 표준 날개 끝은 길고 뾰족한 끝으로 교체되어 날개 길이가 36피트 10인치(11.23m)에서 40피트 2인치(12.24m)로 늘어났다. 여러 스핏파이어 변형 기종에 사용된 또 다른 날개 끝 변형은 "클립형" 날개였다. 이 경우 표준 날개 끝은 나무 페어링으로 교체되어 날개 길이가 3피트 6인치(1.07m) 줄어들었다. 날개 끝의 내부 구조는 대부분 스프루스 목재로 만들어졌고, 경량 합금 외피는 황동 나사로 고정되었다.

날개 뒷전의 경량 합금 분할 플랩은 계기판의 레버를 통해 공압식으로 작동되었다. 플랩은 완전히 올린 위치와 완전히 내린 위치(85°), 두 위치만 사용할 수 있었다. 플랩은 일반적으로 최종 접근 및 착륙 시에만 내렸으며, 조종사는 지상 활주 전에 플랩을 접어야 했다.

타원형은 스핏파이어의 수직 꼬리날개와 수평 꼬리날개 조립체의 설계 기반이 되었으며, 이 형상의 유리한 공기역학적 특성을 다시 한번 활용했다. 승강타와 방향타는 모두 무게중심이 앞쪽으로 이동하도록 형상화되어 조종면 떨림 현상을 줄였다. 후기 모델에서 더 커진 엔진으로 인해 기수가 길어지고 프로펠러 후류가 증가함에 따라, 변화된 공기역학적 특성을 보완하기 위해 수직 꼬리날개, 그리고 나중에는 수평 꼬리날개도 점점 더 커져야 했으며, 그 결과 Mk 22/24 시리즈의 꼬리날개는 Mk I보다 면적이 25% 더 커졌다.

개선된 후기 날개 설계

스핏파이어의 출력이 향상되고 고속 기동이 가능해짐에 따라 조종사들이 에일러론 역전 현상을 겪을 가능성이 커졌고, 이에 슈퍼마린 설계팀은 이를 해결하기 위해 날개를 재설계하기 시작했다. 초기 날개 설계의 이론상 에일러론 역전 속도는 시속 580마일(500노트, 930km/h)이었는데, 이는 당시 다른 전투기들에 비해 다소 낮은 수치였다. 영국 왕립항공연구소(RAE)는 시속 400마일(350노트, 640km/h)의 지시 속도에서 날개 비틀림으로 인해 에일러론 효율이 약 65% 감소한다고 지적했다.

스핏파이어 F Mk 21과 그 후속 기종의 새로운 날개는 이러한 문제를 완화하기 위해 설계되었다. 날개의 강성은 47% 증가했으며, 피아노 경첩과 기어식 트림 탭을 사용하는 새로운 에일러론 설계 덕분에 이론적인 에일러론 역전 속도는 825mph(717노트, 1,328km/h)까지 향상되었다. 재설계된 날개와 더불어, 슈퍼마린은 조종사의 시야를 개선하고 항력을 줄이기 위해 기존 날개의 앞전 부분을 25mm(1인치) 높이는 실험도 진행했다. 이 날개는 개조된 F Mk 21(F Mk 23이라고도 함, "스핏파이어" 대신 "밸리언트"라고 불리는 경우도 있음)에 장착하여 시험했다. 하지만 성능 향상은 미미했고, 이 실험은 중단되었다.

슈퍼마린은 항력을 줄이고 성능을 향상시키기 위해 미국 항공자문위원회(NACA)에서 개발한 새로운 에어포일 프로파일을 기반으로 새로운 층류 날개를 개발했다. 이 층류 에어포일은 날개 뿌리 부분에는 슈퍼마린 371-I, 날개 끝 부분에는 371-II가 사용되었다. 슈퍼마린은 이 새로운 날개가 스핏파이어 Mk 21보다 속도를 55mph(48노트, 89km/h) 향상시킬 수 있을 것으로 예상했다. 이 새로운 날개는 처음에는 스핏파이어 Mk XIV에 장착되었다. 이후 새로운 동체가 설계되었고, 이 새로운 전투기는 슈퍼마린 스핏풀이 되었다.

기화 대 연료 분사

롤스로이스 엔진 설계자들은 멀린 엔진에 의도적으로 기화기를 선택했습니다. 스탠리 후커 경은 자서전에서 "독일은 연료 분사 방식 때문에 큰 대가를 치렀다. 멀린 엔진처럼 연료가 과급기 전에 공급되면 연료가 증발하여 공기를 25°C 정도 냉각시킨다. 이 냉각 효과는 과급기의 성능을 향상시키고 엔진 출력을 증가시켜 항공기의 속도를 높여주는데, 특히 고고도에서 더욱 효과적이다."라고 설명했다. 그러나 초기 멀린 엔진은 연료 분사 방식이 없었기 때문에 Bf 109E와 달리 스핏파이어와 허리케인은 급강하 공격을 할 수 없었다. 이 때문에 루프트바페 전투기는 급강하 공격을 피하기 위해 고출력으로 기수를 급격히 낮추는 "번트" 기동을 할 수 있었고, 스핏파이어는 음의 중력 가속도 때문에 기화기에서 연료가 빠져나가면서 쉽게 따돌릴 수 있었다. 영국 공군 전투기 조종사들은 이러한 문제를 해결하기 위해 급강하 전에 기체를 "하프롤"하는 기술을 익혔다.

1941년 3월, 연료 라인에 구멍이 뚫린 금속 디스크를 장착하여 엔진이 소모할 수 있는 최대 연료량으로 연료 흐름을 제한했다. 이는 급강하 시 초기 연료 부족 문제를 완전히 해결하지는 못했지만, 음의 중력 가속도(-g) 하에서 연료 펌프가 기화기에 연료를 과다 공급하는 심각한 문제를 완화하는 데 도움이 되었다. 베아트리스 "틸리" 쉴링이 발명한 이 장치는 "쉴링 양의 오리피스"로 알려지게 되었다. 이후 멀린 엔진 시리즈 전반에 걸쳐 추가적인 개선이 이루어졌으며, 1942년에는 모든 비행 자세에서 연료가 원활하게 흐르도록 설계된 벤딕스 사의 압력식 기화기가 도입되었다.

무장

1934년 영국 공군(RAF)의 새로운 표준 소총 구경 기관총으로 선정된 브라우닝 기관총의 부족으로 인해 초기 스핏파이어에는 4정의 기관총만 장착되었고, 나머지 4정은 나중에 장착되었다. 초기 시험 결과, 기관총은 지상과 저고도에서는 완벽하게 작동했지만, 고고도에서는 특히 바깥쪽 날개 기관총이 얼어붙는 경향이 있었다. 이는 RAF의 브라우닝 기관총이 개방형 볼트 방식으로 개조되었기 때문이다. 이러한 개조는 영국 탄약에 사용되는 코르다이트의 과열을 방지했지만, 찬 공기가 총열 내부로 자유롭게 유입되도록 했다. 슈퍼마린사는 1938년 10월이 되어서야 이 문제를 해결했다. 날개에 장착된 라디에이터 후면에서 기관총으로 뜨거운 공기를 공급하는 덕트를 추가하고, 기관총 격실 주변에 격벽을 설치하여 뜨거운 공기가 날개 내부에 갇히도록 했다. 또한, 발사 전까지 추위, 먼지, 습기로부터 기관총을 보호하기 위해 총구에 붉은색 천 조각을 덧대었다.

스핏파이어(그리고 허리케인) 전투기 무장 결정에 대한 이야기는 C. H. 키스 대위의 저서 《나는 조준을 굳게 한다(I Hold my Aim)》에 나옵니다. 키스 대위는 영국 공군에서 무장 장비의 설계, 개발 및 기술 정책과 관련된 여러 직책을 맡았다. 그는 1934년 7월 19일 테더 공군 준장을 의장으로 하는 회의를 조직했다. 그는 "그 회의의 논의가 거의 정확히 6년 후 영국 본토 항공전의 승리를 가능하게, 아니면 확실하게 만들었다고 주장하는 것이 타당하다고 생각합니다."라고 말한다. 그 회의에서 과학 장교인 F. W. "거너" 힐 대위는 미래의 전투기가 분당 1,000발을 발사할 수 있는 기관총을 최소 8정 장착해야 한다는 계산에 기반한 도표를 발표했다. 힐 대위의 계산을 도운 사람은 그의 10대 딸이었다.

8정의 브라우닝 기관총이 완벽하게 작동한다고 해도, 조종사들은 곧 대형 항공기를 격추하기에는 역부족이라는 사실을 깨달았다. 전투 보고서에 따르면 적기를 격추하는 데 평균 4,500발이 필요했다. 이는 주로 기관총이 날개에 장착된 방식 때문이었는데, 불과 100미터 거리에서도 1.1미터의 탄착군 분산이 발생했다. 아무리 정확하게 조준해도 이 때문에 목표물을 빗나가는 경우가 많았다. 1938년 11월, 장갑 및 비장갑 목표물에 대한 시험 결과 최소 20mm 구경의 무기가 시급히 필요하다는 점이 이미 드러났다. 20mm 오를리콘 기관포 4문을 장착한 스핏파이어 변형 기종(F37/35 규격)이 제안되었지만, 시제기 주문은 1939년 1월 웨스트랜드 월윈드에 돌아갔다.

1939년 6월, 스핏파이어 전투기에 드럼식 히스파노 기관포가 양쪽 날개에 장착되었는데, 60발들이 드럼을 덮기 위해 날개에 커다란 돌출부가 생겨 속도가 8mph(7.0노트, 13km/h) 감소했다. 이 기관포는 잦은 작동 중단을 겪었는데, 이는 주로 탄창을 최대한 날개 안쪽에 넣기 위해 기관포를 측면으로 장착했기 때문이다. 1940년 1월, 조지 프라우드먼 소위는 이 시제기를 타고 전투에 나섰지만, 우측 기관포는 한 발만 발사하고 작동을 멈췄고, 좌측 기관포는 30발을 발사한 후에야 작동이 멈췄다.

그럼에도 불구하고, 기관포로 무장한 스핏파이어 30대가 추가로 주문되어 실전 시험에 사용되었고, 브라우닝 기관총으로 무장한 Mk IA와 구별하기 위해 Mk IB로 불리게 되었다. 이 기체들은 1940년 6월부터 제19비행대에 배치되기 시작했다. 히스파노 기관포는 신뢰성이 매우 떨어지는 것으로 판명되어, 제19비행대는 작전 훈련 부대의 구형 브라우닝 기관총 장착 기체와 교환을 요청했다. 8월까지 슈퍼마린사는 개선된 급탄 장치와 날개 바깥쪽 패널에 4정의 .303 구경 기관총을 장착한 더욱 신뢰할 수 있는 기관포 시스템을 완성했다. 개량된 전투기들은 이후 제19비행대에 인도되었다.

일반적인 특징

• 승무원: 1명
• 길이: 9.12m (29피트 11인치)
• 날개폭: 11.23m (36피트 10인치)
• 높이: 3.48m (11피트 5인치)
• 날개 면적: 22.49m² (242.1제곱피트)
• 에어포일: 뿌리 부분: NACA 2213; 참고: NACA 2209.4
• 공허 중량: 5,065 lb (2,297 kg)
• 총 중량: 6,622 lb (3,004 kg)
• 최대 이륙 중량: 6,700 lb (3,039 kg)
• 동력 장치: 롤스-로이스 멀린 45 V-12 수랭식 피스톤 엔진 1개, 1,470 hp (1,100 kW)
• 프로펠러: 3엽 로톨 정속 프로펠러

성능

• 최대 속도: 370mph (600km/h, 320노트)
• 항속 거리: 479mi (771km, 416nmi)
• 전투 항속 거리: 248mi (399km, 216nmi)
• 공중 수송 항속 거리: 1,100mi (1,800km, 960nmi) (연료 탱크 탑재 시)
• 실용 상승 한도: 36,500ft (11,100m)
• 상승률: 2,600ft/min (13m/s)
• 날개 하중: 27.35lb/sq ft (133.5kg/m²)
• 출력/질량비: 0.22hp/lb (0.36kW/kg)

무장

• 기관총
  • A 날개: 8 × .303인치 브라우닝 Mk II* 기관총 (총당 350발)
  • B 날개: 2 × 20mm 히스파노 Mk II (총당 60발), 4 × .303인치 브라우닝 Mk II* 기관총 (총당 350발)
  • C 날개: 4 × 20mm 히스파노 Mk II 기관포 (총당 120발)
  • C 날개 (대형): 2 × 20mm 히스파노 Mk II (총당 120발), 4 × .303인치 브라우닝 Mk II* 기관총 (총당 350발)
  • E 날개: 2 × 20mm 히스파노 Mk II 기관포 (총당 120발), 2 × .50인치 M2 브라우닝 기관총 (총당 250발)
• 로켓: RP-3 로켓 2발 (각 날개 아래에 1발씩)