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2021/6/5 10:13

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F22のエンジンの推力は15トンもあるのになぜマッハ3以上出せないのですか?

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ThanksImg質問者からのお礼コメント

わかりやすい説明ありがとうございました!

お礼日時:6/11 15:46

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公式に米が公表しているのは155.691kN級(=15,875.8kgf)であると言っているだけですので、ネットの数字は無視しましょう。 ドライ推力は105kNで合っていると思います。YF-22は当初報道のあった自重16,300kgが正しく、この時点のYF‐119のドライ推力はYF‐22用で107.59kN程度、YF‐23用で121.32kN程度だったと思われます(このことはロシアのSu‐57用のイズデリエ30が107kNを目標としている事と合致すると思います)。燃料消費率の問題から、このままでは要求仕様をみたさないので、105kNに減格したと同時に量産型F-22Aは減量したと考えています。 さて、質問への回答ですが、まず搭載燃料が足りない(着陸アプローチするのに最低タンク容量の3%は残すルールが在る)。2つ目は塗布RAM剤のマッハ数制限があると思います(前縁フラップの折れ曲がり部等はパテ状だと思われますから摩擦による剥離が考えられます、通常戦闘機でもM2.3程度から摩擦熱問題が持ち上がります)。 SR-71やB-70などがM3で飛べるのは、昔50、60年代に離陸時推力重量比が0.66(だったと思う)を超えていれば燃料消費に合わせて加速が出来るから最終的にはM3程度に成ると言う原理を使っているのです。 F-22などの現用機は急加速することを重視していますから、速度と推力の関係は一定ではありません。

F-15SJの離陸時推力重量比はドライ推力で0.6394でしょ。クリーンでM1.0で巡航出来ると言うことはMax.M1.1ぐらいがドライ時の最高速度。 この数字より悪いはずの三菱F-1は最高速M1.6な訳です。 これはエアインテークがF-15SJは64.9kNに合わせて設計されている訳では無く105.7kNに合わせて設計されているからです。 恐らくリヒートレートを大きく取ると超音速巡航は不可能に成ると思います。

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運用コストが膨大になるから。 アメリカ空軍が運用していたSR-71偵察機はマッハ3を 確実に突破出来る機体でしたが、マッハ3の領域で 空気との摩擦熱に耐えるため機体全面をチタン合金に していましたが、それでも偵察任務から帰還すると 毎回機体やエンジンに大規模な修理が必要で、飛んでる時間より 修理している時間の方が圧倒的に長かったです。

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航空機の最大速力はエンジンの性能よりも機体自体の制限速度が先に来るものが多いです。

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超音速の世界は複雑です。 ジェット旅客機が遷音速(M0.8~M0.9)で飛行しているのはM1僅かに達しない速度領域が一番燃費が良いから。(燃費が良い=飛行抵抗も少ない) 戦闘機がM1を越えた程度が一番 抵抗が大きい。 M1.5~M2.5の間が実は音速飛行では抵抗が少なく 燃費が良い。 なので F22のクルージングは M1.58です。 今は退役したコンコルドも アフターバーナーで加速するのは 離陸と遷音速からM1.5の間です。M2.2の飛行はスーパークルージングです。※つまり1960年代にいち早くスーパークルージングを実現したのは コンコルドです。 問題は F22は M2.45以上出せるか?と言えば M3も可能とは思います。しかし実際にはM2.5程度が多くの戦闘機の限界です。 理由は 機体表面や翼表面の境界層内の発熱です。熱生成はマッハ数の2乗に比例で発熱が増加する為に機体強度が低下する為です。 この熱の影響は M0.45 つまり リニア新幹線の速度でも影響を受けます。 F22の機体構成は チタニュウムとCRFCアルミ合金 ですが CRFC以外は+の熱膨張なので M2.5以上の超音速領域では熱膨張で機体が変形します。 昔SR-71と言うM3超の偵察機が運用されていましたが 常温の地上では機体の各部に隙間が出来ていて 燃料ダダ漏れでした。 上空に上がってある程度機体に熱を入れてから 空中給油してから偵察飛行を行なってたので 通常の戦闘機ではM3での飛行は無理です。 数秒程度なら飛行可能かも知れませんが 実用的では有りません。 又 F15でもM2.5での飛行は十数秒間です。キャノピーが持たない為です。F22もキャノピーはF15と同じく樹脂製なので M2.5以上の飛行は材質の関係で短時間しか出来ませんね。

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F-22の公表されている性能は下記のとおりです。 最大速度: M2.42、巡航速度: M1.82 なぜ M3.0 以上の速度が出せないのか? あるいはわざと出さないのか? その理由としては・・、 1)あくまでも、最大速度: M2.42は公表値であって、実際はM3.0を超えることも可能だけど、軍事上の秘密にしているため公表できない。 2)巡航速度(スーパークルーズ)は M1.82 ですが、アフターバーナーを使用した時の最大推力 35,000 (15.875トン)での M2.42 では大量の燃料を消費します。実用的ではないため、M2.42以上の速度は出さないようにしている。 3)M3.0ぐらいの速度になると、摩擦による高熱で、ステルス用の塗装が劣化します。1回の飛行のたびに塗装を剥離し、機体表面を研磨し、再度塗装するためには、膨大な時間とコストが必要になります。そういうことを避けるために巡行速度の M1.82 を維持しようとした。 などが考えられると思います。