F-15EXイーグルIIとF-22ラプターの飛行性能とエンジン回りの設計

最強の戦闘機というとF-22ラプターか、F-15EXイーグルIIのどちらかだと私は考えています。

ここでは、現役の代表的な戦闘機として、F-22ラプターF-15EXイーグルIIF-35ライトニングIIF-16ファイティング・ファルコンの4機を選び、飛行性能とエンジン回りの設計(レイアウト)をUSAF(米国空軍)のWebサイト<Home > News > Photos>からの画像を使って比べてみます。

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写真で見るエンジンと吸排気口の比較

下図の、F-22ラプター、F-15EXイーグルII、F-35ライトニングII、F-16ファイティング・ファルコンの4機について、エンジンと吸排気口を比べてみます。

  • F-22ラプターとF-15EXイーグルIIは、エンジン2基
  • F-35ライトニングIIとF-16ファイティング・ファルコンはエンジン1基

下図の写真から、F-22ラプターの特徴的な排気口(2次元スラスト・ベクトル・ノズル)の形状が分かります。

比較する4機

比較する4機

図1 比較する4機

F-22ラプター、F-15EXイーグルII、F-35ライトニングII、F-16ファイティング・ファルコン

出典:USAF(米国空軍)のWebサイト<Home > News > Photos>からの画像(加工しています)

機体上方(上面)から比較

下図は、F-22ラプター、F-15EXイーグルII、F-35ライトニングII、F-16ファイティング・ファルコンの機体上方から写真です。

  • ステルス機である、F-22ラプターとF-35ライトニングIIは、F-15EXイーグルIIやF-16ファイティング・ファルコンと比べると、ステルス性の違いが機体や翼の形状からも違いが分かります。
  • F-35はエンジン1基ですが吸気口は2つあり、吸気口の形状にも特徴があります。
機体上方からの比較

機体上方からの比較

図2 機体上方からの比較

F-22ラプター、F-15EXイーグルII、F-35ライトニングII、F-16ファイティング・ファルコン

出典:USAF(米国空軍)のWebサイト<Home > News > Photos>からの画像(加工しています)

機体下方(下面)から比較

下図は、F-22ラプター、F-15EXイーグルII、F-35ライトニングII、F-16ファイティング・ファルコンの機体下方(下面)から写真です。

  • F-16は、吸気口、エンジン、排気口が直線的でシンプルな配置です。
  • F-22とF-15は、エンジン2基ですが、吸気口、エンジン、排気口のレイアウトはオーソドックスなものです。
  • F-35は、2つの吸気口からエンジン、排気口とつながる特徴的なレイアウトです。
  • F-22とF-35は、ステルス機特有の凹凸の少ない面で構成されています。
機体下方からの比較

機体下方からの比較

図3 機体下方からの比較

F-22ラプター、F-15EXイーグルII、F-35ライトニングII、F-16ファイティング・ファルコン

出典:USAF(米国空軍)のWebサイト<Home > News > Photos>からの画像(加工しています)

機体側面から比較

下図は、F-22ラプター、F-15EXイーグルII、F-35ライトニングII、F-16ファイティング・ファルコンの機体側面からの写真です。

  • ステルス機であるF-22やF-35の機体は、胴体が薄く突起物も少ないことが分かります。
機体側面からの比較

機体側面からの比較

図4 機体側面からの比較

F-22ラプター、F-15EXイーグルII、F-35ライトニングII、F-16ファイティング・ファルコン

出典:USAF(米国空軍)のWebサイト<Home > News > Photos>からの画像(加工しています)

機体正面(吸気口)の比較

下図は、F-22ラプター、F-15EXイーグルII、F-35ライトニングII、F-16ファイティング・ファルコンの機体正面からの写真です。

  • F-16は、オーソドックスな形状です。
  • F-22とF-35は、吸気口の形状が似ています。
  • F-15の吸気口は、マッハ2.5を実現するために、可変インテーク(吸気口)となっています。
機体正面(吸気口)の比較

機体正面(吸気口)の比較

図5 機体正面(吸気口)の比較

F-22ラプター、F-15EXイーグルII、F-35ライトニングII、F-16ファイティング・ファルコン

出典:USAF(米国空軍)のWebサイト<Home > News > Photos>からの画像(加工しています)

機体後方(排気口)の比較

下図は、図1の再掲となりますが、F-22ラプター、F-15EXイーグルII、F-35ライトニングII、F-16ファイティング・ファルコンの機体後方からの写真です。

  • F-15は、オーソドックスな排気口です。
  • F-22は、ピッチ方向に可変の2次元スラスト・ベクトル・ノズルとなっており、ステルス性に加え、運動性能を高めています。
  • F-16とF-35の排気口は、同じような形状です。
機体後方(排気口)の比較

機体後方(排気口)の比較

図6 機体後方(排気口)の比較

F-22ラプター、F-15EXイーグルII、F-35ライトニングII、F-16ファイティング・ファルコン

出典:USAF(米国空軍)のWebサイト<Home > News > Photos>からの画像(加工しています)

F-15EXイーグルIIとF-22ラプターの最高速度と機動性

F-15EXイーグルIIの最高速度は、アフターバーナーを使いマッハ約2.5です。

F-22ラプターは、マッハ2クラス、アフターバーナーなしでマッハ1.5(超音速巡航)です。

最高速度だけを見るとF-15EXの方がF-22より速いと言えなくもありませんが、実際の飛行性能としては次の様な違いとなり、単純な比較が難しいと言えます。

  • F-15EXのマッハ約2.5は、特定の飛行条件でアフターバーナーを使用する。(アフターバーナーは極端に燃料使用量が増えるだけでなく、排気音も上がるため、気軽に使えるものではないようです。)
  • F-22は、アフターバーナーなしでマッハ1.5のスーパークルーズ(超音速巡航)が可能

言い方を変えると、

  • F-15EXの最高速度はF-22よりも優れているが、ある特定の条件下での比較となる。
  • F-22のアフターバーナーなしでマッハ1.5でのスーパークルーズの方が、高速に移動するには有利と考えられる。

また、構造的にも次の様な違いがあります。

  • F-15EXイーグルIIは、マッハ2.5を達成するために、可変インテークを備えている。
  • F-22ラプターは、2次元スラスト・ベクトル・ノズルにより、ピッチ方向(上下方向)にエンジン推力を偏向させることで高い機動性を発揮する。

F-15EXイーグルIIの可変インテーク

F-15EXイーグルIIの可変インテークは、マッハ2.5を達成するために必要な構造となっています。具体的には、吸気口の面積を変えることができるようになっています。

下図は、F-15の機首部分で、吸気口が上方に位置しています。

  • 吸気口の先端部分付近(前方操縦席の下部付近)にあるマーキングにより、吸気口の位置を確認することできます。
  • 吸気口の位置(吸気口の面積)は、機体の姿勢や運動状態などによりコンピュータにより自動で調整されます。
F-15Eの機種部分

Keeping the F-15E flying Senior Airman Matthew Jones (front seat) and Staff Sgt. Robert Burton (rear seat) sit in an F-15E Strike Eagle at Bagram Airfield, Afghanistan, during an inspection to check that the flight controls are working properly. During the test, they stay in constant communication with Senior Airman Daniel Scerri (on the ground). All three Airmen are from the 336th Expeditionary Fighter Squadron and are deployed from Seymour Johnson Air Force Base, N.C. (U.S. Air Force photo/Senior Airman Felicia Juenke)

図7 F-15Eの機種部分

出典:USAF(米国空軍)のWebサイト<Home > News > Photos>からの画像(加工しています)

下図では、斜め前から吸気口の位置の違いを比較しています。

  • 左側が吸気口の位置が上方、右側が下方の場合です。
  • 見た目で分かる程度に大きく吸気口が可動することが分かります。
F-15の吸気口の位置の比較(上方と下方)

F-15の吸気口の位置の比較(上方と下方)

図8 F-15の吸気口の位置の比較(上方と下方)

出典:USAF(米国空軍)のWebサイト<Home > News > Photos>からの画像(加工しています)

下図は、吸気口の位置が上方の場合の側面からの写真です。

F-15の吸気口の位置(上方)

F-15の吸気口の位置(上方)

図9 F-15の吸気口の位置(上方)

出典:USAF(米国空軍)のWebサイト<Home > News > Photos>からの画像(加工しています)

下図は、吸気口の位置が下方の場合の側面からの写真です。

F-15の吸気口の位置(下方)

F-15の吸気口の位置(下方)

図10 F-15の吸気口の位置(下方)

出典:USAF(米国空軍)のWebサイト<Home > News > Photos>からの画像(加工しています)

F-22ラプターの2次元スラスト・ベクトル・ノズル

F-22ラプターの2次元スラスト・ベクトル・ノズルは、ステルス性と機動性(運動性能)を高めています。

F-22は、F-15同様強力なエンジンを2基搭載し、まっすぐ飛ぶだけでなく、2次元スラスト・ベクトル・ノズルにより機動性のポテンシャルも高くなっています。

下図は、F-22ラプターの飛行中の写真です。

  • 2次元スラスト・ベクトル・ノズルは、閉じた(水平位置)となっています。
  • 2次元スラスト・ベクトル・ノズルは、エンジン推力をピッチ(上下)方向に±20度まで変更可能です。
  • F-15の様な排気口の場合には、排気口を広げたり狭くしたり(絞り込んだり)するだけで、排気の方向は後方のみとなります。
  • F-22は、エンジン推力を偏向させることで、機体を上方あるいは下方に進めることができるということです。
F-22ラプター:飛行中

Multi-faceted training A Hawaii Air National Guard F-22 Raptor takes off during a training exercise Jan. 21, 2022, at Honolulu International Airport, Hawaii. The exercise is held to provide participants a multi-faceted, joint venue with supporting infrastructure and personnel. (U.S. Air National Guard photo by Master Sgt. Mysti Bicoy)

図11 F-22ラプター:飛行中

出典:USAF(米国空軍)のWebサイト<Home > News > Photos>からの画像(加工しています)

下図は、F-22の2次元スラスト・ベクトル・ノズルがピッチ(上下)方向に開いた状態です。

F-22ラプター:2次元スラスト・ベクトル・ノズル(その1)

Raptor roars A 43rd Fighter Squadron Raptor roars down the runway Nov. 30 at Eglin Air Force Base, Fla. The 43rd FS’s mission is to provide pilot training in the F-22 and is a subordinate unit of Tyndall Air Force Base’s 325th Fighter Wing. The unit is here as part of a mission shift by the Air Force as Tyndall continues to rebuild due to Hurricane Michael. (U.S. Air Force photo/Ilka Cole)

図12 F-22ラプター:2次元スラスト・ベクトル・ノズル(その1)

出典:USAF(米国空軍)のWebサイト<Home > News > Photos>からの画像(加工しています)

下図は、F-22の2次元スラスト・ベクトル・ノズルが閉じた(水平)状態です。

F-22ラプター:2次元スラスト・ベクトル・ノズル(その2)

Parked for the night A crew chief for the U.S. Air Force F-22 Raptor aerial demonstration team chocks a Raptor’s wheel April 16 on the flightline of the Kentucky Air National Guard base in Louisville, Ky. The team will be participating in the Thunder Over Louisville air show April 18. (U.S. Air Force photo/Capt. Dale Greer)

図13 F-22ラプター:2次元スラスト・ベクトル・ノズル(その2)

出典:USAF(米国空軍)のWebサイト<Home > News > Photos>からの画像(加工しています)

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まとめ

最強の戦闘機というとF-22ラプターか、F-15EXイーグルIIのどちらかだと私は考えています。

代表的な戦闘機として、F-22ラプターF-15EXイーグルIIF-35ライトニングIIF-16ファイティング・ファルコンの4機を選び、飛行性能とエンジン回りの設計(レイアウト)をUSAF(米国空軍)のWebサイト<Home > News > Photos>からの画像を使って以下の項目で比べました。

  • 写真で見るエンジンと吸排気口の比較
    • 機体上方(上面)から比較
    • 機体下方(下面)から比較
    • 機体側面から比較
    • 機体正面(吸気口)の比較
    • 機体後方(排気口)の比較
  • F-15EXイーグルIIとF-22ラプターの最高速度と機動性
    • F-15EXイーグルIIの可変インテーク
    • F-22ラプターの2次元スラスト・ベクトル・ノズル
はかせ

モノづくり会社の品証勤務
振動制御で工学博士
実験とCAEの両刀使いでいろいろ経験して半世紀
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