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2012年10月11日 (木)

キネマ航空CEO 固定翼機のオスプレイはどうよ?について考える(その1)

飛行機がわれわれを惹きつけるのは「より速く、より遠く、より高く」を目指して「より美しく」に集約される。しかしビジネスや軍事の実用用途では「浮揚して何ぼ、運べて何ぼ」が付きまとう。

航空機を「美しい」と思えるには感覚的な審美眼もあるが航空機が好きというファンはその感覚から来るものが何かを知った上でのことであろう。

では以上の項目をほぼ極限までに合理的に設計した航空機は?と問われればボーイング B-29 と応えても多くの人たちは首肯されるであろう。ただその美しさには禍々しい意図と実力が秘められていたことも事実である。

さて「浮かんで運ぶ」ためには構造物としての重量(空虚重量 Empty Weight)とその構造物重量に含まれるエンジンで離陸可能な重量(最大離陸重量:MTOW = Maximum Take-Off Weight)の二つの値が重要なカタログ・データとなる。

この MTOW は飛行場の海抜高度や気温、気圧によって変わる空気密度と使用する滑走路長の関係で機長や運行責任者がそのつど決める。その MTOW に合わせるために大雑把には次の式を満足させる必要がある。

(許容最大離陸重量-空虚重量-乗員重量) ≧ (有償貨客重量+付帯重量)+(必要燃料重量*+運行に必要な重量*)

特に * 印は飛行距離もしくは時間で決まる値に所定の余裕を加えた数字になる。さらに両辺が等しい場合は右辺の二つの( )はトレード・オフの関係がある。貨物を増すには燃料を減らして航続距離を減らしたり、目的地の空港が遠ければ旅客数を減らすことで上の式を満足させる必要がある。

それはともかくカタログ・データから、積載/空虚重量比(=最大離陸重量/空虚重量)を求めると次表のようになる。機体の構造重量の何倍なら一般的な飛行場から「浮かんで運べる」か、つまり実用できるのか、の指標となる。

                        V-22           C-2A              C-23 (S-330)       SC.7 
                        オスプレイ   グレイハウンド  シェルパ             スカイバン
空虚重量(kg)       15,032        14,130             7,276                  3,331
最大離陸重量(kg)
  STO / CTO       27,443       24,655             11,610                5,670
  VTO                  23,859          -                    -                       -
------------------------------------------------------------------
積載/空虚重量比
  STO / CTO        1.83          1.74                 1.60                    1.70
  VTO                  1.59            -                     -                        -

                       CH-46         CH-47 
                       シーナイト     チヌーク
空虚重量(kg)      7,048           10,185
最大離陸重量(kg)
  STO                 n.a.             n.a.
  VTO                11,023        22,680
-----------------------------------------
積載/空虚重量比
  STO                  n.a.             n.a.
  VTO                 1.56            2.23

CTO:Conventional Take Off(通常離陸)
STO:Short Take Off(短距離離陸), VTO:Vertical Take Off(垂直離陸)

略号の末尾にL(and Landing)をつければ離陸時と同じ方式で着陸も可能な機体を示す(CTOLなど)。
オスプレイは積載量が少なければVTOLが可能だが多ければSTOVL(Short Take Off and Vertical Landing)あるいはSTOL(Short Take Off and Landing)で運用される。
なおヘリコプターはVTOLで運用できるがVTOL機とは呼ばない。 
                           
さてオスプレイの例に見られるように積載重量費比は短距離滑走離陸(STO)時のほうが垂直離陸(VTO)時より大きい。このため車輪のついたヘリコでは滑走離陸を行なう場合が多い。

これは浮揚力が大きくなり相対的に抵抗が小さくなる地面効果を利用した滑走による加速で得られた速度すなわち横方向の運動エネルギーを縦方向の位置のエネルギーに変換することで上昇し高度を稼ぐ工学上の理由がある。

しかしベンチマークにした両ヘリコプターの最大離陸重量はどちらの離陸方式でなのかはカタログデータでは判然としない。シーナイトの場合はオスプレイの垂直離陸時に相当するがチヌークではオスプレイの滑走離陸時の値さえも凌駕している。

面白いのはショートS-330(C-23シェルパ)である。固定翼機のベンチマークとしたグレイハウンドやベースとなったスカイバンの値より小さくヘリコプターのシーナイト並みになっている。

なぜそのS-330が米軍の軍用輸送機のシェルパとなったのか?その理由は、たとえば、NATOの基地間でおこなうジェットエンジンの輸送などで重量そのものより貨物室のスペースとくに正方形の断面が必要であった、と考えられる。

このようにカタログ値も加工をして比較すればお目当ての航空機の工学的な個性を浮き出させると同時にカタログ・データの比較もそれなりに難しいことが理解できる。(続く)
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