次期戦闘機・航空機全体（1） : 軍事あれこれとかのblog

«航空機全体（1）»

航空機生存性向上の研究
システム統合化技術の研究
ステルス・高運動機の研究
将来戦闘機のシステム化に関する研究
高運動ステルス機技術のシステム・インテグレーションの研究
先進技術実証機

[航空機生存性向上の研究]

1985〜1987年

«概要»

　生存性向上のための電波ステルスに関する研究

[システム統合化技術の研究]

1991〜2000年

«概要»

　ステルス・高運動機形状模型、航空性能評価プログラム、将来航空機運用評価システムの各研究試作による航空機技術のシステム的な成立性を目標とする研究

[ステルス・高運動機の研究]

1996〜2001年

«概要»

　ステルス・高運動機の飛行を模擬することが可能なシミュレータ用ソフトウェア、コックピット装置及び連接型模擬装置等によりステルス・高運動機のパイロットを含めたマン・マシン・システムとしての有効性に関する研究

«背景・目的»

　将来の小型航空機においては、ステルス性と高運動性を兼ね備えることが不可欠となっており、日本においても関連する要素研究が継続的に実施されているが、個々の要素レベルの研究に止まっている。

　このため各要素研究をシステムとして構築した場合の成立性及び運用上の有効性についての研究を実施し、ステルス・高運動機の実現可能性を明確にする必要がある。

«詳細»

　上記目的を達成するために既存のシミュレータを利用して、ステルス・高運動機の飛行を模擬することが可能なソフトウェア、シミュレータ用模擬コックピット及び複数の既存のシミュレータを接続する装置を試作した。　

　シュミレーターによる有効性として、シュミレーター上でパイロット対パイロットでの空戦を行うことは、単純な動きしか生成することができないコンピュータ・ターゲットと異なり、評価すべき戦闘機の各種有効性についての評価の精度を高めることに大いに寄与し、評価の上で有効な手段である。

研究試作（その1）ではシミュレータ用ソフトウェア及び模擬コックピットの試作等を行った。さらに、研究試作（その２）において、二つの既存シミュレータを連接する装置の試作等を実施した。

試作品の概要と試験

試験で用いられたHMD

CFD（数値流体力学）を活用した主翼の静的

弾性変形の計算。後に風洞内で実際に空力弾性を計測

するために空力弾性風洞試験技術の研究が実施された。

　所内試験では以下の特徴を有するステルス・高運動機モデルを用いてシュミレーションを行った。

・高推力重量比/低翼面荷重の主翼等による高運動性

・良好な効きを有する舵面による高運動性

・新型エンジン双発及び推力偏向機構注３)採用による高運動性

・新フライト・コントロール・システムによる高運動性

・垂直尾翼形状によるステルス性と高運動性

・全機形状によるステルス性

・空気取入口ダクト形状によるステルス性

　研究試作と所内試験の結果、以下の効果を得られた。

・シミュレータを用いた、高運動性及びステ

　ルス性の有効性に関する技術資料の収集

・将来のステルス・高運動機の基本設計及び

　機体の有効性評価に関する技術の取得

・二つのシミュレータの接続による通信時間

　の遅れを、予測計算による補正を行うこと

　により、パイロットが体感する遅れが単体

　シミュレータでの表示遅れの許容基準を満

　足することの確認

※等価連接遅れを130msecとする連接技術は、将来の大規模なシミュレータ連接においても、有益な技術として利用可能だという

・ＣＦＤと空弾性解析を組み合わせること

　で、定常横転時の空弾性変形の影響を解析

　的に推算することの実現

・連接シミュレータに関する国内での新機種

　開発を行うための基礎データの取得

«まとめ»

　本研究の実施によりステルス・高運動機の

実現可能性に関する技術的資料を得た。本研究成果は、今後も小型航空機の運動能力の向上を図るための研究である「高運動飛行制御システムの研究」に反映することができる。また将来の訓練用シミュレータの連接等への適用も期待される。

[将来戦闘機のシステム化に関する研究]

2008〜2010年

«概要»

　将来戦闘機のシステム化に関する研究

[高運動ステルス機技術のシステム・インテグレーションの研究]

2008〜2010年

«概要»

　これまで個別に研究を行ってきたステルス技術、IFPC技術、複合材技術等の各種先進技術をシステム・インテグレーションする設計技術について研究し、高運動ステルス機の能力把握、評価等に必要な技術的知見を得る。また、解析により設計した機体がステルス性及び高運動性を有することを確認する。

«背景・目的»

第5世代機の台頭等の諸外国の動向を踏まえて、将来の戦闘機に求められる個々の各種先進技術の研究をこれまで行ってきた。

　しかし、将来保有すべき戦闘機に関わる技術的見通し及び持つべき機能・性能の見通しは既存の装備、個々の要素技術の地上での検証等では得られない。

　よって、システム・インテグレーションを図った実験機の製作と実飛行環境下での検証による、将来の戦闘機等に適用が期待される先進技術の実機適用への見通し及び運用上の有効性の検証を行う必要がある。

これまでの研究との関係

«詳細»

　本研究はステルス技術、ＩＦＰＣ技術及び複合材技術等、高運動ステルス機に適用される各種先進技術を適用した、後述の先進技術実証機の実機製作・飛行試験に向けての準備作業的な性格が非常に強い。

　そのため、本研究では実機製作において必要となる、上記各種先進技術を適用した設計技術の研究・細部計画図の作成や、模型を用いた風洞試験などの関連試験が主眼として行われた。

機体構想

想定機体への適用技術の詳細

　細部計画図の作成は2009年2月にMHIとの間で、計画図の契約が結ばれると、MHI大江工場において、MHI内に先進技術実証機設計チーム（ATRAS）を発足し、MHI、SUBARU及びＩＨＩの設計者が最大約250名集まり、後述の関連試験の結果を踏まえた高運動ステルス機の細部計画図を作成した。TRDIでは、技術開発官（航空機担当）第３開発室が機体の細部仕様や研究コスト管理、及び研究スケジュールの確保を重点として研究業務を推進した。

製作された細部計画図

　関連試験は以下のような内容が行われた。

・模型による風洞試験

・構造要素試験

・部分構造試験

・確認全機縮小RCS試験

・操縦室機器配置確認試験

確認尾部排気・推力偏向風洞試験

一様流風速、模型姿勢角及びエンジン排気を

模擬した空気流を変化させ、後胴6分力等を計測

確認全機低速風洞試験

模型姿勢角を変化させ、全機6分力等を計測

全機縮小ＲＣＳ試験

操縦室機器配置試験

コクピット・モックアップにより、

操作性及び視認性を確認

　本事業の実施により以下のような研究目標の達成を実現できた。

研究目標と成果

　また、設計の進捗とともに機体仕様の設定等変更を要した。これは各種先進技術を適用した機体設計の際に、従来の設計手法では限界があることが判明したからである。

　本事業で得られた技術的知見を反映した設計手法等の改善策がまとめられ、各種先進技術を適用する機体の設計手法等についての有意義な知見を得ることができた。

«まとめ»

　高運動ステルス機の計画図を作成し、高運動ステルス機の能力把握、評価等に必要な技術的知見を取得するとともに、解析により、設計した機体がステルス性及び高運動性を有することが確認できた。

　一方、本研究で生じた課題の要因を分析することによって、各種先進技術を適用する機体の設計手法等についての有意義な知見を得ることができた。本事業の成果は、「先進技術実証機の研究試作」等に反映された。

[先進技術実証機]

2009〜2017年

«概要»

　将来の戦闘機に適用される、機体・エンジン等の各種先進技術のシステム・インテグレーションを図った高運動ステルス機を試作する。そして実環境下においてシステムの成立性を確認するとともに、運用上の有効性を検証する研究

«背景・目的»

　前述の通り、日本は1980年代後半から高運動ステルス機技術に関する研究を行ってきた。それら先進技術の実機適用への見通し及び運用上の有効性の検証のために、システム・インテグレーションを図った実験機の製作と実飛行環境下での検証を目指した。

　第1段階として「高運動ステルス機技術のシステムのシステム・インテグレーションの研究」では実験機製造のために細部計画図の作成と関連試験等も含めた、設計の有効性の解析を行った。

　第2段階で本事業の「先進技術実証機」を実施し、機体の製造と飛行試験を行い実飛行環境下での技術の成熟度や技術の運用上の有効性を検証する。

«詳細»

　本研究はコスト抑制から、既存の航空機の部品を活用するなどし、製作する航空機の数量について試験評価を行う上で必要最低限の1機が製造される事が当初から決定された（安全性を確保するために静強度試験機は別に制作されている）。

　「高運動ステルス機技術のシステム・インテグレーションの研究」で設計された細部計画図を基に、MHIを主契約者として220社が参加し、実機の製造と飛行試験に向けて研究が進められていった。

　研究試作（その1）では2010年3月にMHIとの間で、製造設計の契約が結ばれると、MHI大江工場及びSUBARU宇都宮工場において、MHI及びSUBARUの最大約270名の設計者により、先進技術実証機の製造図の作成が進められた。製造図の作成とともに各種の関連試験や技術確認試験が行われ、試験結果は製造図の作成に反映された。

フライト・シミュレーション試験

IFPCシステムに搭載する飛行制御則を搭載した

シミュレータにより、パイロット適合性を確認

コックピット・シールド試験

コックピット・シミュレーション試験

作成された製造図（装備品配置）

　研究試作（その2）では、2011年3月にIHIとの間で、製造設計及び製造の契約が結ばれると、IHI昭島工場及び瑞穂工場において、最大約５０名の設計者により、飛行試験用実証エンジンの設計が進められた。また、エンジン製造と並行して強度試験機の製造も進められた。

　研究試作（その3）では、飛行試験機の製造が開始された。（その3）の途中からは所内試験も開始され、飛行試験機に搭載された状態でのエンジン地上試験や静強度試験機を用いた全機静強度試験などが開始された。

試験準備を進める静強度試験機

全機地上機能試験（推進系統）

　本来ならば飛行試験機試作後、2014年中の初飛行を行う予定であった。しかし、2015年1月6日、当初の2014年度内の初飛行予定を、2015年4月以降に先送りすることが報道された。原因はエンジンの出力を制御するためのレバーの位置を認識する装置が正常に作動せずソフトウェアの改修が必要になったこと、空中でエンジンが止まったときに自動で再始動させる「オート・スプールダウン再始動機能」を新たに装備する変更が加えられたことに起因するとされている。さらに同年2月15日には初飛行が8月に先送りされることが報道され、10月には初飛行が2016年1月以降に先送りされることが報道された。初飛行の延期による影響か、研究終了予定が当初の2016年から2017年へと延期されている。

※黄色部分は出典との整合性を確認し、一部改変した上でWikipediaから引用した。ブログ作成者によると「作成時間短縮のため仕方が無かった」などと供述している。

　幾度かの延期後、2016年1月28日に先進技術実証機は初の報道公開が行われた。同日に先進技術実証機の型式が「X-2」と制定され、同年2月中旬以降に初飛行を行う旨が通達された。そして2016年4月22日に初飛行が行われた。以下に初飛行の概要と先進技術実証機の概要について述べる。

①初飛行について

　X-2の初飛行は製造企業であるMHIの社内パイロットの手によって実施され　上昇、下降、旋回などの基本特性を確認した。

　初飛行を終えたMHIの操縦士は以下のように語っている。

「極めて安定した初飛行だった。シミュレータでトレーニングした通りの操縦性で今後の防衛省殿のご要求に応える、素晴らしい機体であることを確信した」

　X-2の初飛行は社内飛行試験の一環である。社内飛行試験で基本的耐空性を把握し、防衛装備庁に引き渡され各種試験が行われた。

製造図作成から社内飛行試験に至る手順

社内飛行試験の後に防衛装備庁に

引き渡され、引き続き各種試験を行う

初飛行するX-2

※先進技術実証機の呼称に関しては、型式がX-2と発表されるまで公式には先進技術実証機、もしくはATD-X(先進技術実証機:Advanced Technological Demonstrator-X )とされていた。非公式な愛称として主にメディアでは心神と呼ばれていた。

初飛行手順の概要

②先進技術実証機（X-2）の機体概要

　本機は先述の通り、1980年代後半から研究されてきたステルス及び高運動技術の実証に特化した機体である。各種ステルス技術や高運動技術、コスト削減のために各所に既存機の部品を使用している。

X-2の特徴と機体諸元

既存品に関しては画像の他に

アレスティングフックはT-2のものを流用している

各種ステルス技術

高運動技術

IFPC技術や推力偏向パドルが採用されている

　主翼と尾翼はSUBARUが、制御機器はナブテスコが、キャノピの電波吸収剤は宇部興産が製造した。複雑に屈曲させたエンジンの吸気ダクトなどもあいまって、RCSは数十キロ先のカブトムシ程度とされる。

　あくまでステルス形状や軽量機体構造・高運動飛行制御技術を備えた機体の設計・試作・試験を行い、それら技術の有効性の確認や要素技術の統合に関する知見を得る事が目的である。そのため武装や火器管制装置などは搭載されておらず、本機が量産されるといったような事は無い。

　社内飛行試験の後、X-2は防衛装備庁に引き渡され岐阜基地周辺空域、J及びK空域で高運動性やステルス性を確認した。飛行試験は2017年10月30日まで32回行われた。飛行安全の確保及び効率的な試験実施のため、試験を実施する際には、地上管制室において飛行中の諸データを常時モニタ及び随伴機による機体外観の監視等を常時行った。

試験が行われたJ空域及びK空域

試験の概要

　飛行試験に向けて、初飛行前の2014年には既存のテレメーター計測車に遠隔地にて飛行する先進技術実証機のテレメータデータ及びパイロットボイスを遠隔地にて受信し、FTCSに伝送するとともに、FTCSからのボイス（飛行助言）を先進技術実証機に送信する機能及び遠隔操作部により無人運用が可能な機能を追加している。