戦後の航空

1945年から1979年までの期間は、戦後時代^[1]または戦後政治的コンセンサス時代と呼ばれることもあります。この期間中、航空業界はジェット時代の到来によって支配されました。民間航空では、ジェットエンジンによって商業航空旅行が大幅に拡大し、軍用航空では超音速航空機が広く導入されました。

第二次世界大戦の終わりまでに、ドイツとイギリスはすでに軍で運用可能なジェット機を保有していた。その後の数年間で、ジェットエンジンはすべての主要国で開発され、軍用ジェット機が各国の空軍で運用されるようになった。その後数十年にわたるジェット戦闘機開発を担うソ連で最も重要な設計局であるミコヤン・グレヴィッチは、小型の実験的なピストンエンジン搭載のMiG-8ウトカ 推進機で後退翼ジェット機の製造準備を開始した。この機はヨーロッパ戦勝記念日のわずか数か月後に、わずかに後退した翼で飛行した。

超音速飛行は 1947 年にアメリカのベル X-1ロケット機によって達成されましたが、ロケット エンジンの使用は短命でした。アフターバーナーの開発により、ジェット エンジンはすぐに同等の推力とより長い航続距離を実現できるようになり、酸化剤を必要とせず、取り扱いもより安全になりました。就航した最初の超音速ジェット機は、1954 年の ノースアメリカン F-100 スーパー セイバーでした。

一方、商業ジェット旅客機の開発も進められ、最初の機体であるイギリスのデ・ハビランド・コメットは1949年に初飛行し、1952年に就航した。コメットは、現在では金属疲労として知られる予期せぬ新たな問題に悩まされ、数機が墜落し、新型が導入される頃には、ボーイング707などのアメリカ型機が設計を追い越し、商業的には成功しなかった。これらの型機とその後継機は、ジェットセットなどの流行語や時差ぼけなどの新たな医学的症候群の導入に代表される、大きな社会的変化の時代に貢献した。^{[2] [3]}

ジェット エンジンの推進効率は排気速度と反比例します。ターボファンエンジンは、大量の空気をより低速に加速することで、ターボジェットの推進効率を向上させます。全体的な効率の向上により、特定の航空機の航続距離が伸び、運用コストが下がります。開発は戦時中にイギリスとドイツで開始されていましたが、最初の量産型であるロールス ロイス コンウェイが使用されるようになったのは 1960 年頃でした。

超音速旅客機の開発が試みられ、 1970年代には英仏共同のコンコルドやソ連のツポレフTu-144が就航したが、超音速では燃料消費量が多く、実際には不経済であることが判明した。これらの航空機に伴う汚染やソニックブームにより、航空の環境への影響に対する認識も高まり、これらを容認する用意のある国を見つけることは困難になった。

この期間中、ヘリコプターの導入、スポーツ飛行用の布製ロガロ翼の開発、スウェーデンのサーブ・ビゲンジェット戦闘機によるカナード翼または「尾部先行」構成の再導入など、他の多くの進歩が起こりました。

設計者は、航空機が遷音速領域で音速（マッハ 1）に近づくと衝撃波が形成され始め、抗力が大幅に増加することをすでに知っていた。もともと薄い翼は、さらに薄く細かくする必要があった。細かさとは、翼の前後弦長に対する翼の薄さの尺度である。小さく、高荷重の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種類の翼が使用されていた。しかし、これらの航空機は離陸速度が高く、スターファイターは離陸中に多くのパイロットの死者を出したため、小さな翼は使用されなくなった。戦時中にドイツの設計者が開拓した方法は、翼を斜めにスイープして衝撃波の蓄積を遅らせるというものだった。しかし、これにより翼構造が長く柔軟になり、航空機が曲がったり空力弾性の影響を受けやすくなり、操縦桿の動作が逆になる場合もあった。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る。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が挙げられる。これらの影響を研究する中で、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機すべてが空中で分解し、パイロットが死亡した。また、もう一人のパイロットは、激しい振動が発生したとき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ていたため、かろうじて生き残った。^[4]

三角形のデルタ翼は、構造的な剛性のために十分に深い翼根を維持しながら後退した前縁を持ち、フランスのダッソー ミラージュ戦闘機の導入以来、尾翼の有無にかかわらず人気のある選択肢となりました。

しかし、単純なデルタ翼は、より一般的なテーパード翼よりも戦闘時の機動性が低いことが判明し、時が経つにつれて、尾翼、クロップド翼、ダブルデルタ翼、カナード翼などの形状の翼が登場し、大幅に改良されました。

速度が上昇して完全に超音速になると、翼の揚力中心が後方に移動し、縦方向のトリムが変化し、マッハタックと呼ばれる機首下げの傾向が生じます。超音速航空機は、飛行のあらゆる段階で適切な制御を維持するために、十分に調整できるようにする必要があります。

マッハ 2.2 を超える速度では、機体は空気の摩擦で熱くなり始め、低速で使用される安価で加工しやすい軽合金の熱膨張と強度低下を引き起こします。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で作られ、熱膨張を吸収する特殊な波形の外皮と、特殊な耐熱燃料で稼働するデュアル 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。胴体に沿って長い「チャイン」延長翼を使用することでマッハ タックが軽減され、超音速での揚力が向上しました。

超音速飛行のもう 1 つの問題は、環境への影響であることが判明しました。大型航空機は大きな衝撃波、つまり「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したりする可能性があります。また、高い抗力により燃料消費量が増加し、その結果として汚染が発生します。これらの問題は、超音速輸送機コンコルドの導入によって明らかになりました。

ピストン エンジンで駆動する星型または直列型のプロペラは、第二次世界大戦の終結時には依然として航空業界で主流であり、そのシンプルさと低コストにより、要求の厳しくない用途では今日でも使用されています。

ベル X-1などの高速飛行を実現するための初期の試みでは、ロケット エンジンが使用されました。しかし、ロケット エンジンには燃料だけでなく酸化剤も必要となるため、これらの航空機は取り扱いが危険で、航続距離も短くなります。サンダース ロー SR.53などのハイブリッド デュアル モーター タイプでは、ロケットを使用して速度を上げ、「超音速ダッシュ」を実現しました。アフターバーナーの開発により、ジェット エンジンで同様のレベルの推力が得られるようになり、ロケットのパワーはミサイルに限定されました。

ジェット タービンが開発されるにつれて、異なるタイプが出現しました。基本的なジェット タービンには、軸流式と遠心式の 2 つの形式がありました。軸流式は理論的には効率が高く、物理的にもスリムですが、実現には高度な技術が必要です。そのため、初期のジェットは遠心式でした。間もなく、軸流式が主流になりました。

タービンのテーマのバリエーションとしてターボプロップがあります。ここでは、タービンは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。低速および低高度では、この設計はジェットタービンよりも効率的で経済的であり、ピストンエンジンよりも軽量で大きなパワーを発揮します。したがって、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に適所を見つけました。ロールスロイスダートは、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、ターボプロップは現在でも生産されています。

ジェット エンジンの次の開発はアフターバーナーでした。純粋なターボジェットは、音速よりわずかに速い速度で飛行することがわかりました。超音速飛行の速度を上げるために、ロケット エンジンに見られるような発散ノズルの上流で、エンジンの排気口に燃料が噴射されました。燃料が燃焼すると膨張し、ノズルに反応して排気口を後方に押し、エンジンを前進させました。

ターボジェットエンジンは燃料消費量が多く、アフターバーニングではさらに燃料消費量が多くなります。エンジンの効率を高める方法の 1 つは、より低速で大量の空気を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。これは、前部の直径の大きいファンが一部の空気をコンプレッサーに送り、残りの空気をバイパスに回して、ジェット排気よりも低速でエンジンを通過させるものです。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 スプール ターボファンが生まれました。これは、2 セットのタービンが異なる速度で回転する同心シャフトに取り付けられ、それぞれファンと高圧コンプレッサーを駆動します。この原理をさらに進めた高バイパス ターボファンは、通常、それぞれ異なる速度で回転する 3 つのスプールを備え、さらに効率的です。

効率を向上させるもう 1 つの方法は、燃焼温度を上げることです。これには、高温でも強度を維持できる改良された材料が必要であり、エンジン コアの開発は、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ターボファン用にカーボン複合ファンを開発しましたが、この材料は十分な損傷耐性がないことが判明したため、より一般的なチタン金属に戻りました。

信頼性の高い電子機器の登場により、飛行制御、ナビゲーション、通信、エンジン制御、および標的の識別や武器の照準などの軍事目的のための航空電子システムが進歩的に発展しました。

新しい無線位置特定システムでは、現在の高度と方向を単に維持するのではなく、特定のコースを飛行するように事前に設定された自動操縦装置を制御するために使用できるナビゲーション情報が提供されました。無線通信は、主に上空の混雑が増すにつれて使用頻度が増すため、より高度化されました。

軍事分野では、敵味方識別(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りました。武器の照準システムは、複数のミサイルを異なるターゲットに向けて発射、追跡、制御できる射撃管制システムに発展しました。ヘッドアップ ディスプレイ(HUD) は、戦時中の反射照準器から開発され、パイロットに計器盤に目を向けなくても重要な飛行情報を提供します。航空電子機器の能力と脆弱性が増大したことで、空中早期警戒 (EW) および電子対抗手段 (ECM) システムが開発されました。

ヘリコプターとオートジャイロはどちらも戦争で使われていました。回転翼航空機は垂直離陸が可能ですが、効率が悪く、高価で、速度も遅いです。バッヘム・ナッターのポイントディフェンス迎撃機は、ロケットの力で垂直に離陸し、機体が粉々に砕けて墜落する間にパイロットがパラシュートで垂直に着陸するという、原始的な形の垂直離陸機を使用していましたが、これは戦後の現実的な解決策ではありませんでした。

戦後、従来型航空機の高速性とヘリコプターの垂直離着陸の利便性を融合する試みとして、多くのアプローチが実験された。最終的に生産に入ったのは 3 機のみで、そのうち生産に入ったのは戦時中だったのは 2 機のみだった。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、いくつかのバージョンが製造され、英国、米国、スペイン、インドで運用され、英国とアルゼンチンのフォークランド紛争で重要な役割を担った。ヤコブレフ Yak-36 は、困難で長期にわたる高額な開発を経て、設計性能に到達することはなかったが、最終的に運用可能な Yak-38 として登場した。

最初の実用的なヘリコプターは第二次世界大戦中に開発され、その後も多くの設計が登場しました。一般的な用途では、イゴール・シコルスキーが米国で開発した構成がすぐに主流になりました。制御は、サイクリックおよびコレクティブピッチコントロールを備えた関節式ローターヘッドによって行われ、ロータートルクは横向きのテールローターによって相殺されました。ヘリコプターは、空中観測、捜索救助、医療避難、消火、建設、山腹や石油掘削装置など、通常はアクセスできない場所への一般輸送など、さまざまな用途で広く使用されるようになりました。

大型貨物輸送用途では、タンデムローター構成もボーイング チヌークシリーズなどで一定の成功を収めて使用されました。インターメッシュ、同軸、サイドバイサイドなどの他のツインローター構成も使用されました。

オートジャイロは、1930 年代後半から戦時中にかけて広く使用されたが、民間航空に限定され、広く受け入れられることはなかった。ウォリスの例である「リトル ネリー」は、ジェームズ ボンドの映画に登場して有名になった。

ヘリコプターの別のバリエーションとしてジャイロダインがあり、これは前進推力用に従来のプロペラを追加し、垂直飛行用にメインローターのみを駆動するものでした。いずれも生産されませんでした。

コンバーチブル機には、前進飛行で揚力を得るための従来の翼と、垂直飛行では揚力ローターとして機能し、前進飛行では前方に傾いてプロペラとして機能する回転翼がある。ティルトウィング型では翼ローターアセンブリ全体が傾くのに対し、ティルトローター型では翼は固定されており、エンジンローターアセンブリのみが傾く。揚力ローターと推進プロペラの要件は異なり、コンバーチブル機のローターは両者の妥協案でなければならない。一部の設計では、ローターではなく実質的にプロペラである、直径が小さく前進飛行に最適化されているものを使用したが、他の設計では前進速度を犠牲にして揚力を高めるためにサイズを大きくした。戦後、コンバーチブル機の生産は行われなかったが、ベル・ボーイングのV-22オスプレイティルトローター機は1989年にようやく飛行し、その18年後にようやく就航した。

テールシッターは、地上では垂直に上を向いており、離陸後は機体全体を水平に傾けて前方に飛行する、従来型の飛行機です。初期の設計では、推進力としてプロペラが使用され、後期の設計ではジェット推進が使用されました。パイロットの姿勢と視界の問題により、このアイデアは非実用的でした。

ジェット機のパワーを揚力に利用するには、機尾を下げた姿勢は非現実的であるため、機体は水平姿勢のまま垂直に離着陸する必要がありました。試された解決策には、揚力ファン（通常は翼に埋め込まれている）、転換式機と同様のコンセプトの旋回エンジン ポッド、専用の軽量揚力ジェットまたはターボファン、必要に応じてジェット排気を偏向させることによる推力偏向、およびこれらのさまざまな組み合わせが含まれていました。

推力偏向方式だけが時の試練に耐え、コールドファン（バイパス）とホット排気流用の別々の偏向ノズルを備えたロールスロイス ペガサスバイパス ターボファン エンジンが導入され、 1960 年にホーカー P.1127 VTOL 研究機で初飛行しました。

P.1127 とその後継機であるケストレルの成功は、1969 年に亜音速のホーカー シドレー ハリアー「ジャンプ ジェット」の導入に直接つながりました。このタイプは、シーハリアーやマクドネル ダグラス AV-8B ハリアー II「ビッグ ウィング」ハリアーなど、いくつかの派生型が生産されました。これらの例は、英国、米国、スペイン、インドで運用されました。ハリアーの最も注目すべき功績は、 1982 年の英国とアルゼンチンのフォークランド紛争でイギリス海軍の空母搭載シーハリアーが使用され、空対空と空対地の両方の役割を果たしたことです。

VTOLハリアーの成功を受けて、ソ連は排気推力偏向と前方追加リフトジェットを組み合わせた同等の機体を導入した。ヤコブレフYak-36は1971年に飛行し、後に実用化されたヤコブレフYak-38に進化した。1978年に就役したYak-38は、積載能力と高温・高出力の両方が制限されており、限られた配備しか行われなかった。^[5]

イギリスのデ・ハビランド コメットは、飛行した最初のジェット旅客機（1949 年）、就航した最初のジェット旅客機（1952 年）、そして定期的なジェット動力による大西洋横断サービスを開始した最初のジェット旅客機（1958 年）でした。すべてのバージョンを合わせて 114 機が製造されましたが、コメット 1 には重大な設計上の問題があり、元の 9 機のうち 4 機が墜落し（1 機は離陸時、3 機は飛行中に分解）、全機が飛行停止となりました。コメット 4 はこれらの問題を解決しましたが、大西洋横断飛行ではボーイング 707に追い抜かれました。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、コメットの墜落事故の調査結果を待って導入が遅れていたものの、持続的で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。1956年から1958年まで運航されてい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）。この飛行機は、アエロフロート（1956年以降）とチェコ航空ČSA（1957年以降）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する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諸国のジェット旅客機はボーイング 707でした。1958年にニューヨークからロンドンへの路線で運航を開始しました。この年は、大西洋を横断する乗客の数が船を上回った最初の年でした。これに匹敵する長距離旅客機の設計は、 DC-8、VC10、およびIl-62でした。 「ジャンボ ジェット」ことボーイング 747 は、飛行コストを削減し、ジェット時代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 エンジンの優位性に対する唯一の例外は、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) でした。この旅客機は当時のジェット機に匹敵するか、それを上回る性能を発揮しましたが、大型機体でのこのようなエンジンの使用は 1976 年以降、軍用に限定されました。

ジェット旅客機は、ピストン駆動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、大陸横断や大陸間の旅行が以前よりも大幅に速く簡単になりました。大陸横断や大洋横断の長距離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、初めて一日の旅行で世界の多くの場所にアクセスできるようになりました。需要が高まるにつれて、旅客機は大型化し、航空旅行のコストがさらに低下しました。より幅広い社会階層の人々が自国以外の国に旅行できるようになりました。

自動車産業と同様の大量生産技術の使用により、民間航空機のコストが下がり、セスナ 172やビーチクラフト ボナンザなどの機種が広く使用されるようになり、172 は戦時中の生産レベルさえも上回りました。

航空機は、農薬散布、警備、消防、救急航空など、さまざまな専門的な役割でますます使用されるようになりました。

ヘリコプターの技術が発展するにつれ、これらも広く使用されるようになり、シコルスキーの単一のメインローターと尾部のカウンタートルクローターの方式が主流となりました。

スポーツ飛行も発展し、動力飛行機とグライダーはともにさらに洗練されていった。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レベルの性能を達成できるようになった。1960年代には、柔軟なロガロ翼を採用したハンググライダーが再導入され、超軽量航空機の新時代が到来した。

安全なガスバーナーの開発により、熱気球飛行が再導入され、人気のスポーツとなりました。

1976年にコンコルド超音速旅客機が定期便に導入され、同様の社会的変化がもたらされると期待されたが、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月にパリ近郊で致命的な墜落事故が発生し、その他の要因により、コンコルドの飛行は最終的に2003年に中止された。これは民間サービスにおけるSSTの唯一の損失であった。民間用に使用された他のSST設計はソビエト時代のTu-144のみであったが、メンテナンス費用の高さなど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、ボーイングの3社は、もともと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上、コスト上、その他の実際的な理由で放棄された。

第二次世界大戦直後の数年間は、軍用ジェット機の設計と導入が広まった。グロスター ミーティアやサーブ J 21Rなどの初期のタイプは、第二次世界大戦の技術をジェット エンジンに応用したに過ぎなかった。しかし、ジェット推進航空機によって達成された高速化により、設計と精巧さにおいて多くの進歩がもたらされた。機関銃や機関砲は高速では効果的に使用するのが難しく、ミサイル装備がより一般的になった。ミコヤン グレヴィッチ MiG-15やノースアメリカン F-86 セイバーなどのジェット機は、遷音速での抗力を減らすためにすぐに後退翼を導入し、朝鮮戦争で実戦に使用された。

爆撃機も新しい技術を採用した。核兵器の入手性が高まるにつれ、アメリカのボーイング B-52やイギリスのV 爆撃機などの核兵器搭載長距離戦略爆撃機が導入された。ソ連の爆撃機は、より長期間ターボプロップエンジンを使い続けた。

就航した最初の超音速ジェット機は、1954年のノースアメリカンF-100スーパーセイバーでした。デルタ翼は超音速飛行にいくつかの利点があることがわかり、尾翼の有無にかかわらず、従来の後退翼と並んで一般的になりました。デルタ翼は軽量でありながら優れた構造強度と高い精細度比を備えており、ダッソーミラージュIIIやミコヤン・グレヴィッチMiG-21シリーズのデルタ翼戦闘機が大量に使用されました。

ベトナム戦争の頃までに、ベル「ヒューイ」コブラ攻撃ヘリコプターの導入により、ヘリコプターは戦闘で積極的な役割を果たすようになりました。この頃の他の開発には、可変翼の ジェネラルダイナミクスF-111と英国のVTOLホーカーハリアーが含まれていましたが、これらの技術は広く配備されませんでした。

航空電子工学、追跡システム、戦場通信はすべてますます高度化しました。

1967 年にサーブ ビゲンが登場したことで、航空機の設計はより広範囲に再評価されるようになりました。カナード翼は翼上の気流を誘導し、失速することなく高迎え角で低速飛行を可能にすることが分かりました。

ジェット機の速度と高度、そして戦闘時間の短さから、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りました。

空中ミサイルは多くの用途のために開発された。小型の熱追跡または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。最大のものはそれらの長距離版であり、安全な距離から核弾頭を発射するためのスタンドオフミサイルであった。^[6]

防空ミサイルも、小型の戦術対空兵器から、国内の空域に侵入する前に高高度の核爆撃機を迎撃するように設計された長距離型まで開発されました。

第二次世界大戦の終わりには、ミサイル誘導システムは粗雑で信頼性の低いものでした。電子工学、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洗練され、信頼性が高まりました。戦後に改良または導入された誘導システムには、無線コマンド、テレビ、慣性、天体航法、さまざまなレーダーモード、および一部の短距離ミサイル用の制御ワイヤーが含まれていました。後に、ターゲットに手動で照準を合わせるレーザー指示装置が使用されるようになりました。^[7]

第二次世界大戦の終わりまでに、リベット留めの応力外皮アルミニウム機体の製造が普及したが、民間航空では木材の使用が続いた。軽量化と強度向上の追求により、高度で、多くの場合高価な製造技術が導入された。1960 年代から 70 年代にかけての主要な開発には、小さな部品を積み重ねるのではなく、固体ビレットから複雑な部品をフライス加工すること、リベット穴の周りの応力集中と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こと、および電子ビーム溶接が含まれていた。

グラスファイバーや、その後のカーボンファイバーなどの複合材料の開発により、デザイナーはより流動的で空気力学的な形状を作れるようになりました。しかし、これらの新しい材料の特性が未知であったため、導入はゆっくりと計画的に進められてきました。

多くの軍用飛行場は戦後に民間空港となり、戦前の空港は元の役割に戻りました。ジェット機時代の到来により航空旅行が急速に増加したため、世界中の空港施設を同様に急速に拡張する必要がありました。

ジェット旅客機が大型化し、1便あたりの乗客数が増加するにつれて、航空機、乗客、手荷物を取り扱うためのより大型で高度な設備が開発されました。

レーダー システムが普及し、一度に多数の航空機を管理するために 航空管制施設が必要になりました。

新しく、より大型で、より高速な航空機に対応するために滑走路はより長く、より滑らかに作られ、一方で安全への配慮と夜間飛行のために滑走路照明は大幅に改善されました。

主要空港は広大で混雑した場所となったため、環境への影響は大きくなり、新しい空港の設置や既存の空港の拡張さえも大きな社会的、政治的問題となった。

• 航空の環境への影響
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