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写真は英国空母に搭載されたf-35b短距離・垂直離着陸戦闘機

少し前に米軍は垂直離着陸艦載機f-35bの「ローリング」着陸訓練を実施した。実際、昨年10月、米国と英国は空母「プリンス・オブ・ウェールズ」をプラットフォームとして使用し、f-35b戦闘機の短距離スキージャンプ離陸と「ローリング」着陸試験を実施した。戦闘機の降下を完了するには、より大きな空中重量を使用します。

近年、垂直離着陸時の過酷な条件と多大な燃料消費により、各国で就航している垂直離着陸艦載機の事故が多発しています。設計上の欠陥を補うために、科学研究者らは垂直離着陸艦載機のエンジンのアップグレード、離着陸方法の変更、空母プラットフォームの改修を試み始めた。では、垂直離着陸艦載機は負荷がかかった状態でどのように離着陸するのでしょうか?短いスキージャンプの離陸と「ローリング」着地は新しい飛行方法になるでしょうか?支援技術や兵器は今後どのように発展していくのでしょうか？説明については、この記事をお読みください。

垂直離陸と着陸に関する「2つの問題の循環」

1969 年 4 月、英国空軍は「特別新兵」のグループを歓迎しました。彼らは戦闘機のような外観をしていましたが、垂直に離陸して空中にホバリングすることができ、パイロットを驚かせました。ホーカー・エアクラフト・カンパニーとブリストル・エアロ・エンジン・カンパニーが共同開発したハリアー戦闘機。

戦闘機「ハリアー」の「固有スキル」は特別な「心」から生まれる。推力操舵技術を搭載した「ペガサス」エンジンは、回転するエンジンノズルを調整することで戦闘機の垂直離着陸を補助し、戦闘機を完成させる。空中でのさまざまなタスク。

戦闘機が実戦投入されるにつれ、武装の少なさや垂直離陸時の燃料消費量の多さなどの問題が徐々に表面化し、海上戦闘能力にも直接影響を及ぼしている。

垂直離着陸艦載機を「荷物を積んで離陸」させるにはどうすればよいでしょうか？科学研究者の注目が再び空母のスキージャンプ離陸甲板に集まっている。この円弧状の上向き甲板により、艦載機は地上走行後に適切な離陸迎角を得ることができ、強力なエンジンにより大荷重離陸が可能となります。

このプロセスは、子供の頃に紙飛行機を飛ばすのに似ています。まず「東風を利用する」適切な角度を見つけて、勢いよく投げると、紙飛行機は飛ぶことができます。英国は1970年代以降、軽空母「スポーツ・ゴッド」を改修し、蒸気カタパルトを撤去し、艦首甲板を12度上向きのスキージャンプ甲板に改造して「短いスキージャンプ離陸、垂直着陸」を実現した。この方法により、「ハリアー」戦闘機は長距離作戦のためにより多くの弾薬を装備することができ、垂直離着陸艦載機の戦闘半径を効果的に拡大することができます。

戦闘機の航続距離や弾薬量を増やすには、「東風を利用する」だけでなく、薄くて軽い素材を使って軽量化し、「小型化」することも重要な選択肢となる。航空業界には「航空機の重量を 1 グラムでも減らすよう努力せよ」という格言がありますが、科学研究者が航空機の設計を実証する際には、材料や機器の使用における基本原則は「可能な限り減らす」ことです。

1960 年代後半、第一世代の垂直離着陸艦載機 yak-38 の開発過程で、ソ連は飛行中に揚力エンジンが作動しないことを発見し、そのため機体の重量が大幅に増加しました。燃料消費量が多く、爆弾搭載量が少ないため、戦闘半径は 200 キロメートル未満であり、「マストプロテクター」として知られています。

その後 10 年ほどにわたって、ソ連のヤコブレフ設計局は、戦闘機の設計にアルミニウム - リチウム合金やその他の複合材料を広く使用して、機体の重量を軽減し、航続距離を延ばしました。また、さまざまな新しい空戦兵器や対地攻撃兵器も設置されました。戦闘機に視覚範囲の空中戦闘能力を与えます。

1987年、ソ連の第2世代垂直離着陸艦載機yak-141が登場した。この戦闘機の炭素繊維素材は 28% を占め、最大離陸重量は第一世代の垂直離着陸艦載機よりも 8 トン近く大きく、戦闘半径は 700 キロメートルに達します。飛行速度はマッハ1.7で、艦載機としては世界初の超音速飛行を実現した。

2004年、米国はf-35b戦闘機開発の際に「減量計画」を開始した。軽量化を追求するため、科学研究者らは 8 か月にわたるアップグレード プロジェクトを実行し、外板の留め具の代わりに高強度の接着剤を使用し、あらゆる小さな部品をフライス加工して研磨し、戦闘機により多くのスペースを提供するために垂直フィンのサイズを縮小することさえしました。重量は約1.225トン減少します。

好調な時期は長くは続かず、f-35bは「重量減少による後遺症」に悩まされた。 2010年の耐久試験中に、f-35b試験機の主翼耐荷重フレームに早期構造亀裂が発生した。機体の構造強度が大幅に低下したため、f-35b戦闘機の最初のバッチの予想耐用年数は設計値のわずか4分の1にとどまり、運用中に頻繁に故障が発生するようになりました。戦闘機の「重量負荷離陸」を「軽量化」によって実現することはジレンマであることがわかります。

現在、米軍はf-35bの改修計画を提案しており、エンジンを改修し、新素材の使用割合を増やすことで、戦闘機の故障率を大幅に減らし、耐用年数を延ばすことが期待されている。 , 垂直離陸と着陸という「2つのジレンマ」を最終的に突破できるかどうかはまだ不明だ。

ソリューションを組み合わせることで安全な離陸と着陸が容易になります

現代の海戦は陸上の補給基地から遠く離れており、航空燃料は貴重な資源であり、戦闘機に搭載された精密誘導ミサイルは1基あたり簡単に数百万ドルの費用がかかります。軍事作戦の持続可能性を確保するために、垂直離着陸艦載機は「荷物を積んで離陸」できるだけでなく、爆弾や燃料を積んで安全に着陸できなければなりません。

この目的を達成するために、科学研究者らは「従来の推進システム＋揚力システム」の組み合わせ方式を採用し、エンジンの出力を分流して「飛行」と「安定した着陸」の効果を実現した。

最初のステップは、タービンの主軸を介してエンジン前部にあるファン装置に動力を伝達し、下向きの空気流を生成し、生成された揚力をファンの底部のノズルを通じてベクトル化します。第 2 ステップは偏向です。ノズルはエンジンの燃焼室から後方に噴出する気流を下方に偏向させ、戦闘機が空中で前方に飛行する必要がある場合、ノズルは後方に偏向して前方への推力を生成します。エンジンのコンプレッサーで生成された圧縮空気は、2本のダクトによって両側の翼に導かれ、翼端のノズルから下向きに噴射されます。これにより、戦闘機の垂直上方揚力が増大するだけでなく、機体の重心が移動した際にジェットの方向を調整し、戦闘機の飛行姿勢を安定させることができる。

ロシアのトゥマンスキー設計局は、従来の推進システムをロータリーノズルエンジンに改良し、yak-141戦闘機に適用した。エンジンノズルはステアリング機能を備えており、下方への偏向が可能です。戦闘機が垂直に離陸すると、ノズルは下向きに噴射して揚力を提供し、巡航状態に入るとノズルは水平に戻り、前進力を提供します。さらに、コックピット後部の胴体に直列に設置された 2 基の rd-41 リフト エンジンもトゥマンスキー設計局によって開発され、戦闘機の垂直離着陸性能を向上させ、十分な性能を確保するために特別に設計されています。離陸時と着陸時のリフトサポート。

しかし、英国の研究者らは、「従来の推進システム + 揚力システム」であっても、「回転ノズルエンジン + 揚力システム」であっても、この 2 つの組み合わせソリューションでは、厳しい気象条件下では推力不足などの問題が発生することが多いことを発見しました。そこで艦載機の「ローリング」着陸技術を開発した。

「ローリング」着陸は、従来の従来の着陸と垂直着陸を組み合わせたもので、艦載機は揚力ファン、偏向ノズル、機体の空力構造の共同作用の下で船尾方向から進入します。降下し、「落葉」姿勢で空母に接近した後、デジタルアンチロックブレーキシステムを利用して対地制動距離を50メートル以内に制御した。

「ローリング」着陸は標準的な垂直着陸方法よりも複雑で危険ですが、着陸プロセス中に提供される強力な揚力により、艦載機はより大きな荷物を積んで艦に着陸することができます。 2018年、英国海軍は空母「クイーン・エリザベス」で187回の垂直着陸を完了し、同艦で15回の「ローリング」着陸試験を実施し、良好な結果を収めた。

サポートテクノロジーが容量アップグレードを推進

1970年代初頭、当時のアイルマー米国海軍作戦部長は、垂直離着陸艦載機を備えた、より小型で費用効果の高い「制海船」の建造を初めて提案した。当時、この計画は垂直離着陸技術が未熟だったため軍によって拒否された。

過去半世紀にわたって、ますます多くの国軍が垂直離着陸艦載機を装備しており、それらと連携する強襲揚陸艦も繰り返し開発されてきました。 2019年に進水したイタリアの強襲揚陸艦「トリエステ」を例に挙げると、スキージャンプ離陸甲板と浸水ドックを備え、約20機の垂直離着陸艦載機を効率的に搭載できる。制海任務においては、かつては大手軍産企業が競って模倣する「模型艦」となった。

同時に、垂直離着陸艦載機の参入により、多くの支援技術や兵器、装備品が急速に開発されました。これらの支援技術や兵器、装備は垂直離着陸艦載機の「新たなパートナー」となり、戦闘効率を効果的に向上させている。

飛行甲板上では「断熱スーツ」を着用してください。艦載機の垂直離着陸時に下方に噴出する高温ガスは甲板に高温腐食を引き起こすため、科学研究者らは甲板熱保護層の開発に熱心に取り組んできた。英国海軍の空母「クイーン・エリザベス」を例に挙げると、科学研究者らはアルミニウムとチタン合金をベースにした新しい金属遮熱コーティング技術を開発した。厚さ2.5mmの保護コーティングは、数千の温度に耐えるエンジンから甲板を保護できる。テールフレームは摂氏数度で熱いです。

リフトファン「脂肪を減らして痩せる」。揚力ファンは艦載機の垂直離着陸により大きな揚力を提供できますが、多くの機体スペースを占有するため、戦闘機の燃料容量が減少します。戦闘機が水平飛行すると、揚力ファンは役に立たなくなります。戦闘機の動力効率をさらに向上させるために、科学研究者らは、一方では前部に搭載されたリフトファンを使用して、ファンブレードの数を減らし、空力設計を最適化することで風上抵抗を低減しています。ブレードを採用することで、高い推力を維持しながら装置の重量が軽減されます。

このエンジンは「複雑さを軽減し、簡素化」します。推力ベクトル エンジンには、偏向機構や調整プレートなどの多くの複雑なコンポーネントがあり、合理化された設計により推力ベクトル エンジンの性能を向上させることができます。この目的を達成するために、一部の国の科学研究者は、空気力学的推力ベクトル化の概念を提案しています。これは、ノズルに制御可能な方向の小さな気流を追加して、ノズルの主流を妨害し、推力ベクトルを生成します。従来の偏向機構をこのような「空気壁」に置き換えることで、ノズルの重量を 80% 削減し、製造コストを半分に削減できるだけでなく、推力ベクトルエンジンの応答速度も向上し、操縦性を効果的に向上させることができます。垂直離着陸艦載機と機敏性。

より速く飛行し、より安定して着陸し、より効率的に電力を変換する...これらの継続的な変化は、垂直離着陸艦載機が新たな戦場のニーズに適応し続けるのに役立ちます。

昨年、英国海軍は空母改造計画を開始しました。クイーン・エリザベス級空母をベースに、スキージャンプ用飛行甲板が撤去され、離着陸プロセスを可能にするアレスティング・ケーブルと電磁カタパルトが設置されました。 f-35b戦闘機はより効率的で便利になりました。

それだけでなく、変形空母には艦載型無人タンカーも搭載される予定だ。空中給油により、垂直離着陸艦載機の航続距離と戦闘半径を拡大することができます。

ある意味、これらのサポート技術の反復的なアップグレードと強化と効率の向上は、垂直離着陸艦載機が短いスキージャンプ離陸と「ローリング」着陸を試みるための基礎を築きました。兵器や装備の進化と開発には、単一の飛躍が伴うことはほとんどありませんが、多くの場合、その有効性についてはさらなるテストが必要です。