航空機とセンサー(15)F-2などに見るセンサーと素材の関係

第419回で戦闘機のキャノピーについて書いた。それよりかなり前となる第34回でも窓の素材や構造について書いた。どちらにしても、人間の目玉が外部の様子を見られること、という前提条件があり、それを満たすための素材や設計が取り入れられている。そこで、その他のセンサーも含めて、「センサー窓」の話を。→連載「航空機の技術とメカニズムの裏側」のこれまでの回はこちらを参照。

• 乱暴なことをいえば、風防やキャノピーはMk.1アイボール(つまり人間の目玉)のためのセンサー窓だが、写真のF-2みたいに透明な素材ばかりとは限らないのが面白い。視界を妨げずにレーダー電波などの反射をを減らす工夫をしているため、そうなる　撮影：井上孝司

センサー窓が満たすべき条件とは

飛行機の機体構造は一般的に、アルミ合金が主役。近年では炭素繊維強化樹脂(CFRP : Carbon Fiber Reinforced Plastic)を初めとする複合材料の使用事例も増えているが、やはり金属が主役。たまにステンレス・スチールの使用例もあるが、これとて金属であることに変わりはない。

そして金属素材にしろCFRPにしろ、広義の電磁波を遮ってしまう。電波はもちろんのこと、可視光線も赤外線も紫外線も遮ってしまい、直接的な伝播はできなくなる。その内部にセンサー機器を設置しても仕事にならない。

だから、センサー機器を設置する場合には、そこに一種の「窓」を開ける必要がある。センサーをむき出しのままで設置したのでは損傷する危険性があるし、凸凹が増えて空気抵抗の源にもなる。ステルス機ではステルス性を損ねる原因にもなる。

だから、機体内にセンサーを設置して「窓」を開けたり、外部に突出する形でセンサーを設置してフェアリングで覆ったりしている。

ところが、航空機で使用する材料では強度や耐久性の要求水準が高い。温度変化に耐えられるだけでなく、強い紫外線を浴びても劣化しないことも求められよう。また、金属製の機体構造が圧力変化や温度変化によって伸縮したときに、センサー窓が変型したり割れたりしては困る。吸湿による素材の劣化が問題になることもあるそうだ。

となると、耐久性が高い素材を開発することはもちろんだが、交換が容易にできる設計、定期的に交換する消耗品と見なして製造コストを抑制する設計も求められそうである。