音速への挑戦は戦後まもなく始まりました
そして数多くのテストパイロットが、音の壁に敗れました
そんな中、最初に勝利したのが、チャック・イエガー氏です
そして５０年
今では戦闘機乗りなら誰でも、スロットルを前に進めるだけで
簡単に音の壁を破ることが出来ます
超音速飛行はそれほど特別な飛行ではありません
航空法上は特殊な飛行になっていますが
パイロットにとっては、通常巡航とそれ程変わりません
３６０００〜４００００ｆｅｅｔ程度にレベルオフします
加速方法は各種ありますが
最も簡単なのは、そのままＭＡＸ Ａ／Ｂにして
真っ直ぐ飛ぶことです
もっと効率を考えるならＰｓにそって加速
戦闘を考えるならＥｍにそって加速します
ただし、残燃料量に十分注意が必要です
何しろ加速すればするほど多くの燃料が流れます
Ｍａｃｈ２付近では
片方の２２０エンジンで３５０００〜４００００Ｌｂｓ／ｈ流れてしまいます
両エンジンで７〜８万Ｌｂｓ／ｈ
想像を絶する流量です
比重を１としても
その量はドラム缶１本を２０秒で燃やすのです
（私の概算が合ってればですが）
加速中はぐんぐん増えるＦ／Ｆと
どんどん減る総燃料量が気になります
では水平加速要領です
所望の高度でレベルオフして
スロットルをＡ／Ｂレンジに進めます
できれば．９ぐらいから始めるのが効率的には良いようです
．９５頃から飛行機の特性に変化が見られます
特性変化とは、操縦要領がちょっと変わると言うことです
Ｆ４ならば縦静の逆転
１５なら左ロール
Ｆ２ならば軽い上下振動
色々出てきます
原因は様々ですが
その多くは遷音速特有の現象で
空力中心の移動や、部分的衝撃波の発生等が考えられます
しかしその領域は狭く、
加速中のその現象は僅かな時間で消滅してしまいますので
これらに気が付くパイロットはごく少数なのが現状です
．９８付近から顕著な現象が現れます
それは静圧系統の計器の異常指示です
むしろこの現象でパイロットは自分が音の壁に
近づいていることを知るのです
具体的には
昇降計の小刻みな振れ
高度計の不自然な指示
速度計の躊躇
ＨＵＤ表示の乱れ
などが顕著です
ですから、この速度付近では
飛行機自身では、自分の速度・高度・昇降率等は
正確な値は分かりません
ＩＲＳ・ＧＰＳ・ドプラー等を使えば
地球に対する絶対位置と運動が分かりますので
その時間変化を計測して
上記値も算出できますが
それらは、物理学的値ですので
パイロットが必要とする
プレッシャーアルトやＩＡＳではないのです
これを出すには、外気温や空気密度等が必要になり
遷音速中の飛行機からの観測は、かなり手間のかかる事となります
機体が音速を超えても、多くの機体は音速を示しません
理由の多くは、全圧口と静圧口の位置が離れていることです
これにより、音の壁が機体にあるこれらのセンサーを通過するまで
不安定な指示が継続します
また静圧系統の遅れも考えられます
何はともあれ、１．０５付近で
突然高度計が２０００ｆｅｅｔほどジャンプして安定します
それと同時に、速度計も音速以上で安定します
このときのコックピット内の変化としては
外音が突然静かになることです
ただし機体を通じて感じられる心地よいエンジンの振動は
そのままです
機体も極めて安定します
特に操縦上顕著なのが縦静が強化されることです
しかし現代の戦闘機は、コンピュータの発達により
これらの操縦上の変化は、パイロットに感じさせないように
作られているのが現状です
どの飛行機も１．２から１．５ぐらいまでの加速は極めて良好です
これは超音速の衝撃波による圧縮で
エンジン効率が向上するからです
この領域を追いかけるのがＰｓ加速
それに飛行機の運動エネルギーを加えて
スケジューリングしたのがＥｍ加速です
この他に自分の機体重量を利用した、緩降下加速
自機の抵抗を減らしながら加速するＬＯＷ ＡＯＡ加速等もあります
しかし理論的にはＰｓ加速が最も短時間で加速する方法です
ただしスケジューリングは複雑です
また単に音速の数字だけをねらうなら
上昇が有利です
上昇により外気温が下がり
同じ機体速度でも、実音速が低下するので
Ｍａｃｈ数は上がります
これは、Ｍａｃｈ数に対して特性の変化を見るときなどには
極めて有効ですが
多分戦闘に使うことはないでしょう
なぜならば、戦闘はＩＡＳ ＣＡＳが示す
動圧でするからです
Ｍａｃｈ２でも動圧が２００ｋｔｓでは、敗北は明らかです
またＩＳＡでは３６０００ｆｅｅｔ以上では
外気音が−５６．５度Ｃで一定となっていますが
現実は、ＴＡＳとＩＡＳや音速を見る限り違うようです
高度にもよりますが通常Ｍａｃｈ１．５付近から加速は、ゆっくりになります
それは速度の２乗に比例して抵抗が極端に増加してくるからです
この間に、光線の具合が良ければ
キャノピーの向こう側に衝撃波を見ることが出来ます
衝撃波は、空気の不連続面です
そこで外の景色に、段差が出来ます
見えるときは本当によく見えます
ちなみにあなたもそのＰＣで同じ体験ができます
体験ご希望の方は私の友人のホームページをおたずね下さい
そこに丁寧な、シミュレーション手順が掲載されております
１．７から２．０までの加速は、けだるい物です
ただ単に速度計を見ているだけです
その間も、燃料はぐんぐん減っていきます
２．０に近づくと
機体のきしむ音
金属のやける様なにおい
何とも言えない不安感がでてきます
なにしろ時速２０００ｋｍ以上の速度でぶっ飛んでいるんです
通常の機体はＭａｃｈ２．２程度で制限されます
それはアルミ系の金属の強度が低下してくるからです
アルミは２００度Ｃぐらいで金属の強度を失います
Ｍａｃｈ２．２では、機体表面温度は１５０度Ｃ程度になり
それ以上の温度上昇は、機体の破壊につながります
それ故、通常のアルミ系機体の速度制限は
Ｍａｃｈ２．２で
機体表面温度制限となります
またエンジンも暖かい空気を極端に嫌います
衝撃波は、空気の圧縮された壁です
断熱圧縮を純粋に理論的に考えると温度は無限大に上昇します
インテイク内に発生した衝撃波は
空気を圧縮してエンジン効率を上げますが
そのかわり、流入空気の温度も上昇させます
エンジンのストールマージンが温度により
少なくなり、ある限界を超えると
コックピット内に警報が点灯し
パイロットに減速を促します
そろそろ帰るための燃料ぎりぎりです
加速開始から約２分半
Ｍａｃｈ Ｒｕｎ 終了
飛行機も「ＢＩＮＧＯ！！！」と言っています
減速に移行します
減速も簡単にはいきません
音速以下にするためにはそれなりの努力が必要です
とりあえずＡ／Ｂを切ります
最近のエンジンはデジタル制御になり
めったに、キャンセルサージは起こしませんが
以前は、Ａ／Ｂ ＣＵＴも注意が必要でした
ＭＩＬからパワーを引きます
さらにちょっと引きます
でもエンジン回転は、下がりません
ＩＤＬＥまで引いても変わりません
−２２０でも−１００でも−１２９でも同じです
Ｊ−７９は違います
７９は素直にＩＤＬＥとは言いませんが８２〜８５％程度に減速します
どこが異なるのでしょう
オタク族のあなたには直ぐお分かりと思いますが
エンジンの種類が異なるのです
７９はターボジェット
−２２０や−１００や−１２９たちはファンエンジンです
ファンエンジンのストールマージンは小さいのです
高速で飛行中エンジンを減速すると
ファンがストールを起こし
最悪の場合には
バイパスを経由して排気圧力を高めて
タービンを溶かしてしまうのです
コンプレサーとタービンの無いエンジンは
ラムジェット
残念ながらまだ実用化されてません
だからＡ／Ｂを切ってスロットルを引くだけでは
減速しないのです
スロットル位置に関係なく、エンジンは機体がある程度に減速するまで
ＭＩＬを保持するのです
長い目で見れば、そのうち減速して遷音速領域までいきますが
その間エンジンは、ＭＩＬパワーに必要な燃料を流し続けます
これでは、飛行場まで帰れません
そこでなんとか早急に減速する必要があります
先ずはスピードブレーキ
大きな板を立てます
しかしこれも空気圧に押されて十分開きません
時速６０ｋｍで走るトラックの上にベニヤ板を立てるのも大変でしょうが
時速２０００ｋｍで飛ぶ飛行機の上に畳み１畳ほどの板を立てるのは
もっと大変です
ほぼ不可能と言えるでしょう
直接抵抗のスピードブレーキが役に立たないなら
次はエネルギー変換です
運動エネルギーを位置エネルギーに変換することです
言い換えれば速度を高度に変えて、減速するのです
加速時の降下加速の反対です
しかしこれにも問題があります
あまり考えずに、機首を上げると
Ｍａｃｈ２まで加速した機体は
簡単に７００００ｆｅｅｔぐらいに上がってしまいます
７００００ｆｅｅｔは、ほぼ宇宙
真空状態
コックピット内の圧力も外圧＋５ｐｓｉ
純酸素を吸っても、意識時間は数分です
もしここでキャノピーから空気が漏れれば
意識有効時間は数秒
それよりも前に血液が沸騰してしまいます
現在Ｆ−４ＥＪ以外には、これを防止する装置がありません
それ故Ｆ−４ＥＪ改 Ｆ−１５Ｊ Ｆ−２は５００００ｆｅｅｔ以上には
上がれないのです
飛行機の性能的には問題ないのですが
人間の限界です
上昇も制限されるなら
どうやって減速するのでしょう
その解は、誘導抵抗です
Ｃｌを増やせばＣｄｉも増える
当たり前です
Ｃｄｉを増加させる
Ｃｌ増加は上昇を引き起こす
だから大きなバンクをとってＣｌを増加させるのです
操縦方は、いとも簡単
８０度程度のバンクをとって
Ｇを掛けるのです
超音速ではアベイラブルＧが小さくなるので
思い切って引くとオーバーＧしてしまいます
そのためＯＷＳと相談しながら
Ｇを増加させます
これで減速は出来ますが
実際は上記３つの方法を併用して減速します
Ｍａｃｈ１近くまで減速すれば
エンジンもＩＤＬＥ回転まで減速して
急激に機体を音速以下まで、引きずり降ろします
減速中に体験できる事は
音速から遷音速に移る際に
運が良ければ、衝撃波が自分を「ズボン」と音を立てて追い越していくのが
観察出来ます
あたかも、映画のタイムマシーンから出てきたような感覚です
「これで自分も、現代に帰れた」と言う感じですか
これで超音速飛行は終了です
僅か４分程度のｍｉｓｓｉｏｎですが
別世界を体験できます
近い将来
ＳＳＴが本格的に実用化され
誰でも超音速飛行が出来る時代になるでしょう
でもここに掲載した感覚は
コックピットでの感覚です
多分客室は、平常そのもの
ただ、前方に掲示されている
デジタル文字が嘘っぽいＭａｃｈ数を表示するだけでしょう
だから
せめてこのページで、音速を体験していただければ
幸いと思います