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航空機カタパルトは、固定翼機が離陸時に離陸速度（V LOF）に素早く到達するのを助けるための加速装置で、通常は滑走路が非常に短い場合に使用されます。そうでなければ、航空機のエンジンだけでは、翼が飛行を維持するために必要な揚力を発生させるのに十分な速度に航空機を素早く到達させることができないためです。カタパルトによる発進は、通常は従来の方法でしか離陸できない航空機、特に積載量の多い大型航空機が、小型航空機と同等の滑走距離で短い離陸を行うことを可能にします。カタパルトは通常、艦載機の離陸補助装置として、空母の飛行甲板などの艦船の甲板で使用されますが、まれではありますが、陸上の滑走路に設置されることもあります。
歴史的には、水上飛行機（車輪式の着陸装置の代わりにポンツーンを備えているため、滑走路を使用できない）は、船から近くの水面にカタパルトで発進して離陸し、空中偵察任務を行い、回収時にはクレーンで船上に吊り上げられるのが一般的だったが、第一次世界大戦末期には、空母の甲板で補助なしで離着陸できる汎用性の高い複葉機がその役割をほぼ完全に担うようになった。護衛空母が登場する前の第二次世界大戦では、単葉戦闘機（特にホーカー・ハリケーン）が、航路を妨害する敵機を撃退するために、「カタパルト装備商船」（CAM）から片道出撃することがあり、帰還するパイロットは陸上の滑走路に迂回するか、パラシュートで飛び降りるか、船団近くの水面に不時着して救助を待つかのいずれかを強いられた。第二次世界大戦で艦隊空母が主流となる頃には、カタパルト発艦はほとんど不要となり、特にアメリカと大日本帝国の間で海軍航空が支配的だった太平洋戦争では、艦載戦闘爆撃機は空母の甲板から自力で離着陸を日常的に行っていた。しかし、冷戦中の軍拡競争の激化により、海軍作戦における大型ジェット機の採用が加速し、特にアングルド・フライト・デッキの普及によって離陸滑走路として利用できる実用距離がさらに制限された後、新しいカタパルトシステムの開発が促された。今日では、ジェット機はカタパルトまたはスキージャンプ式甲板のいずれかを使用して空母から発艦し、減速着艦制動装置の助けを借りて同じ艦に光学誘導着陸を行うことができる。
現代の航空母艦で使用されるカタパルトシステムは、飛行甲板に組み込まれた直線状のレールまたはスロットで構成されており、その上にシャトルと呼ばれるスライド式の部品が配置されています。シャトルは甲板から突き出ており、航空機のノーズギアに引っ掛けられています。あるいは、場合によっては、カタパルトブライドルと呼ばれるワイヤーロープが航空機とカタパルトシャトルの間に取り付けられています。発射時には、シャトルはレールシステム内の力機構によって前方に駆動され、航空機を「投げ出し」、航空機自身のエンジンの推力に加えて追加の推進力を与え、加速を助けます。歴史的には、軍艦や商船の甲板に設置された長い桁構造物に水上機を搭載した発射台車を取り付けるなど、他の形式のカタパルトも使用されてきましたが、ほとんどのカタパルトシステムは同様のスライド式レールの概念を共有しています。
カタパルトの推進には、重量とデリック、火薬、フライホイール、圧縮空気、油圧、蒸気、固体燃料ロケットブースターなど、さまざまな手段が用いられてきました。20世紀後半以降、蒸気カタパルトは航空母艦カタパルトの主流となり、特に原子力空母ニミッツ級では主流となり、カタパルト補助離陸着艦制動（CATOBAR）システムの中核を成す構成要素となっています。21世紀に入り、ゼネラル・アトミックス社は交流リニアモーターをベースとした電磁カタパルトシステム「電磁航空機発射システム（EMALS）」を開発し、アメリカ海軍の新型ジェラルド・R・フォード級航空母艦に搭載しています。中華人民共和国は、人民解放軍海軍の003型航空母艦「福建」、および現在艤装中の076型強襲揚陸艦「四川」 、建造中の004型航空母艦向けに、直流電流を利用した電磁カタパルトも開発している。
航空のパイオニアでありスミソニアン協会の長官であったサミュエル・ラングレーは、バネ式のカタパルトを使って、成功した飛行模型や1903年の失敗作であるエアロドロームを飛ばした。 [ 1 ]同様に、ライト兄弟も1904年から、初期の航空機を限られた距離で離陸させるために、重りとデリック式のカタパルトを使用した。[ 2 ]
1912年7月31日、セオドア・ゴードン・エリソンは、アメリカ海軍のカタパルトシステムから発射された最初の人物となった。海軍は圧縮空気カタパルトシステムを完成させ、メリーランド州アナポリスのサンティードックに設置した。最初の試みでは、飛行機が機首を上に向けてランプを離れ、横風を受けて飛行機が水中に押し込まれたため、エリソン中尉は危うく命を落とすところだった。エリソンは残骸から無傷で脱出できた。1912年11月12日、エリソン中尉は、静止した石炭バージからの海軍初のカタパルト発射に成功し、歴史に名を刻んだ。1915年11月5日、ヘンリー・C・マスティン中佐は、航行中の艦船から初のカタパルト発射を行った。[ 3 ]
アメリカ海軍は、火薬やフライホイール式のカタパルトなど、他の動力源やモデルを実験した。1924年12月14日、LCヘイデン中尉が操縦するマーティンMO-1観測機が、火薬を動力源とするカタパルトを使用してUSSラングレー から発進した。この発進後、この方法は巡洋艦と戦艦の両方で使用されるようになった。[ 4 ]
1929年までに、ドイツの客船SSブレーメンとヨーロッパには、ロストックのハインケル航空機会社が設計した圧縮空気カタパルトが搭載され[ 5 ] 、 1930年代前半にはドルニエ・ワル双発飛行艇を使用して南大西洋を横断するカタパルトによる航空郵便のさらなる作業が行われた。
第二次世界大戦前 および戦中、航空母艦のカタパルトのほとんどは油圧式であった。しかし、アメリカ海軍の水上軍艦のカタパルトは、130ミリ（5インチ）砲に使用されるものと同様の爆薬を使用して作動した。第二次世界大戦前および戦中に、格納庫甲板に横方向発射カタパルトを備えた空母もいくつか完成したが、射程が短いこと、格納庫甲板の高さが低いこと、離陸時に艦の前進速度を航空機の対気速度に加算できないこと、水面からの高さが低いこと（飛行開始直後のパイロットの許容誤差が著しく小さい）などの理由で不評であった。これらは主に実験目的で使用され、戦争後半には完全に廃止された。[ 4 ]
航空母艦以外の多くの海軍艦艇は、偵察や観測のためにフロートプレーン、水上機、または水陸両用機を搭載していた。これらはカタパルトで発進し、クレーンで回収するために海上に着水した。さらに、潜水艦航空母艦の概念は、戦間期から第二次世界大戦、そしてそれ以降まで、複数の国によって開発された。潜水艦は、攻撃作戦や砲撃観測のために少数のフロートプレーンを発進させ、着水後に潜水艦で回収する。イギリス海軍の巡洋戦艦からの最初の発進は、1918年3月8日のHMASオーストラリア からだった。その後、多くのイギリス海軍艦艇はカタパルトと1機から4機の航空機を搭載するようになった。HMSプリンス・オブ・ウェールズのような戦艦や巡洋戦艦は4機、HMS ロドニーは2機を搭載し、巡洋艦HMNZSリーアンダーのような小型軍艦は1機を搭載していた。搭載された航空機はフェアリー・シー フォックスまたはスーパーマリン・ウォルラスだった。HMSネルソンのようにカタパルトを使用せず、航空機を海上に降ろして離陸させた艦もあった。第二次世界大戦中に航空機とカタパルトを撤去した艦もあり（例：HMSデューク・オブ・ヨーク） 、あるいはそれ以前に撤去した艦もあった（例： HMSラミリーズ）。
第二次世界大戦中、ロケット推進式カタパルトを搭載した艦船が多数存在した。最初はイギリス海軍の戦闘機カタパルト艦、次に「カタパルト武装商船」の略でCAM艦と呼ばれる武装商船である。これらは敵の偵察爆撃機を追い払うための船団護衛任務に使用された。CAM艦にはホーカー・シーハリケーン1A [ i ]が搭載され、「ハリキャット」または「カタファイター」と呼ばれ、パイロットは着陸できる場合を除いて脱出した[ 6 ] 。
戦争中、コルディッツ城に投獄されていたイギリス人捕虜たちは、重い岩や石を詰めた浴槽を落下させ、それを動力源としてカタパルトを作動させ、城の屋上からコルディッツ・コック・グライダーを発射する脱走計画を立てた。
地上発射型のV-1ロケットは、通常、ダンプファーツォイガー（「蒸気発生器」）と呼ばれる装置によって傾斜した発射台を上方に推進された。 [ 7 ] [ 8 ]
第二次世界大戦後、イギリス海軍は空母艦隊向けに新しいカタパルトシステムを開発していた。 海軍予備役のCCミッチェル司令官は、次世代の海軍機を発艦させる効果的かつ効率的な手段として、スロット付きシリンダーを使用した蒸気式システムを推奨した。その理由の一つは、イギリスの艦艇はアメリカの艦艇よりも小型で、カタパルトの射程が短いため、油圧式カタパルトでは新型の大型ジェット戦闘機の発艦には不向きだったからである。 1950年からエリック・“ウィンクル”・ブラウンなどのパイロットが操縦したHMSパーセウスでの試験では、その有効性が実証された。NATO海軍は1950年代半ばにイギリスの設計に基づく蒸気式カタパルトを導入した。アメリカ海軍もまた、ダグラスA-3スカイウォーリアーなどの重核ジェット爆撃機の発艦の必要性と、可燃性の作動油による死亡事故を理由に、このシステムの開発に着手した。火薬駆動のカタパルトも検討されたが、十分な威力はあったものの、機体に遥かに大きな負荷がかかり、長期間の使用には適さなかったかもしれない。[ 4 ] [ 9 ] [ 10 ]
発射時には、リリースバーが蒸気圧の上昇中に航空機を所定の位置に保持し、その後、リリースバーが破断（または「解放」；旧型ではせん断ピンを使用）してピストンを解放し、航空機を甲板上を高速で引っ張ります。約2〜4秒以内に、カタパルトの作用と見かけの風速（船速に「自然」風を加減したもの）による航空機の速度は、エンジンが1基停止した後でも航空機が飛び立つのに十分です。[ 11 ]
大型空母を保持しているほとんどの国、すなわちアメリカ海軍とフランス海軍は、依然としてCATOBAR（カタパルト補助離陸・着艦拘束）方式を採用している。アメリカ海軍の戦術機は、通常では不可能なほど重い兵装を搭載してカタパルトを使用して発艦する。E -2ホークアイやS-3バイキングのような大型機は、空母の甲板上での通常の滑走離陸には推力重量比が低すぎるため、カタパルトによる発艦が必要となる。[ 4 ]
イギリス、アメリカ、フランス海軍が以前または現在も運用しているタイプには、次のものがあります。[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]
一部の航空母艦のカタパルト端にある突き出た傾斜面（ヴァン・ヴェルム式ブライドルアレスターまたはホーン）は、再利用のためにブライドル（カタパルトシャトルと航空機の胴体をつなぐ部品）を回収するために使用されていました。ブライドルをシャトルに取り付ける小さなロープがあり、このロープは傾斜面に沿って伸び、ブライドルを航空機から引き離して機体下部を損傷しないようにしていました。その後、ブライドルはホーンの横にあるネットで回収されました。冷戦終結以降、米国の航空機ではブライドルは使用されておらず、それ以降に就役したすべての米海軍空母にはこの傾斜面は装備されていません。ブライドルキャッチャーを装備して就役した最後の米空母はUSSカール・ヴィンソンで、USSセオドア・ルーズベルト以降は傾斜面は省略されました。1990年代後半から2000年代初頭にかけて行われた燃料補給および大規模改修工事の際、最初の3隻のニミッツ級航空母艦からブライドルキャッチャーが取り外された。USSエンタープライズは、2012年に退役するまで、ランプが取り付けられたまま運用されていた最後の米海軍空母であった。
アメリカの空母と同様、フランスの航空母艦シャルル・ド・ゴールにはブライドルキャッチャーは装備されていません。これは、艦上で運用される現代の航空機がアメリカ海軍と同じ発艦システムを使用しているためです。[ 21 ]この相互運用性により、アメリカの航空機もシャルル・ド・ゴールからカタパルトで発艦し、着艦することが可能であり、逆に、フランス海軍の航空機はアメリカ海軍の空母のカタパルトを使用できます。シャルル・ド・ゴールでシュペル・エタンダールが運用されていた当時、ブライドルは一度しか使用されませんでした。ブライドルキャッチャーで回収されることはなかったためです。
空母クレマンソーとフォッシュにもブライドルキャッチャーが装備されていたが、これはシュペルエタンダール用ではなく、ヴォートF-8クルセイダーのブライドルを捕捉して回収するためだけのものだった。
蒸気カタパルトは、その大きさや必要な人員によって能力が制限される。より新しいアプローチは、ゼネラル・アトミックス社が開発した電磁航空機発射システム（EMALS）などの電磁カタパルトである。電磁カタパルトは、段階的かつ継続的な加速を可能にすることで、航空機へのストレスを軽減し、発射時の制御性を向上させる。また、電磁カタパルトは、固体部品を使用することで、メンテナンスが大幅に少なくて済むと期待されている。[ 22 ]
リニア誘導モーターは、1945 年のウェスティングハウスのエレクトロパルト システムなど、以前にも実験されていました。[ 23 ]しかし、21 世紀初頭に、海軍は再びリニア誘導モーターと電磁石で駆動するカタパルトの実験を開始しました。電磁カタパルトは、原子力空母ではよりエネルギー効率が高く、加圧蒸気の使用に伴う危険の一部を軽減します。ガス タービン駆動の艦船では、電磁カタパルトはカタパルト蒸気を生成するための別の蒸気ボイラーの必要性をなくします。米国海軍のジェラルド R. フォード級空母と中国人民解放軍海軍の003 型空母は、設計に電磁カタパルトを組み込んでいました。[ 24 ] [ 25 ]
蒸気カタパルトが抱える問題を解決する別の方法として、小型ロケットモーターをカタパルトシャトルに組み込むというアプローチが提案された。ジェット燃料と圧縮空気で駆動するC-14内燃式カタパルト動力装置として知られるこのシステムのバージョンは、 1954年からリアクションモーターズ社によって開発された。このシステムの実物大モックアップがレイクハースト海軍航空基地に設置され、既存のC-13の66,000,000 ft⋅lbf (89,000,000 J )に対し、70,000,000 ft⋅lbf (95,000,000 J)のエネルギーを生成できることが実証されたが、このシステムは実戦配備されることはなかった。当初はUSSエンタープライズ（CVN-65）で使用する予定だったこの艦は、1961年の進水直後、リックオーバー提督の指示により、エンジニアリングリスクと総コストを削減するために、従来のC-13カタパルトを使用するように再設計された。[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]
1929年から、ドイツの北ドイツ・ロイド社の客船SSブレーメン号 とヨーロッパ号には、ハインケル航空機社が設計した圧縮空気式カタパルトが装備され、郵便機を発進させるようになった。[ 29 ]これらの船はドイツとアメリカ合衆国間の航路に就航した。郵便袋を積んだ航空機は、船が目的地から数百マイルも離れている間に郵便補給機として発進し、郵便配達を約1日早めた。当初はハインケルHe 12が使用されていたが、後にユンカースJu 46に置き換えられ、さらにヴォートV-85Gに置き換えられた。[ 30 ]
ドイツの航空会社ルフトハンザはその後、専用のカタパルト船SSヴェストファーレン 、MSシュヴァーベンラント 、オストマルク、フリーゼンラントを使用して、ドイツのシュトゥットガルトからブラジルのナタールへの南大西洋航空郵便サービスで、より大型のドルニエDo J Wal（クジラ）、ドルニエDo 18、ドルニエDo 26飛行艇を発進させた。 [ 31 ] 1933年のルート実証飛行と1934年2月に始まった定期便で、ワルスは西アフリカのガンビアのバサーストと南米沖の島群フェルナンド・デ・ノローニャ間のルートの横断区間を飛行した。最初は、大洋の真ん中で給油のために停止した。飛行艇は外洋に着水し、クレーンで機体に巻き上げられ、給油され、その後カタパルトで再び空中に発進した。しかし、大きなうねりに着水すると、飛行艇の船体に損傷を与える傾向があった。 1934年9月以降、ルフトハンザ航空は、大西洋横断航路の両端に支援船を配置し、夜間に航空機を海上に運び出した後、無線航行信号の提供やカタパルト発進を行っていた。1935年4月からは、ワルス飛行艇は直接沖合から発進し、大西洋を横断する全行程を飛行するようになった。これは、飛行艇が自力で水上から離陸する必要がないため、より多くの燃料を搭載でき、ドイツからブラジルへの郵便物の配達時間を4日から3日に短縮できたためである。
1936年から1938年にかけて、ブローム・ウント・フォス Ha 139飛行艇を含む試験が、ニューヨークへの北大西洋航路で行われた。シュヴァーベンラントは、 1938/39年の南極探検にも使用され、主な目的はドイツの捕鯨基地の設置場所を探すことであった。この探検では、カタパルトで発進したヴァルスが、後に船名にちなんで「ノイ・シュヴァーベンラント」と名付けられた地域を調査した。ルフトハンザのカタパルト船はすべて1939年にドイツ空軍に接収され、第二次世界大戦中は軍用に建造された3隻のカタパルト船とともに水上機母艦として使用された。
第二次世界大戦後、スーパーマリン・ウォルラス水陸両用機は、イギリスの捕鯨会社ユナイテッド・ホエーラーズによっても短期間運用された。南極で運用されたこれらの機体は、元海軍の航空機カタパルトを装備した工場船FFバラエナから発進した。 [ 32 ]
中国、ロシア、インド、そして現在ではイギリス海軍も、カタパルトのない空母から「短距離離陸着艦制動方式」（STOBAR）と呼ばれるシステムを用いて、従来型の航空機を運用している。STOBAR方式の空母は、スキージャンプと呼ばれる上向きに湾曲したランプを使って航空機の離陸を補助し、初期上昇率を高めることで、航空機のエンジンが機体を必要な最低速度まで加速させる時間をより長く確保する。J -15、MiG-29K、Su-33などの艦載機は、スキージャンプから自機のエンジンのみで加速して従来型の離陸を行うことができるが、通常は重量が軽減されるため、燃料や兵装などのペイロードを犠牲にしなければならない。そのため、STOBAR方式はCATOBAR方式よりも最適とは言えないが、カタパルト空母を取得する能力を持たない海軍でも、洋上で固定翼機を発艦させることを可能にする。
航空母艦を保有する他の海軍は、通常、ロッキード・マーティン F-35 ライトニング IIの B 型、BAE シーハリアー、AV-8B ハリアー IIなどの短距離離陸垂直着陸(STOVL) 航空機を運用している。これらの航空機は推力偏向機能を備えており、軽い積載量で垂直離陸したり、スキージャンプを使用して重い積載量での通常の離陸を補助したりすることができる。STOVL 空母は、CATOBAR または STOBAR 空母よりも安価で、一般的にサイズもかなり小さい。[ 33 ]イギリスのクイーン・エリザベス級航空母艦は、電磁カタパルトのコストが高いと予想されたため、STOVL 航空機を使用するように建造された。推進力がディーゼルおよびガスタービン発電機からの電力で駆動されるため、従来のカタパルト用の蒸気を発生させる手段がない。
この記事には、パブリックドメインにあるこの情報源からのテキストが含まれています。最近の大西洋横断郵便記録の確立に大きく貢献した北ドイツロイドの客船「ブレーメン号」に搭載されたハインケルK2カタパルトは、設計者であるエルンスト・ハインケル博士による2年間の実験と開発の結果である。
{{cite web}}: CS1 maint: タイトルとしてアーカイブされたコピー (リンク){{cite web}}: CS1 maint: タイトルとしてアーカイブされたコピー (リンク)最近の大西洋横断郵便記録の確立に大きく貢献した北ドイツ ロイドの客船「ブレーメン号」に搭載されたハインケル K2 カタパルトは、設計者であるエルンスト ハインケル博士による 2 年間の実験と開発の結果である。