戦後航空

設計者たちは、航空機が音速（マッハ1）に近づく遷音速領域で衝撃波が発生し始め、抗力が大幅に増加することを既に知っていた。元々薄かった翼は、さらに薄く、より細くする必要があった。細さとは、翼の前後方向の弦長に対する翼の薄さの尺度である。小さく、荷重の大きい翼は抗力が少ないため、ベルX-1ロケット機やロッキードF-104スターファイターなど、初期の機種ではこのタイプの翼が採用されていた。しかし、これらの機体は離陸速度が速く、スターファイターでは離陸時にパイロットの死亡事故が多発したため、小型翼は使われなくなった。戦時中にドイツの設計者たちが開拓したアプローチは、翼をある角度で後退させることで衝撃波の発生を遅らせるというものだった。しかし、この方法では翼の構造が長くなり、柔軟性が増すため、航空機は曲げや空力弾性の影響を受けやすくなり、飛行制御の動作が逆転することさえあった。後退翼の失速挙動も十分に理解されておらず、非常に急激になる可能性があった。その他の問題としては、致命的な力を蓄積する可能性のある発散振動などがあった。これらの影響を研究する過程で、多くのパイロットが命を落とした。例えば、デ・ハビランドDH.108スワローの3機すべてが空中分解し、パイロットが死亡した。また、別のパイロットは、激しい振動が発生した際にキャノピーに頭をぶつけて首を折らないように座席を下げたため、かろうじて生き残った。^{[ 4 ]}

三角形のデルタ翼は、構造的な剛性を確保するために十分な深さの翼根部を維持しながら、後退角のついた前縁を備えている。フランスのダッソー・ミラージュ戦闘機の登場以来、尾翼の有無にかかわらず、人気の高い選択肢となった。

しかし、単純なデルタ翼は、より一般的なテーパー翼に比べて戦闘時の機動性に劣ることが判明し、時が経つにつれて、尾翼付き、切り詰め型、ダブルデルタ翼、カナード翼など、さまざまな形状に改良されていった。

速度が上昇し、完全に超音速に達すると、翼の揚力中心が後方に移動し、縦方向のトリムが変化して、マッハタックと呼ばれる機首下げ傾向が生じる。超音速機は、飛行のあらゆる段階で適切な操縦性を維持するために、十分な調整能力を備えている必要があった。

マッハ2.2を超える速度では、機体は空気との摩擦によって加熱され始め、低速域で使用される安価で加工しやすい軽合金では熱膨張と強度低下の両方が発生します。また、ジェットエンジンも限界に達し始めます。ロッキードSR-71ブラックバードはチタン合金製で、熱膨張を吸収する特殊な波型外板と、特殊な耐熱燃料で動作するデュアルサイクルターボファンラムジェットエンジンを備えていました。マッハタックは、胴体に沿って翼の長い「チャイン」延長部を使用することで低減され、超音速での揚力増加に貢献しました。

超音速飛行のもう一つの問題点は、環境への影響であることが判明した。大型航空機は大きな衝撃波、いわゆる「ソニックブーム」を発生させ、通過するあらゆるものを妨害したり損傷させたりする可能性がある。また、高い抗力は燃料消費量の増加とそれに伴う大気汚染につながる。これらの問題は、超音速旅客機コンコルドの導入によってより顕著になった。

第二次世界大戦終結時においても、ピストンエンジン（ラジアル型またはインライン型）を動力源とするプロペラは航空業界を支配しており、そのシンプルさと低コスト性から、今日でもそれほど高度な性能を必要としない用途で使用されている。

ベルX-1のような初期の高速飛行の試みでは、ロケットエンジンが使用された。しかし、ロケットエンジンは燃料だけでなく酸化剤も必要とするため、これらの航空機は操縦が危険で航続距離も短かった。サンダース・ローSR.53のようなハイブリッド型双発機は、ロケットで速度を上げて「超音速飛行」を実現した。その後、アフターバーナーの開発によりジェットエンジンでも同等の推力が得られるようになり、ロケットエンジンはミサイルに限定されるようになった。

ジェットタービンの開発が進むにつれ、様々なタイプが登場した。基本的なジェットタービンは、軸流式と遠心式の2種類に分けられる。軸流式は理論的には効率が高く、物理的にもスリムだが、実現にはより高度な技術が必要となる。そのため、初期のジェットタービンは遠心式が主流だった。しかし、間もなく軸流式が主流となった。

タービンエンジンのバリエーションとして、ターボプロップエンジンがあります。このエンジンでは、タービンがコンプレッサーだけでなくメインプロペラも駆動します。低速・低高度では、ジェットタービンよりも効率的かつ経済的であり、ピストンエンジンよりも軽量で高出力を実現しています。そのため、低コストのピストンエンジンと高性能ジェットエンジンの間のニッチ市場を開拓しました。ロールス・ロイス・ダートエンジンは、1948年に初飛行したビッカース・バイカウント旅客機に搭載され、ターボプロップエンジンは現在も生産されています。

ジェットエンジンの次の発展はアフターバーナーの開発でした。純粋なターボジェットエンジンでは、音速をわずかに上回る速度しか得られないことが分かりました。超音速飛行のために速度を上げるには、ロケットエンジンに見られるような拡散ノズルの上流側で、エンジンの排気口に燃料を噴射する必要がありました。燃料が燃焼すると膨張し、ノズルに反作用して排気を後方に押し出し、エンジンを前方に推進させる仕組みです。

ターボジェットエンジンは燃料消費量が多く、アフターバーナーを使用するとさらに高くなります。エンジンの効率を上げる方法の1つは、より多くの空気をより低速で通過させることです。このことから、バイパスターボファンが開発されました。バイパスターボファンでは、前面の直径の大きいファンが空気の一部をコンプレッサーに送り込み、残りをバイパスに流します。バイパスでは、空気はジェット排気よりも低速でエンジンを通過します。ファンとコンプレッサーは異なる速度で回転する必要があるため、2軸ターボファンが開発されました。2軸ターボファンでは、2組のタービンが同心円状のシャフトに取り付けられ、それぞれ異なる速度で回転してファンと高圧コンプレッサーを駆動します。この原理をさらに発展させた高バイパスターボファンは、通常3つのスプールがそれぞれ異なる速度で回転し、さらに効率的です。

効率を向上させるもう一つの方法は、燃焼温度を上げることです。そのためには、高温でも強度を維持できる改良された材料が必要となり、エンジンコアの開発は、例えば精密に作られたセラミック部品や単結晶金属タービンブレードの開発など、利用可能な材料の進歩に大きく追随してきました。ロールス・ロイスは、ロールス・ロイスRB211ターボファン用に炭素複合材ファンを開発しましたが、結果的にその材料は十分な損傷耐性がないことが判明し、より一般的なチタン金属に戻しました。

信頼性の高い電子機器の登場は、飛行制御、航法、通信、エンジン制御、そして目標識別や兵器照準といった軍事目的のための航空電子機器システムの漸進的な発展につながった。

新しい無線測位システムは、現在の高度と方位を維持するだけでなく、特定のコースを飛行するようにあらかじめ設定された自動操縦装置を制御するために使用できる航法情報を提供した。無線通信は、空域の混雑が進むにつれて利用者が増加するのに対応するため、より高度化した。

軍事分野では、敵味方識別装置（IFF）システムが開発され、軍用機がミサイルの射程範囲内であっても視界外にある場合に互いを識別できるようになった。兵器照準システムは、複数のミサイルを異なる目標に向けて武装、発射、追跡、制御できる射撃管制システムへと発展した。ヘッドアップディスプレイ（HUD）は、戦時中の反射式照準器から発展し、パイロットが計器盤に目を落とすことなく重要な飛行情報を提供するようになった。航空電子機器の性能向上と脆弱性の増大に伴い、空中早期警戒（EW）システムと電子妨害（ECM）システムが開発された。

ヘリコプターとオートジャイロはどちらも戦争中に実戦投入された。VTOL（垂直離着陸）が可能ではあるものの、回転翼機は非効率的で高価であり、速度も遅い。バッヘム・ナッター近接防衛迎撃機は、ロケット推進で垂直離陸し、その後パイロットがパラシュートで垂直着陸する一方、機体は粉々に砕け散って墜落するという、原始的なVTOL方式を採用していたが、これは戦後の実用的な解決策とはならなかった。

戦後、従来の飛行機の高速性とヘリコプターのVTOL（垂直離着陸）の利便性を組み合わせようと、多くの手法が試みられた。最終的に生産に至ったのはわずか3機種で、そのうち実際に生産されたのは2機種のみだった。ホーカー・シドレー・ハリアー「ジャンプジェット」は大きな成功を収め、複数のバージョンが製造され、イギリス、アメリカ、スペイン、インドで運用され、イギリス・アルゼンチン間のフォークランド紛争でも活躍した。ヤコブレフYak-36は、困難で長く費用のかかる開発を経て、設計性能には達しなかったものの、最終的に運用可能なYak-38として登場した。

イギリスのデ・ハビランド・コメットは、初飛行（1949年）、就航（1952年）、そして定期ジェット機による大西洋横断路線の開設（1958年）を初めて実現したジェット旅客機です。全バージョン合わせて114機が製造されましたが、コメット1には深刻な設計上の問題があり、当初製造された9機のうち4機が墜落（1機は離陸時、3機は飛行中に分解）したため、全機が運航停止となりました。コメット4はこれらの問題を解決しましたが、大西洋横断路線ではボーイング707に追い抜かれてしまいました。コメット4はホーカー・シドレー・ニムロッドへと発展し、2011年6月に退役しました。

コメット1の運航停止後、Tu-104は持続的かつ信頼性の高いサービスを提供する最初のジェット旅客機となった。その導入は、コメット墜落事故の調査結果が出るまで延期されていた。1956年から1958年まで運用された世界で唯一のジェット旅客機であった（その後、コメット4とボーイング707が就航した）。この機体は、アエロフロート（1956年から）とチェコ航空ČSA（1957年から）によって運航された。ČSAは、Tu-104A型を使用して、ジェット機のみの路線を運航した世界初の航空会社となった。

商業的に大きな成功を収めた最初の西側ジェット旅客機はボーイング707でした。 1958年にニューヨーク～ロンドン路線で就航を開始し、この年は大西洋横断旅客数が船よりも飛行機で移動した最初の年となりました。これに匹敵する長距離旅客機としては、DC-8、VC10、Il-62などがありました。ボーイング747、通称「ジャンボジェット」は、飛行コストを削減し、ジェット時代の到来をさらに加速させた最初のワイドボディ機でした。

ターボファンエンジンの主流から外れた例外の一つが、ターボプロップエンジンを搭載したツポレフTu-114（初飛行1957年）である。この旅客機は、当時のジェット機と同等、あるいはそれ以上の性能を発揮できたが、大型機へのターボプロップエンジンの搭載は1976年以降、軍用機に限定されるようになった。

ジェット旅客機は、ピストンエンジン搭載のプロペラ機よりもはるかに高く、速く、遠くまで飛行できるため、大陸横断や大陸間移動は以前よりも格段に速く、容易になった。長距離の大陸横断や大洋横断飛行を行う航空機は、目的地までノンストップで飛行できるようになり、初めて世界の多くの地域に1日でアクセス可能になった。需要の増加に伴い、旅客機は大型化し、航空運賃はさらに低下した。より幅広い社会階層の人々が、自国以外の国へ旅行できるようになった。

自動車産業と同様の大量生産技術の採用により、自家用航空機のコストは低下し、セスナ172やビーチクラフト・ボナンザといった機種が広く普及した。特にセスナ172は、戦時中の生産量をも凌駕するほどの生産量を記録した。

航空機は、農薬散布、警察活動、消防活動、航空救急など、さまざまな専門的な役割でますます利用されるようになった。

ヘリコプター技術の発展に伴い、ヘリコプターも広く普及するようになり、中でもシコルスキー社の単一のメインローターとテールカウンタートルクローターを組み合わせた方式が主流となった。

スポーツ飛行も発展し、動力飛行機とグライダーの両方がより洗練されたものとなった。グラスファイバー構造の導入により、グライダーは新たな性能レベルを達成した。1960年代には、柔軟なロガロ翼を用いたハンググライダーが再登場し、超軽量航空機の新時代が幕を開けた。

安全なガスバーナーの開発により、熱気球飛行が復活し、人気のあるスポーツとなった。

1976年にコンコルド超音速旅客機（SST）が定期便に導入されたことで、同様の社会変革が期待されたが、この航空機は商業的に成功することはなかった。数年間の運航の後、 2000年7月にパリ近郊で発生した墜落事故やその他の要因により、最終的に2003年にコンコルドの運航は中止された。これは民間運航における唯一のSSTの損失であった。民間用途で使用されたSST設計は他に1つだけあり、ソ連時代のTu-144であったが、高額なメンテナンスやその他の問題によりすぐに撤退した。マクドネル・ダグラス、ロッキード、ボーイングは、1960年代からさまざまなSST設計の開発を計画していた米国の3つのメーカーであったが、これらのプロジェクトは最終的にさまざまな開発、コスト、その他の実際的な理由により中止された。

ジェット機の速度と高度、そして戦闘の短時間性から、攻撃と防御の両方においてミサイルが広く導入されるようになった。

空中ミサイルは様々な用途向けに開発された。小型の熱追尾ミサイルやレーダー追跡ミサイルは空対空戦闘に使用された。大型のものは空対地攻撃に使用された。最大のものは、より長距離のスタンドオフミサイルで、安全な距離から核弾頭を運搬するために使用された。^{[ 6 ]}

防空ミサイルも開発され、小型の戦術対空兵器から、高高度核爆撃機が領空に侵入する前に迎撃するように設計された長距離型まで多岐に渡った。

第二次世界大戦終結時、ミサイル誘導システムは粗雑で信頼性に欠けていた。電子機器、センサー、レーダー、無線通信の急速な進歩により、誘導システムはより高度で信頼性の高いものとなった。戦後に改良または導入された誘導システムには、無線指令、テレビ、慣性、天体航法、さまざまなレーダーモード、そして一部の短距離ミサイルには制御線が含まれていた。その後、目標に手動で照準を合わせるレーザー指示器が使用されるようになった。^{[ 7 ]}

第二次世界大戦終結までに、リベット接合による応力外皮構造のアルミニウム製機体の製造は広く普及したが、民間航空機では木材の使用も継続された。軽量化と強度向上を追求する中で、高度で、しばしば高価な製造技術が導入された。1960年代から70年代にかけての主な技術開発には、小さな部品を積み重ねるのではなく、固体のビレットから複雑な部品を削り出す技術、リベット穴周辺の応力集中や疲労を避けるためにリベットの代わりに合成樹脂接着剤を使用する技術、そして電子ビーム溶接などが挙げられる。

グラスファイバーや、後にカーボンファイバーといった複合材料の開発により、デザイナーはより流麗で空力的な形状を自由に設計できるようになった。しかし、これらの新素材の特性が未知であったため、導入は緩やかで計画的なものにとどまった。

戦後、多くの軍用飛行場は民間空港に転用され、戦前の空港は再び軍用空港としての役割に戻った。ジェット機の登場によってもたらされた航空旅行の急速な増加は、世界中の空港施設の急速な拡張を必要とした。

ジェット旅客機が大型化し、一便あたりの乗客数が増加するにつれて、航空機、乗客、手荷物を扱うための、より大型で高度な機器が開発された。

レーダーシステムが普及するにつれ、同時に空を飛び交う多数の航空機を管理するための航空交通管制施設が必要となった。

新型の大型で高速な航空機に対応するため、滑走路はより長く、より滑らかに改良された。また、安全上の配慮や夜間飛行の促進により、滑走路照明も大幅に改善された。

主要空港は巨大化し、利用者が急増したため、環境への影響は甚大となり、新たな空港の建設、あるいは既存空港の拡張でさえ、社会政治的な大きな問題となった。