飛行翼のレイアウトは？第 6 世代の航空機はなぜ数十年前の「古い」設計を採用しているのでしょうか?

全翼レイアウトは、その名前が示すように、「完全な翼」を意味します。胴体と尾部の構造を排除し、翼が航空機のすべての機能を直接担い、すべての装備、燃料、武器を翼に統合できるようにします。まるでSF作品のデザインのようですが、この全翼機レイアウトには実は長い歴史があります。ドイツのホールデン兄弟は、第二次世界大戦の早い時期に、この設計が革命的な飛行性能をもたらすと信じて実験を始めました。当時、ドイツはそのような突破口を緊急に必要としていました。

こうして、Horton Ho 229 が誕生しました。これは全翼設計を採用した世界初の戦闘機です。翼面積は約51.8平方メートルと非常に大きく、抗力を減らしながら揚力を大幅に増加させ、速度と操縦性を向上させることができます。全翼機設計の利点は、従来の胴体と尾翼によって生じる空気抵抗を軽減できるため、高速飛行時に特に顕著になります。しかし、それは遅すぎたため、ドイツの運命を変えることはできなかった。第二次世界大戦の終結は、ホートン Ho 229 の開発の終焉を意味しました。全翼機設計の利点は明らかでしたが、当時は多くの複雑な制御システムが効果的に解決されておらず、その潜在能力は十分にテストされておらず、革命的な設計アイデアだけが残されていました。

アメリカはこのアイデアを引き継ぎ、冷戦中に全翼機レイアウトも試し、有名なノースロップ YB-49 爆撃機がデビューしました。この機体は航続距離と積載量に驚異的な性能を持っていたが、尾翼がないため飛行制御が非常に難しく、また当時の電子制御技術が未熟であったため、結局実戦投入には至らなかった。

全翼機レイアウトの利点と欠点は、ほぼ同等に顕著です。

まず最初に最大の利点である空気抵抗の低減についてお話ししましょう。全翼機は翼と胴体を一体化することで飛行中の空気の流れをスムーズにし、渦や後流渦を減らして飛行効率を向上させます。同時に、全翼設計により揚力が増加し、尾翼による抗力も軽減されます。高速飛行と高機動性時には、飛行翼レイアウトが特に安定し、飛行性能が大幅に向上します。最後に、全翼設計により、レーダー反射面が自然に減少します。流線型の胴体と鋭角が少ないため、レーダー波の反射が少なくなります。特に現代のステルス設計では、全翼レイアウトがステルス技術の優れた基盤となっています。

欠点は飛行制御が難しいことです。尾翼がないので飛行制御が大きな問題となる。初期のホートン Ho 229 は複雑な操縦翼面でこれを補おうとしましたが、フライ・バイ・ワイヤ システムがなければ、パイロットが航空機を制御することはほぼ不可能でした。 B-2 スピリットが最新の飛行制御システムを採用して初めて、全翼機レイアウトは実際の戦闘に本格的に導入されました。

技術の進歩、特に飛行制御技術、材料科学、ステルス技術の進歩により、全翼レイアウトは徐々に新世代の戦闘機の第一選択肢となり、第6世代の航空機が木の葉のように見えるのはそのためです。全翼機の流線型の形状と無尾翼設計により、航空機のレーダー断面積（RCS）が大幅に減少します。たとえば、B-2 爆撃機の RCS はハトの RCS と同等程度ですが、第 6 世代の航空機では、特に下方および側面から見た場合にこの値がさらに低下しています。全翼機レイアウトは、第 6 世代航空機の超音速巡航能力の向上、空気抵抗の低減、揚力抗力比の向上、燃料効率と航続距離の大幅な向上にも役立ちます。

全翼機レイアウトは、空気力学的形状の利点があるだけでなく、機体の内部設計をよりコンパクトにし、機体の柔軟性を高め、多目的戦闘機に適しています。推力偏向技術と AI 支援飛行制御の追加により、全翼機レイアウトの欠点はほぼなくなり、多くの利点だけが残ります。

この記事は科学普及中国創造育成プログラムの支援を受けた作品です。著者: ロケットおじさん科学普及活動家

レビュアー: 北京宇宙機械工学研究所研究員 張 張

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司