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Aug 22, 2023

DARPA の新しい X

Se riusciamo a eliminare le tradizionali superfici di controllo mobili, fondamentalmente possiamo farlo

従来の可動制御面を排除できるようになれば、航空機、特にステルス航空機の設計方法が根本的に変わる可能性があります。

狂乱のゴート

国防高等研究計画局は、新型エフェクターによる革命的航空機の制御プログラム (CRANE) の次の段階に移行しました。 このプロジェクトは、Aurora Flight Sciences が開発中の実験用無人航空機を中心としており、飛行中の航空機を制御するための従来の可動面はありません。

オーロラ フライト サイエンスの CRANE 設計には、まだ正式な X プレーンの名称や愛称はありませんが、代わりにアクティブ フロー コントロール (AFC) システムを使用し、高圧空気の噴出を利用して航空機を操縦します。 この技術は、最終的には他の軍事および民間の設計にも応用される可能性があります。 将来のステルス航空機に適用される場合、特に重大な影響を与える可能性があります。

国防高等研究計画局（DARPA）は昨日、CRANEプログラムの最後の開発状況に関するプレスリリースを発表した。 ボーイングの子会社であるオーロラ・フライト・サイエンスは、2022年12月12日にこのプロジェクトの作業を継続するフェーズ2契約を受け取ったと発表した。

DARPAによると、「フェーズ2では、飛行ソフトウェアと制御装置の詳細な設計と開発に焦点が当てられ、最終的には翼と尾翼の外側に従来の可動飛行制御装置がなくても飛行できるXプレーン実証機の重要な設計レビューが行われる」としている。 「契約には、DARPAが本格的な航空機へのAFCの組み込みと制御飛行への依存という2つの主要な技術的ハードルに対処する7,000ポンドのXプレーンを飛行させるフェーズ3オプションが含まれています。」

オーロラは、プログラムのフェーズ 0 の一環として、2020 年と 2021 年に最初の CRANE 関連の設計研究を実施するために雇用された 4 社のうちの 1 社でした。同社は、ベル/ボーイング V-22 オスプレイや別の垂直型機からインスピレーションを得たティルトローター型を含む複数の設計を検討しました。翼に揚力ファンが組み込まれた離着陸可能な航空機。 とりわけ、ボーイングのX-48C混合主翼ボディ実証機の改良版も検討された。

オーロラが最終的に落ち着いたデザインは、従来の飛行機に近いものでした。 ただし、それは、単一の中央胴体に取り付けられた 2 組の翼で構成され、先端で結合するいわゆる Co-Planar Joined Wing (CJW) 平面形状と、ツイン垂直尾翼の配置を備えています。 現在の設計では、ドローンは翼のさまざまな場所に取り付けられたノズルの「バンク」を使用して空中で操縦します。

この航空機の主エンジンの配置は完全には明らかではありません。 公式コンセプトアートや風洞模型に見られる、前部胴体の下にある顎の空気取り入れ口と後部の単一の排気ノズルは、単一のジェットエンジンで航空機に動力を供給する計画を示しているようです。

また、航空機の主推進システムが、AFCノズルバンクが機能するために必要な加圧空気を生成することが期待されているのか、あるいはある種の補助動力源なのかも不明である。 DARPAが公開したコンセプトアートには、機首上部に独立した吸気口と、胴体中央部上部にある小型の排気口が示されており、AFCシステムに接続されている可能性がある。

興味深いことに、Aurora の設計は、「交換可能な外側ウイングと交換可能な AFC エフェクターを備えたモジュラー テストベッドとして構成されています。モジュラー設計により、Aurora の AFC エフェクターだけでなく、他のさまざまな設計の AFC エフェクターのテストも可能になります」と、12 月に発行された同社のプレス リリースは述べています。 2022年は言いました。 「Aurora が設計したコンポーネントを超えてテスト機能を拡張することで、このプログラムは、軍用と商用の両方の将来の航空機要件に必要な信頼性を提供し、AFC 対応機能を含めるという目標をさらに前進させます。」

オーロラはすでに、CRANE のフェーズ 1 の一環として、代表的な AFC コンポーネントを備えたサブスケール モデルの重要な風洞試験を行っています。同社は、ロッキード マーチンとともに、2021 年にプログラムのそのフェーズに進むことを選ばれました。

「25% スケールのモデルを使用して、オーロラはカリフォルニア州サンディエゴの風洞施設で 4 週間にわたってテストを実施しました。11 個の可動式従来型操縦翼面に加えて、このモデルは 8 つの完全に独立した制御可能な AFC 空気供給チャンネルを備えた 14 個の AFC バンクを備えていました。同社が2022年5月に発表したプレスリリースによると、「8,860のAFC制御電源ポイントを含む14,000以上のデータポイントが収集され、将来のプログラム段階での迅速な実行を可能にする飛行品質の空力データベースの基盤を形成した。」

DARPAがCRANEプログラムのフェーズ3に進めば、オーロラ社は7,000ポンドの完全なプロトタイプを製造する予定で、翼幅30フィートを持ち、最大マッハ0.7の速度に達することができると同社は述べている。 飛行試験は早ければ2025年に開始される可能性がある。

CRANE X プレーンの設計が実行可能であることが証明され、実際に飛行可能な航空機になれば、将来の航空機開発全体に重要な影響を与える可能性があります。 操縦翼面を動かす必要性を排除できることは、今後の航空機の開発方法に根本的な変化をもたらす可能性があります。

従来の操縦翼面を取り除くことにより、本質的に空気力学的な設計が可能になり、特に高高度でより効率的な飛行が可能になります。 AFC システムを搭載した航空機は、エルロンや舵などを動かすためのさまざまなアクチュエーターやその他のコンポーネントを必要とせず、重量と体積を削減する新しい方法を提供します。

AFC システムを使用した、より軽量で合理化された航空機の設計により、操縦性が向上する可能性があります。 これは、パイロットの身体的制限を心配する必要のない無人タイプの場合に特に当てはまります。

非常に多くの可動部品がなくなることで、壊れる可能性のあるものが減り、安全性と信頼性が向上します。 これにより、さまざまなメンテナンスや物流の要件も不要になります。 これにより、軍事設計が戦闘によるダメージに対する耐性が高まり、修正も容易になる可能性があります。

これらすべては多くの種類の航空機にとって有益である可能性がありますが、AFC テクノロジーはステルス設計に適用される場合に特に重要になる可能性があります。 ステルス航空機の設計者は、露出した表面間の接合部やその他の隙間に注意し、通常はそれらの隙間を最小限に抑えて、レーダー断面積をできるだけ低く保つように努める必要があります。

そのため、定義上、航空機の他の外形と常に同一平面上にあるとは限らない従来の操縦翼面は、現在避けられない大きな問題となっています。 フライバイワイヤ設計はまた、これらの表面を常にはためかせ、ステルス航空機を前進飛行中に安定させます。 AFC テクノロジーは、この現実を変え、ステルス設計のレーダー回避特性の最適化を容易にする可能性を秘めています。 翼構造を動的に歪めて飛行制御を行う機能などの他の技術も、将来のステルス航空機レーダー シグネチャ制御に役立つ可能性があります。

もちろん、CRANE プログラムと Aurora Flight Sciences の設計は、AFC テクノロジーの実験が初めてではありません。 英国に本社を置く BAE Systems は、CRANE のフェーズ 0 のもう 1 つの参加者であり、少なくとも 2010 年以来、さまざまな AFC コンセプトを大々的に実験してきました。これらの開発の最新のものは、MAGMA と呼ばれる AFC を備えた設計でした。 BAE が「大型モデル」と表現したこの航空機は実際に飛行しており、詳細についてはここで読むことができます。

「過去数十年にわたり、アクティブフロー制御コミュニティは、先進的な航空機へのアクティブフロー制御技術の統合を可能にする大幅な進歩を遂げてきました」とDARPAのCRANEプログラムマネージャーのリチャード・レゼイン氏は本日のプレスリリースに含まれる声明の中で述べた。 「私たちは、AFCを設計上の主要な考慮事項としてデモ機の設計と飛行テストを完了することに自信を持っています。」

何が起こっても、DARPA と Aurora は両方とも、CRANE プログラムの先にあるこの設計の未来を見据えています。

「モジュラー翼セクションとモジュラーAFCエフェクターを備えたCRANE X-planeは、CRANEプログラムが終了した後も国家試験資産として存続する可能性がある」とWlezein氏の声明は付け加えた。

2022年12月のオーロラ社のプレスリリースには、「Auroraが設計したコンポーネントを超えてテスト機能を拡張することで、このプログラムは軍用と商用の両方の将来の航空機要件に必要な信頼性を提供し、AFC対応機能を含めるという目標をさらに前進させる」と述べた。前述のモジュール式テストベッド設計です。

「ボーイング社のアクティブ・フロー制御への的を絞った投資を活用し、CRANEプログラムの進歩は、民間航空機と軍用機の両方の効率と性能を向上させるこの技術の潜在的な利点をさらに検証することを目的としています。」とボーイング研究技術部シニアディレクター、ローレット・レイヒー氏は述べています。 Vehicle Technologyは昨年の別の声明でこう述べた。

全体的に見て、CRANE プログラムが現在どのように進行しているのか、そしてそれが最終的に潜在的に革命的な X プレーンの構築につながるかどうかを見るのは非常に興味深いでしょう。

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