明らかになったスホイT-50(PAK-FA)の飛行制御性能の革新性

Sukhoi T-50 Shows Flight-Control Innovations

By Bill Sweetman
Source: Aviation Week & Space Technology
aviationweek.com August 19, 2013
Credit: Sukhoi

MAKSエアショーがモスクワ郊外のジューコフスキー空港で来週開催されるが、目玉はスホイ‘T-50PAK FA (Perspektivny Aviatsionny Kompleks Frontovoy Aviatsii—将来型戦術航空機システム)戦闘機の展示飛行だろう。
  1. T-50は二年前の同航空ショーで登場しているが、現在もテスト飛行中で性能限界を徐々に伸ばしている。最近のビデオを見ると高度を維持したままの水平回転や高迎え角で方向転換といった高機動飛行をしており、パリ航空ショーでSu-35Sが示した展示飛行と同様の飛行をしている。T-50試作機の5号機が今年末までに飛行を開始し、公試は2014年に開始予定とUnited Aircraft Corporation社長のミハイル・ポゴシヤンMikhail Pogosyanが伝えており、本生産開始は2015年という。
  2. ロシア大統領ウラジミール・プーチンRussian President Vladimir Putin は量産型の配備は2016年と発言している。ただし、搭載エンジンがまだ確定しておらず、ロシア空軍はソ連時代と同じくテスト用エンジンを稼動中の機体に搭載し、一方でエンジン含むシステム完成度を上げる方法をとっている。
  3. 搭載する機器、兵装は未公表だが、ここに来てスホイ設計局がT-50関連でステルス機の根幹にかかわるもの含む特許数件を取得したと判明している。
  4. また取得特許にはロッキード・マーティンF-22に類似した基本設計内容があるが、Su-27から10年近く経て再開したロシアの戦闘機設計には従来の欠点を改善しようと懸命な様子があらわれている。F-22の推力ベクトル制御 thrust-vector control (TVC) システムではロールあるいはヨーの制御は実現できない。なぜならエンジン二基の配列が接近しすぎているからだ。
  5. エンジン取り付け位置次第で兵倉庫の場所がなくなる。エンジンは空気取り入れ口付近、及びその下に取り付けるものである。曲がりくねった空気取り入れ口は全長が伸びて重量も増える。TVCが作動しないと失速後の姿勢取り戻しはむずかしくなり、固定フィンと方向蛇が大きくなる。
  6. T-50は機体主翼一体型の設計 blended wing-body design で、Su-27とは構造の中心部が“centroplane”(中心面)形状で共通している。ただし、Su-27より中心面が双発エンジンの間で深く、兵倉庫を確保しているのが違う。
  7. 飛行制御には可動面が14あり、うち12で飛行制御表面とエンジンノズルを可動させる。主翼前縁部のフラップは高迎え角で揚力を維持する役割があり、速度に応じ主翼形状を調整する。エルロンは低速飛行時、離着陸時のみで使用する。フラペロン flaperons は揚力を得るために使う。高速飛行時にはロール(横揺れ)防止をフラペロンと水平尾翼で行う。.
  8. 全面可動式垂直尾翼 all-moving vertical tails は短い固定式パイロンの上につけられており、パイロンの中に作動装置が入っており、エンジン空気取り入れ口部に冷却装置、熱交換装置が取り付けられている。パイロンの役目には垂直尾翼用の旋回軸のベアリングアームを長く確保することがあり、荷重を減らし、ベアリングと機体構造を軽量化できる。超音速域ではT-50`は飛行方向安定`性に欠けるので垂直尾翼によるアクティブ制御を用いる。この理由は同機の全面可動式尾翼はF-22の固定式フィンおよび可動式方向蛇より小さいためだ。同機の垂直尾翼はエアブレーキのかわりとなり、縦ゆれを最小限におさえつつ抗力を増す際に対称的に可動する。.
  9. 中心面の上に大きな可動式前縁部があることで、巡航飛行中に生ずる同部分からの揚力を最適化できるが、実は一番大切な機能はTVCが作動しない場合の機体制御回復であり、失速後の高迎え角を想定している。このため大きく下方に方向転換し、重心前面の主翼胴体一体部の投影面積を減らすことでこれを実現する。
  10. エンジン二基は大きく離れて配置してあり、兵倉庫の空間を確保するとともにロール・ヨーのベクトル制御を実現。エンジン中心の延長線は外側に広がる配置で仮にエンジン一基が作動不良になっても推力が不均衡になる悪影響を抑えている。作動中エンジンの推力ベクトルを機体質量の中心に近いところへ配置できるからだ。
  11. Su-27/30/35ファミリーにはTVCが装着されているが、各エンジンのノズルベクトルは一方向にしか機能しないにもかかわらず、ベクトル軸は外回りに回転する。そのためノズルの対称運動により縦ゆれピッチの力が発生し、各ノズルが均等かつ反対方向のヨー力を発生させる。仮に‘Su-35の「鐘」機動のようにハイアルファ減速のあとに180度方向転換をするような場合は、横揺れはフラペロンとエルロンで消す。T-50の空気取り入れ口は設計上で妥協している。確かに曲がっているが、曲線はエンジン全体を覆わず(F-22、F-35、ユーロファイタータイフーンはこれを実現)、そのためボーイング F/A-18E/Fスーパーホーネットと同様の‘放射状ブロッカーを搭載している。
  12. F-22の空気取り入れ口と異なり、T-50では可動部分が途中にあり、各ダクトに開閉口がついている。この結果、超音速飛行時にショックパターンが複数発生し、ロシア側はこれによりマッハ2飛行が効率よく行えると考えている。同時に貝形状の網状スクリーンが空気取り入れ口についており、分離スロットとあわせて異物のエンジン取り込みを防ぐ構造になっているのはSu-27ファミリーと同様。
  13. 機体構造設計での大きな課題は機体中央部全体で兵倉庫をタンデム配置する空間の確保だった。ロッキード・マーティンのF-22やF-35では兵倉庫は主翼より前の部分に配置となっている。一方でT-50の中央線構造は奥行きがとれず、ピーク時の主翼変形に耐える設計は困難が伴う。そこでT-50では中央面部分の構造を堅固にし、縦方向の支柱を二本ナセル外縁部と主翼中央面接合部に入れてある。この支柱を翼端におよぶ翼桁でつなぐ。(特許申請図面では翼桁が八本になっている) その結果、機体中央面にかかる曲げ荷重を分散させて中央線にかかるピーク荷重を減らすことができた。
  14. T-50の目標最高飛行速度はマッハ2程度と見られる。当初の目標はマッハ2.35だったが、その後2.1に下方修正され、また下がっているが、Su-35Sではマッハ2.25だ。この差の原因はT-50で複合材料をSu-35S以上に使用していることだ。Su-35Sでは重量がかさむチタンを大量に使用している。
  15. T-50が現在搭載するエンジンはイズデリエ117で、2011年時点の設計者取材ではSu-35Sが使用する117Sよりも高性能としていた。117SエンジンはAL-31エンジンの発展形といわれるが、117の推力重量比は10.1としている。
  16. ただし、サトゥルン社Saturnの常務イリア・フョードロフIlya Fyodorovは記者会見の席上で同社がT-50向け後継エンジンを開発中であることを認め(イズデリエ30型といわれる)、2020年に完成すると117エンジンの性能を書き換えるという。MAKS航空ショーで同機の搭載兵器の詳細があきらかになるかもしれないが、当初は現在利用可能な兵装を搭載するようだ。Tactical Missiles Corporation社の専務取締役ボリス・オブノソフ Boris Obnosov iは取材に答えて、T-50の兵装をいくつか明らかにし、既存のKh-35UE対艦ミサイル、Kh-38ME空対地兵器、RW-MD(R-73Eの改良型短距離空対空ミサイルで大型シーカーを搭載し飛行距離を30%拡大しているという)があるという。新型Kh-58UShKE長距離(射程245Km)というマッハ4級の対レーダーミサイルの開発は大きな意味を持ってくるだろう。同ミサイルは当初はMiG-25BMフォックスバットE用に開発されていた。
  17. ただしオブノソフはこれらは2014年と本人が見る就役開始時の装備品であると念を押している。T-50の機体内兵倉庫が搭載する兵器の情報が不足している。ただし、同機の兵倉庫は四つある模様で、空気取り入れ口外側のふたつにはRW-MDを一発ずつ搭載する。エンジンの間にあるタンデム配置兵倉庫は各二発搭載できるが、前方の兵倉庫が縦方向に余裕があり、Kh-58UShKEのような大型兵器を搭載し、後方の兵倉庫にR-77ファミリーの空対空ミサイルを格納するのだろう。

なお、同機の高機動飛行の様子は AviationWeek.com/video でご覧いただけます。


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