【コラム】

航空機の技術とメカニズムの裏側

70 STOL/VTOL(7)F-35Bの面白い挙動

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2017年の1月に岩国基地に飛来、さらに5月のフレンドシップ・デーで地上展示されたことで、一挙に身近な存在になったF-35ライトニングII。しかも岩国に飛来したのは海兵隊のF-35Bだから、前回にも述べたように、メカ的にはもっとも面白い部類の機体である。

F-35Bの操縦翼面の使い方は面白い

F-35Bは、離陸時は短距離離陸を行い、着陸時は垂直着陸を行う。つまりSTOL(Short Take-Off and Landing)とVTOL(Vertical Take-Off and Landing)を併用する、V/STOL機である。もちろん、CTOL(Conventional Take-Off and Landing)形態での運用も可能である。

CTOL機が離着陸を行う際には機首上げのために、水平尾翼(スタビライザー)の後縁部に取り付けた昇降舵(エレベーター)を上向きに動かして、尾部を押し下げる操作を行っている。戦闘機は空力上の理由から、水平尾翼がまるごと動く、いわゆる全遊動式水平尾翼(スタビレーター)を使っているが、動きは同じである。

着陸のため、接地した後で滑走しているF-15Cイーグル。スタビレーターが、尾部を押し下げる(=機首を持ち上げる)方向に動いている様子がよくわかる

これはF-35のうち、F-35AとF-35Cも同じ。離着陸の際にはやはり、スタビレーターは前下がりになる。

こちらはF-35A。やはり、着陸時にはスタビレーターが前下がりになっている

といったところで、F-35Bである。CTOL形態で運用する場合の操縦翼面の動きは、上で写真を出したF-35AやF-35Cと同じだ。ところが、STOVL運用を行うときだけ操縦翼面の使い方が変わる。

F-35Bがリフトファンを作動させて短距離離陸を行う場合、CTOL機なら前下がりになるスタビレーターが、逆の動きになる。つまり、機体がエアボーンする直前にスタビレーターが前上がりになって、機首下げの力を発生させている。それなのに機体は機首を上げて離陸・上昇していく(!)。その様子は以下の動画で見て取れる。

2 F-35Bs takeoff and land from USS WASP

これは、スキージャンプのアシストを受けながら短距離離陸を行う場合も同様。エアボーンした瞬間にスタビレーターが前上がりの向きに動く様子が、以下の動画から読み取れる。

F-35B Conducts First Ski-Jump Launch

どうしてこんなことをするのかといえば、浮揚力を増すためだろう。スタビレーターが尾部を押し下げるということは、機首上げの力につながる一方で、揚力をマイナスにするということにもつながる。そこで、F-35Bでは逆の動きをさせて、さらにエンジンの推力偏向やリフトファンとの組み合わせにより、最大限に浮揚力を引き出すようにしたのだろう。

コンピュータ制御だからパイロットは楽ちん

しかし、これをパイロットの眼から見ると面倒な話になる。前述したように、F-35BはCTOL運用もSTOVL運用も可能な機体だから、どちらの形態で飛ばすかによってスタビレーターの動きが逆になる。

普通、スタビレーターを前上がりにする(つまり機首下げ)際は、操縦桿を前方に押す。スタビレーターを前下がりにする(つまり機首上げ)際には操縦桿を手前に引く。ということは、CTOL運用で離着陸する際は操縦桿を引いて、STOL運用で離着陸する際には操縦桿を押せ… …!?

そんなややこしいことをさせるのは事故の元。しかし、F-35は飛行制御コンピュータが操縦翼面を動かすFBW(Fly-by-Wire)を使用しているから、操縦桿の動きがそのまま動翼の動きに直結するわけではない。

そこで、飛行制御コンピュータがうまいことやってくれる。同じように離着陸時に操縦桿を引く操作を行っても、CTOLの時とSTOLの時とでそれぞれ異なるスタビレーターの動かし方をしてくれるのだ。これならパイロットは迷わない。慣れ親しんだやり方で、「操縦桿を手前に引いてエアボーン」と操作すればいい。

なにしろ、通常飛行中とSTOVLの切り替えでは、排気ノズルの向きを変えたりロールポストを作動させたり、リフトファンの駆動軸とエンジンを結ぶクラッチを接続してリフトファンを始動したり、それに合わせてリフトファンの吸気口と排気口に付いている蓋を開けたり、と仕事が多い。

それをいちいちパイロットに手作業でやらせるのは大変だから、F-35Bではみんなコンピュータ制御にして自動化した。その恩恵なのか、F-35Bはこれまで、STOVL運用において事故らしい事故を起こしたことがない。

ちなみに、垂直着陸(VL : Vertical Landing)モードに入れた時も、スタビレーターは前上がりになる。着陸そのものは自動的に行えるが、降りる位置を調整する操作は必要になるので、VLモードに切り替えた後は、操縦桿は前後左右の移動を指示するために使う。

また、スタビレーターとは関係ないが、スロットル・レバーは上下方向の動きを指示するために使うそうである。

さて。スタビレーターによって機首上げの力を発生させると、確かに機首は上がるが、機体の後部を押し下げているわけだから揚力の面ではネガがある。その影響に対処して、短距離離着陸性能を強化したデルタ翼機の話が、次回に出てくる予定だ。

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インデックス

連載目次
第80回 軍用機の兵装搭載に関わる制約
第79回 飛行機を巡るさまざまな「○○重量」(5)戦闘機と推力重量比
第78回 飛行機を巡るさまざまな「○○重量」(4)戦闘機の場合
第77回 飛行機を巡るさまざまな「○○重量」(3)軍用機の場合
第76回 飛行機を巡る「○○重量」を考える(2)
第75回 飛行機を巡る「○○重量」を考える(1)
第74回 トランスミッションに関する補遺とブレード折り畳みの実況
第73回 STOL/VTOL(10)無人機(UAV)の短距離/垂直離着陸
第72回 STOL/VTOL(9)DARPAの実験機「VTOL X-Plane」
第71回 STOL/VTOL(8)スウェーデンのハイウェイは滑走路!?
第70回 STOL/VTOL(7)F-35Bの面白い挙動
第69回 STOL/VTOL(6)VTOLの実現手法いろいろ(3)リフトファン
第68回 STOL/VTOL(5)VTOLの実現手法いろいろ(2)サンダーバードとテイルシッター
第67回 STOL/VTOL(4)VTOLの実現手法いろいろ(1)リフト・エンジンその2
第66回 STOL/VTOL(3)VTOLの実現手法いろいろ[1]リフト・エンジンその1
第65回 STOL/VTOL(2)STOL機の事例
第64回 STOL/VTOL(1)短距離離着陸と垂直離着陸の基本を知る
第63回 ヘリコプター(12)マルチコプターの操縦
第62回 ヘリコプター(11)高温・高標高などへの対処
第61回 ヘリコプター(10)ヘリコプターの降着装置
第60回 ヘリコプター(9)人や貨物の変わった乗せ方
第59回 ヘリコプター(8)オートローテーション
第58回 ヘリコプター(7)速度限界の突破~ティルトローター機
第57回 ヘリコプター(6)速度限界の突破~推進装置を別に持つ
第56回 ヘリコプター(5)エンジンの数と配置
第55回 ヘリコプター(4)ローター・ヘッドとトランスミッション
第54回 ヘリコプター(3)最高速度の限界とローター失速
第53回 ヘリコプター(2)ヘリコプターの操縦
第52回 ヘリコプター(1)ヘリコプターの形態
第51回 操縦室(10)ヘルメット・マウント・ディスプレイ
第50回 操縦室(9)ヘッド・アップ・ディスプレイ
第49回 操縦室(8)グラスコックピット(その2)
第48回 操縦室(7)グラスコックピット(その1)
第47回 操縦室(6)計器の表示方法と配置
第46回 操縦室(5)計器の種類
第45回 操縦室(4)操縦室の場所と配置
第44回 操縦室(3)機体の姿勢
第43回 操縦室(2)高度・針路・方位
第42回 操縦室(1)いろいろな速度と計測の方法
第41回 客室と貨物室(8)客室のあれこれ - オーディオ、ビデオなど
第40回 客室と貨物室(6)ギャレーと機内での食事
第39回 特別編「国際航空宇宙展2016」で見かけたあれこれ
第38回 客室と貨物室(5)扉を巡るあれこれ
第37回 客室と貨物室(4)超特大貨物用輸送機
第36回 客室と貨物室(3)荷物室と貨物室
第35回 客室と貨物室(2)腰掛けと荷棚
第34回 客室と貨物室(1)窓周り
第33回 降着装置(8)しりもち対策
第32回 降着装置(7)空母搭載機の降着装置
第31回 降着装置(6)降着装置を巡るあれこれ
第30回 降着装置(5)タイヤとブレーキを巡るあれこれ
第29回 降着装置(4)降着装置の畳み方いろいろ
第28回 降着装置(3)降着装置の収納方向
第27回 降着装置(2)脚柱と衝撃吸収
第26回 降着装置(1)降着装置の配置
第25回 航空機の動力系統(12)電動式航空機
第24回 航空機の動力系統(11)同一機種にエンジンいろいろ
第23回 航空機の動力系統(10)エンジンの騒音低減
第22回 航空機の動力系統(9)エンジンの配置と架装
第21回 航空機の動力系統(8)推力の向きを変える
第20回 航空機の動力系統(7)2スプール・3スプール・GTF
第19回 航空機の動力系統(6)タービン爆発事故と品質管理
第18回 航空機の動力系統(5)エンジンの羽根を冷やす
第17回 航空機の動力系統(4)アクセサリーいろいろ
第16回 航空機の動力系統(3)エンジンの始動とAPUとRAT
第15回 航空機の動力系統(2)エンジンの動作を妨げる要因
第14回 航空機の動力系統(1)エンジンの種類と動作原理
第13回 飛行機の操縦(6)その他のあれこれ
第12回 飛行機の操縦(5)動翼の作動方法
第11回 飛行機の操縦(4)スポイラーとエアブレーキ
第10回 飛行機の操縦(3)高揚力装置
第9回 飛行機の操縦(2)動翼にまつわるあれこれ
第8回 飛行機の操縦(1)三次元の操縦操作と動翼
第7回 航空機の構造(7)航空機の機体構造材[2]
第6回 航空機の構造(6)航空機の機体構造材[1]
第5回 航空機の構造(5)主翼の配置と翼胴結合
第4回 航空機の構造(4)戦闘機の機体構造
第3回 航空機の構造(3)胴体の構造
第2回 航空機の構造(2)主翼の内部構造
第1回 航空機の構造(1)揺れたり、反ったり、空間が空いたり

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