拘束装置

アレスティング ギア（またはアレスター ギア）は、着陸時に航空機を急速に減速させるために使用される機械システムです。航空母艦のアレスティング ギアは海軍航空の必須コンポーネントであり、CATOBARおよびSTOBAR航空母艦で最も一般的に使用されています。同様のシステムは、遠征または緊急使用のために陸上飛行場にも見られます。一般的なシステムは、航空機のテールフックでキャッチされるように設計された、航空機着陸エリアを横切って敷設された数本の鋼線ロープで構成されています。通常の拘束中、テールフックはワイヤーに噛み合い、航空機の運動エネルギーは空母デッキの下に取り付けられた油圧減衰システムに伝達されます。ネットを使用して航空機の翼または着陸装置をキャッチする他の関連システムもあります。これらのバリケードおよびバリアシステムは、操作可能なテールフックのない航空機の緊急拘束にのみ使用されます。

アレスティングケーブルシステムはヒュー・ロビンソン^{[いつ? ]}によって発明され、ユージン・エリーが1911年1月18日に装甲巡洋艦 USS ペンシルバニアに初めて上陸した際に使用しました。これらの初期のシステムでは、ケーブルは滑車に通され、土嚢などの重りに取り付けられていました。より現代的なアレスティングケーブルは、1931年6月にC.C. ミッチェル司令官によって設計され、HMS カレイジャスでテストされました。^[1]

現代の米海軍の航空母艦には、マーク7 Mod 3アレスティングギアが搭載されており、130ノット（240 km/h、150 mph）の速度で50,000ポンド（23 t）の航空機を2秒以内に344フィート（105 m）の距離から回収する能力があります。^{[2] : 52}このシステムは、ケーブルの最大ランアウト時に理論上の最大エネルギー4750万フィートポンド（64.4 MJ）を吸収するように設計されています。

角度付き飛行甲板が導入される前は、着陸する航空機が飛行甲板のさらに前方に駐機している航空機に衝突するのを防ぐために、デッキケーブルに加えて、バリアとバリケードという2つのシステムが使用されていました。航空機のテールフックがワイヤーをキャッチできなかった場合、着陸装置はバリアと呼ばれる高さ3〜4フィート（0.9〜1.2メートル）のネットに引っ掛かります。航空機が着陸時にワイヤーに引っかかった場合、バリアをすばやく下げて航空機がその上を滑走できるようにします。最後の安全ネットはバリケードで、高さ15フィート（5メートル）の大きなネットで、着陸する航空機が船首に駐機している他の航空機に衝突するのを防ぎます。バリアは現在では使用されていませんが、地上のアレスティングギアは「バリア」と呼ばれることがあります。バリケードは今でも空母で使用されていますが、緊急時にのみ装備して使用されます。

通常の停止は、着陸する航空機の停止フックがデッキペンダントの 1 つに噛み合うことで達成されます。^[3]着陸する航空機がデッキペンダントに噛み合うと、着陸する航空機の前進力がプーリケーブルに伝達され、プーリケーブルは滑車を介してフライトデッキの下または滑走路の両側にある機械室にある停止エンジンに送られます。停止する航空機によってデッキペンダントとプーリケーブルが引き出されると、航空機の運動エネルギーがケーブルの機械的エネルギーに伝達され、停止エンジンはケーブルの機械的エネルギーを油圧エネルギーに伝達します。この古典的な油圧停止システムは現在、エネルギー吸収がターボ電気エンジンによって制御される電磁気学を使用するシステムに取って代わられています。停止エンジンは、着陸する航空機を滑らかに制御して停止させます。停止が完了すると、航空機の停止フックがデッキペンダントから外れ、デッキペンダントは通常の位置に格納されます。

現代の空母は、通常、着陸エリアに3本または4本のアレスティングケーブルを敷設している。ニミッツ級の米空母とエンタープライズはすべて4本のアレスティングケーブルを備えているが、ロナルド ・レーガンとジョージ ・H・W・ブッシュは例外で、この2隻には3本しかない。 ^[4] ジェラルド・R・フォード級空母も3本のアレスティングケーブルを備える。パイロットは、着陸の手前でショートするリスクを減らすため、3線構成の場合は2本目、4線構成の場合は3本目を狙う。空母に着陸しようとする航空機は、約85%の全開スロットルで走行している。着陸時に、パイロットはスロットルを軍用（MIL）出力まで進める。F /A-18E/FスーパーホーネットおよびEA-18Gグラウラー機では、アレスティング成功による減速を検知すると、航空機は自動的にエンジン推力を70%に減らす。航空機がアレスティング ケーブルをキャッチできない場合 (「ボルター」と呼ばれる状態)、航空機は角度のついたフライト デッキを下り続け、再び飛行するのに十分なパワーを持っています。アレスティング ギアが航空機を停止すると、パイロットはスロットルをアイドルに戻し、フックを上げて滑走路を離れます。

アメリカの原子力空母に加え、フランスのシャルル・ド・ゴール、ロシアのアドミラル・クズネツォフ、中国の遼寧、山東、福建、インドのヴィクラマーディティヤ、ヴィクラントも現役または将来就役予定の航空母艦で着艦拘束装置を装備している。

戦闘機やジェット練習機を運用する陸上の軍用飛行場でもアレスティング ギア システムが使用されますが、すべての着陸に必須というわけではありません。アレスティング ギア システムは、短い滑走路や臨時滑走路に航空機を着陸させる場合や、ブレーキの故障、操縦の問題、滑走路の全長を使用することが不可能または安全でないその他の状況を伴う緊急事態に使用されます。陸上システムには、常設、緊急、オーバーラン ギアの 3 つの基本的なタイプがあります。

戦闘機やジェット練習機を運用するほぼすべての米軍飛行場には、常設システムが設置されています。遠征システムは常設システムに似ており、短い滑走路や臨時滑走路に航空機を着陸させるために使用されます。遠征システムは、わずか数時間で設置または取り外しできるように設計されています。

フックケーブルまたはバリアと呼ばれる伸縮性のあるネットで構成されたオーバーランギアは、バックアップシステムとしてよく使用されます。バリアネットは航空機の翼と胴体を捉え、アレスティングエンジンまたはアンカーチェーンや織物素材の束などの他の方法を使用して航空機を減速させます。オーバーランエリアが短い一部の陸上飛行場では、エンジニアードマテリアルアレスターシステム(EMAS) と呼ばれる一連のコンクリートブロックが使用されます。これらの材料は、航空機の着陸装置を捉え、転がり抵抗と摩擦によって減速するために使用されます。航空機は、ブロックを押しつぶすために必要なエネルギーの伝達によって停止します。他のタイプのアレスティングギアとは異なり、EMAS は、オーバーランエリアが通常許可されるよりも短い一部の民間空港でも使用されます。

軍用飛行場でバリアが初めて使用されたのは朝鮮戦争のときで、当時はジェット戦闘機はミスが許されない短い飛行場から運用しなければならなかった。使用されたシステムは、着陸エリアの前方に駐機している航空機に衝突しないように、アレストワイヤーを逃した航空機を防ぐために、直線甲板の空母で使用されていたデイビスバリアを移植したものに過ぎなかった。しかし、バリアに衝突した航空機を停止させるために空母で使用されるより複雑な油圧システムの代わりに、陸上のシステムでは航空機を停止させるために重い船のアンカーチェーンを使用した。^[5]

典型的なアレスティングギアを構成する主要なシステムは、フックケーブルまたはペンダント、パーチェスケーブルまたはテープ、シーブ、アレスティングエンジンです。^[6]

アレスティングケーブルまたはワイヤーとも呼ばれるクロスデッキペンダントは、着陸エリア全体に渡って張られ、着陸する航空機のアレスティングフックに引っかかる柔軟なスチールケーブルです。航空母艦には3本または4本のケーブルがあり、後方から前方に向かって1～ 4の番号が付けられています。ペンダントは直径1、1 のワイヤーロープで作られています。+1 ⁄ 4または1+3 ⁄ 8インチ (25、32、または 35 mm)。各ワイヤーロープは、多数の撚り線を油を塗った麻の中心芯の周りに撚り合わせて作られており、各撚り線に「クッション」を提供し、ケーブルの潤滑も行います。ケーブルの端には、交換時に素早く取り外せるように設計されたターミナル カップリングが装備されており、素早く取り外して交換できます (航空母艦では約 2 ～ 3 分)。 ^[6]米国の航空母艦では、アレスティング ケーブルは 125 回の着陸ごとに取り外して交換します。 ^[7]航空機の回復中にアレスティング ギアの他のコンポーネントのメンテナンスを行うために、個々のケーブルが取り外され、「剥がされた」ままになっていることがよくあります (他のオンライン システムを使用)。ワイヤー サポートは、着陸する航空機のテール フックで拾えるように、デッキ ペンダントを数インチ持ち上げます。航空母艦のワイヤー サポートは、航空機が取り付けられたデッキ ペンダントの上をタキシングできるように曲がる、単なる湾曲した鋼板の板バネです。陸上システムでは、直径6インチ（15cm）の「ドーナツ」型のゴム製サポートがケーブルを滑走路面から約3インチ（7.5cm）持ち上げます。 ^[8]

パーチェス ケーブルは、アレスティング ケーブルと非常によく似たワイヤー ロープです。ただし、はるかに長く、簡単に取り外せるようには設計されていません。アレスティング ケーブル 1 本につきパーチェス ケーブルが 2 本あり、アレスティング ワイヤの両端に接続されています。パーチェス ケーブルはアレスティング ワイヤをアレスティング ギア エンジンに接続し、アレスティング ワイヤが航空機によって係合されると「繰り出されます」。着陸する航空機がデッキ ペンダントに係合すると、パーチェス ケーブルは着陸する航空機の力をデッキ ギアからアレスティング エンジンに伝達します。ペンダント (アレスティング ワイヤ) は、 1,000 °F (540 °C) に加熱された亜鉛で作成されたループによってパーチェス ケーブルに「スウェージ」(接続) されます。この船上での製造は危険であると考えられており、米国海軍はより安全にこれを実現するために自動プレスの使用をテストしていると報告されています。^{[2] : 56  [6]}陸上システムでは、パーチェス ケーブルの代わりに重いナイロン テープが使用されていますが、同じ機能を果たします。

フライトデッキまたは滑走路脇の滑車から着陸エンジンまで延びるケーブルまたはテープを購入します。ダンパー滑車は、着陸速度の向上を実現する油圧ショックアブソーバーとして機能します。

1957年、水の入った管を通ってピストンが引っ張られるというコンセプトは、陸上の航空基地用の安価な着艦装置として初めて考案された。^[9] 1960年代初頭、イギリスはこの基本コンセプトを採用し、陸上と海上の両方で使用できるスプレータイプの着艦装置を開発した。エンジンには水で満たされたパイプを通って動く油圧シリンダーがあり、その横には長さに沿ってさまざまなサイズの穴が開いた小さなパイプがあった。イギリス海軍は、理論上の重量制限はないが、速度制限があると主張した。^[10]

各ペンダントには、着陸機が停止したときに発生するエネルギーを吸収して放出する独自のエンジン システムがあります。アメリカのニミッツ級空母では、重量がそれぞれ 43ショート トン(39  t )の油圧空気圧システムが使用されています。このシステムでは、油圧によってオイルが、着陸ケーブルに接続されたラムによってシリンダーから制御弁を介して押し出されます。^{[2] : 52  [6]}着陸装置の主な開発は、一定ランアウト制御バルブでした。これは、エンジン シリンダーからアキュムレーターへの流体の流れを制御し、質量と速度に関係なく、すべての航空機を同じ量のランアウトで停止させるように設計されています。航空機の重量は、各着陸装置のエンジン オペレーターによって設定されます。通常の操作中は、単純化のために「単一重量設定」が使用されます。この重量は通常、航空機の最大着陸重量、または「最大トラップ」重量です。特定のケースでは、通常は航空機の故障によりアプローチ速度に影響しますが、「単一重量設定」を使用して、システムによる適切なエネルギー吸収が確保されます。操縦士は、主管制室の航空士官から航空機の重量を知らされる。操縦士は、一定ランアウト制御バルブをその航空機に適した重量設定に設定する。制動装置エンジンの圧力設定は、約 400 psi (2,800 kPa) の一定圧力のままである。一定ランアウトバルブ (CROV) は、油圧とは対照的に、航空機を停止させる。^[要出典]

常設および遠征用の陸上システムは、通常、滑走路の両側に設置された 2 つのアレスティング エンジンで構成されます。アレスティング エンジンは、購入テープが巻かれたリールにブレーキ力を加え、航空機を減速させて停止させます。陸上アレスティング エンジンがブレーキ力を加えるために使用する最も一般的な 2 つの方法は、回転摩擦ブレーキと回転油圧、または「ウォーター ツイスター」システムです。回転摩擦ブレーキは、リールに連結された油圧ポンプで、リールに取り付けられたマルチ ディスク ブレーキに段階的な圧力をかけます。回転油圧システムは、リールに連結された水/グリコールで満たされたハウジング内のタービンです。停止中にタービンによって水/グリコール混合物に生成される乱流が、リールを減速させて航空機を停止させる抵抗となります。航空機がケーブルから解放されると、テープとケーブルはアレスティング エンジンに取り付けられた内燃機関または電動モーターによって引き込まれます。^{[引用が必要]}

停止中に過度のランアウトが発生する状態を「ツーブロック」と呼びます。この名前は、すべてのラインが滑車システムを通って引っ張られ、2 つの滑車ブロックが接触し、「ツーブロック」になる海軍用語に由来しています。過度のランアウトは、停止ギアの不適切な設定、航空機の総重量の超過、航空機の過剰なエンゲージメント速度、または停止中に加えられた過剰な航空機の推力によって引き起こされる可能性があります。中心から外れた着陸も停止ギアを損傷する危険があります。^{[引用が必要]}

電磁石は、アメリカの航空母艦の新しい先進制動装置(AAG) システムで使用されています。現在のシステム (上図) は、着陸する航空機の減速と停止に油圧を利用しています。油圧システムは、50 年以上にわたって導入されてきたことからもわかるように効果的ですが、AAG システムには多くの改善点があります。現在のシステムでは、機体に極度のストレスがかかるため、無人航空機 (UAV) を捕獲すると損傷してしまいます。UAV には、重い有人航空機を捕獲するために使用される大型油圧ピストンを駆動するのに十分な質量がありません。電磁気を使用することで、エネルギー吸収はターボ電気エンジンによって制御されます。これにより、捕獲がよりスムーズになり、機体への衝撃が軽減されます。このシステムは、フライト デッキからは以前のシステムと同じに見えますが、より柔軟で安全かつ信頼性が高く、メンテナンスや人員配置の必要性も少なくなります。^[11]このシステムはジェラルド・R・フォード級航空母艦 で試験運用されており、ジェラルド・R・フォード級 航空母艦すべてに搭載される予定である。

バリケードは、通常の（ペンダント）拘束ができない場合にのみ使用される緊急回復システムです。バリケードは通常は収納された状態で、必要な場合にのみ設置されます。バリケードを設置するには、飛行甲板から持ち上げられた支柱の間にバリケードを張ります。バリケードの設置は、米国の空母飛行甲板員によって日常的に行われており、よく訓練された乗組員は3分以内に作業を完了できます。^[6]

バリケード ウェビングは、両端で互いに結合された上部と下部の水平な荷重ストラップで構成されています。20 フィート (6 m) 間隔で配置された 5 つの垂直係合ストラップが、上部と下部の各荷重ストラップに接続されています。バリケード ウェビングは約 20 フィートの高さまで持ち上げられます。バリケード ウェビングは着陸する航空機の翼に係合し、エネルギーはバリケード ウェビングからパーチェス ケーブルを介してアレスティング エンジンに伝達されます。バリケードによる拘束の後、ウェビングとデッキ ケーブルは廃棄され、支柱は凹んだスロットに戻されます。テールフックは極めてフェイルセーフに設計されているため、バリケードによる拘束はまれであり、戦闘から戻った航空機がこのような深刻な損傷を受けて着陸することはおそらく不可能です。この装置は、すべてのアメリカの航空母艦とフランスのシャルル ド ゴールに搭載されていますが、ブラジルの CATOBAR 航空母艦とロシアおよびインドの STOBAR 航空母艦には、従来のアレスティング ギアのみが搭載されています。^[要出典]

• 航空機カタパルト
• 航空能力のある海軍艦艇
• ブロディ着陸システム
• 現代のアメリカ海軍空母航空作戦
• エンジニアリング材料アレスターシステム- 滑走路逸脱の重大性を制限するシステム

ウィキメディア・コモンズには、拘束装置に関連するメディアがあります。

• オーストラリア空軍アンバリー基地での F-111C の着陸成功 – 着陸装置の故障後、オーストラリア空軍の F-111 が陸上着陸用のアレスティング ケーブルを使用して着陸する様子を撮影した一連の写真。
• 航空母艦への着陸 – 仕組み