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垂直離着陸機(V/STOL機)とは、垂直または短い滑走路で離着陸できる航空機です。垂直離着陸機(VTOL機)は、V/STOL機の一種で、滑走路を全く必要としません。一般的に、V/STOL機はホバリング能力が必要です。ヘリコプターはV/STOL機の分類には含まれません。この分類は、前進飛行中に空気を滑走させることで揚力を得る航空機にのみ適用され、速度と燃費は通常ヘリコプターの能力を上回ります。
V/STOL機の主な利点は、その軍事的性能にあります。例えば、敵基地に近いため、対応時間とタンカー支援の必要性が軽減されます。フォークランド紛争においては、航空機カタパルトを備えた大型空母を必要とせず、高性能戦闘機による航空援護と地上攻撃を可能にしました。V/STOL機は、森林の空き地、非常に短い滑走路、そして従来はヘリコプターしか搭載できなかった小型空母から高速ジェット機を運用できるようにするために開発されました。
ローリング離陸(場合によってはランプ(スキージャンプ)を使用)は、航空機を地面から持ち上げるために必要な推力(垂直離陸と比較して)を低減し、その結果、一定の推力で達成できるペイロードと航続距離を増加させます。例えば、ハリアーは武装と燃料を満載した状態では垂直離陸できません。そのため、V/STOL機は滑走路が利用可能な場合は通常、滑走路を使用します。言い換えれば、垂直離着陸(VTOL)よりも、短距離離陸垂直着陸(STOVL)または従来型離着陸(CTOL)の運用が好まれます。

航空母艦では、カタパルトを使わない固定翼機による短距離離陸は推力偏向によって行われ、滑走路の「スキージャンプ」と併用されることもある。これらのSTOVL機を運用する航空母艦は16隻あり、米国(9隻)、日本(2隻)、英国(2隻)、イタリア(2隻)、スペイン(1隻)である。STOVLの採用により、垂直離着陸(VTOL)機に比べて大きなペイロードを運ぶことが可能になり、しかも滑走路は短くて済む。最も有名な例としては、ホーカー・シドレー・ハリアーとBAeシーハリアーが挙げられる。これらは技術的にはV/STOL機であるが、離陸時に燃料や武装のために追加重量を積載するため、運用上はSTOVL機となる。ロッキード・マーティンF-35ライトニングIIのB型も同様で、試験飛行ではVTOL能力を実証したが、運用上はSTOVL機である。[ 1 ]
垂直離着陸機(VTOL)はV/STOLのサブセットです。この分類には、推力偏向固定翼機やサイクロジャイロやジャイロダインなどの動力ローターを備えたハイブリッド航空機など、様々な種類の航空機が含まれます。[ 2 ]

一部のVTOL機は、CTOL(通常離着陸)、STOL(短距離離着陸)、STOVL(短距離離着陸垂直着陸)など、他のモードでも運航できます。一方、一部のヘリコプターのように、タキシングに対応できる着陸装置を持たない機体は、VTOLとしてのみ運航できます。また、一部の軽航空機も、垂直進入/離陸プロファイルでホバリング、離着陸が可能なため、VTOL機として認められます。[ 3 ]
電動垂直離着陸機(eVTOL)は、より自律的な飛行制御技術やモビリティ・アズ・ア・サービス(MaaS)とともに開発されており、オンデマンドのエアタクシーサービス、地域航空モビリティ、貨物配送、個人用航空機( PAV)などを含む高度な航空モビリティ(AAM)を可能にします。[ 4 ]
どこにでもあるヘリコプターの他に、現在軍用機として運用されているVTOL機には2種類ある。ベル・ボーイングV-22オスプレイのようなティルトローター機と、ハリアーファミリーや新型F-35BライトニングII統合打撃戦闘機(JSF)のような推力偏向機である。民間部門では、現在ヘリコプターのみが一般的に使用されている(2017年現在、他の種類の商用VTOL機が提案され、開発が進められている)。一般的に、STOVLが可能なVTOL機は可能な限り後者を使用する。これは、後者の方が純粋なVTOL機と比較して離陸重量、航続距離、またはペイロードが大幅に増加するためである。[ 5 ]
1950年代から1980年代にかけて試みられた数十のV/STOL設計のうち、亜音速のホーカー・シドレー・ハリアーとYak-38フォージャーのみが運用可能となり、フォージャーはソ連崩壊後に撤退した。
垂直飛行のアイデアは数千年前から存在し、レオナルド・ダ・ヴィンチのスケッチブックにはVTOL(ヘリコプター)のスケッチが描かれています。原始的なヘリコプターの形をした有人VTOL機は1907年に初飛行しましたが、完成には第二次世界大戦後までかかりました。[ 6 ] [ 7 ]
ヘリコプターの開発に加えて、垂直離着陸能力を備えた実用的な航空機の開発を目的とした多くのアプローチが試みられてきた。これには、ヘンリー・バーリナーによる1922~1925年の実験的な水平ローター固定翼航空機、ニコラ・テスラの1928年の特許、ジョージ・レーバーガーによる1930年の比較的非実用的だったティルティングエンジン付きVTOL固定翼航空機の特許などがある。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] 1930年代後半、イギリスの航空機設計者レスリー・エヴァレット・ベインズは、別のティルトローター航空機であるベインズ・ヘリプレーンの特許を取得した。1941年、ドイツの設計者ハインリヒ・フォッケは、垂直離陸のために下方に傾斜する2つのローターを備えたフォッケ・アハゲリスFa 269の開発を開始したが、戦時中の爆撃により開発は中止された。[ 10 ]

1951年5月、ロッキード社とコンベア社は、2機の実験用VTOL戦闘機の設計、製造、試験を行う契約を獲得した。ロッキード社はXFVを、コンベア社はコンベアXFY Pogoを製造した。両実験プログラムは飛行段階に進み、1954年から1955年にかけて試験飛行を完了したが、契約はキャンセルされた。[ 11 ]同様に、ライアンX-13バーティジェットも1955年から1957年にかけて一連の試験飛行を行ったが、同じ運命を辿った。[ 12 ]
1962年、ロッキード社はアメリカ陸軍向けにXV-4ハミングバードを製造した。この機は、エンジンの排気を胴体のエジェクターポンプに噴射することで、利用可能な推力を「増強」しようとした。1963年に初めて垂直飛行したが、1964年に致命的な墜落事故に遭った。この機は、ヤコブレフ Yak-38「フォージャー」で使用されていたものと同様の、独立した垂直搭載リフトエンジンのテストベッドとして、アメリカ空軍向けにXV-4Bハミングバードに改造された。この機は飛行したが、1969年に墜落した。 [ 13 ]ハミングバードと同時期にアメリカ陸軍向けに製造されたライアンXV-5 バーティファンは、ガス駆動リフトファンの実験であった。この機は機首と両翼にファンを搭載し、上げるとゴミ箱の蓋の半分のようなドアで覆われていた。しかし、この飛行機は2度墜落し、期待したほどの揚力が得られず、水平飛行への移行が困難でした。
ロックウェル・インターナショナル社は、垂直飛行用のエジェクターポンプを作るためにブラインドのように開く珍しい主翼を持つロックウェル XFV-12超音速戦闘機を製造し、その後放棄した。20,000 lbfの推力を発生したが、離陸するのに十分な揚力を発生しなかった。フランスは、少なくとも 8 基のリフト エンジンを搭載し、公称マッハ 2のダッソー ミラージュ IIIV を飛行 (および墜落) したが、戦闘任務に必要な燃料やペイロードを搭載するスペースがなかった。ドイツのEWR VJ 101は、胴体搭載リフト エンジンと共に翼端に搭載された旋回エンジンを使用し、VJ 101C X1 は 1964 年 7 月 29 日に超音速飛行 (マッハ 1.08) を達成した。NATO での使用を巡ってミラージュ IIIV と競合した超音速機ホーカー シドレー P.1154 は、航空機の製造中にキャンセルされた。

NASAは、ベルXV-15研究機(1977年)などのVTOL機を飛行させており、ソ連海軍とドイツ空軍も同様の実験を行った。シコルスキーは、ヘリコプターのように離陸するX-Wingと呼ばれる機体を試験した。ローターは飛行中に固定され、翼として機能し、静止翼に加えて揚力を生み出す。ボーイングX-50は、同様のコンセプトを採用したカナード・ローター/ウィングの試作機である。[ 14 ]

イギリスの別のVTOLプロジェクトはジャイロダインであった。これは、離着陸時にはローターが駆動し、飛行中はフリーホイールとなり、別の推進エンジンが前方への推力を提供する。フェアリー ジャイロダインから始まったこのタイプの航空機は、後にはるかに大型の双発フェアリー ロトダインへと進化した。ロトダインでは、離着陸時にはチップジェットを使用してローターを駆動していたが、その後、推進力を得るために2つのネイピア エランドターボプロップを使用して、大きな翼に取り付けられた従来のプロペラを駆動し、水平飛行中に翼がローターの負荷を軽減する役割を果たした。ロトダインは、巡航時の固定翼航空機の効率とヘリコプターのVTOL機能を組み合わせて、市内中心部から空港までの短距離航空機サービスを提供するために開発された。


CL -84ダイナバートは、カナダのV/STOLタービンティルト翼単葉機で、1964年から1972年にかけてカナディア社によって設計・製造された。カナダ政府は1968年にCL-84の改良型3機を軍事評価用に発注し、CL-84-1と命名した。1972年から1974年にかけて、この型は米国の航空母艦USSグアムとUSSグアダルカナル、そして他の様々なセンターで実証・評価された。[ 15 ]これらの試験には、米国、英国、カナダの軍パイロットが参加した。試験中にCL-84のうち2機が機械的な故障で墜落したが、これらの事故による死者は出なかった。生産契約には至らなかった。[ 16 ]
1940年代半ばのフォッケ・アハゲリスFa 269や1950年代の宇宙航空技術センター(Centro Técnico Aeroespacial)の「コンバーチプラノ」といったティルトローター機は試験段階やモックアップ段階に達していたものの、ベル・ボーイングV-22オスプレイは世界初の量産ティルトローター機と考えられている。オスプレイは、両翼端に3枚羽根のプロペラ機、ターボプロップエンジン、トランスミッションナセルを搭載している。オスプレイは、垂直離着陸(VTOL)と短距離離着陸(STOL )の両方の能力を備えた多用途機である。ターボプロップ機の長距離・高速巡航性能を備え、従来のヘリコプターのような任務を遂行できる設計となっている。FAA(連邦航空局)はオスプレイを動力揚力機に分類している。[ 17 ]
1960年代には、VTOL機能を備えた商用旅客機の開発が試みられました。ホーカー・シドレーの都市間垂直離着陸機(インターシティ・バーティカル・リフト)は、両側に2列の揚力ファンを備えていました。しかし、これらの機体は重量が重く、運用コストが高すぎるという理由で却下され、生産には至りませんでした。[ 18 ] [ 19 ]
1983年、国防高等研究計画局(DARPA)は、アメリカ海兵隊とイギリス海軍向けにハリアーの後継機となる超音速STOVL戦闘機(SSF)を開発する改良型STOVL(ASTOVL)プログラムを開始した。ASTOVLでは複数の推進方式が検討され、様々な請負業者に研究開発が割り当てられていた。これらには、ロッキード社のシャフト駆動リフトファン(SDLF)があり、これは主エンジンの低圧スプールに連結されクラッチで連結されたシャフトで駆動される前方リフトファンを備えていた。ノースロップ(後のノースロップ・グラマン)のリフト・プラス・リフト/クルーズ(LPLC)は主エンジンの横に専用のリフトエンジンを備えていた。マクドネル・ダグラス社のガス駆動リフトファン(GDLF)は主エンジンのブリードエアを使ってリフトファンを駆動していた。すべての方式に主エンジン用の後部偏向ノズルが備えられていた。[ 20 ]
ASTOVLは、共通低価格軽量戦闘機(CALF)プログラムの下で継続され、最終的には統合打撃戦闘機プログラムの一部となった。SDLFを搭載したロッキード・マーティンX-35Bは、最終的に2001年に本格的な開発に選定され、運用可能な量産機はF135-PW-600エンジンを搭載したF-35Bとなった。NASAは超音速短距離離陸/垂直着陸(SSTOVL)の略称を使用しており[ 21 ]、2012年現在、X-35B/F-35Bは1回の飛行でこの組み合わせに適合する唯一の航空機である[ 22 ] [ 23 ] 。
2018年、オープナーエアロは電動固定翼VTOL機「ブラックフライ」を披露した。メーカーによれば、世界初の超軽量固定翼全電動VTOL機だという。[ 24 ]

21世紀に入り、無人ドローンはますます普及しつつあります。特にクアッドコプター型は、VTOL機能を備えているものが多くあります。[ 25 ]

1947年、アメリカ海軍はテールシッター設計のライアンX-13バーティジェットを発注しました。海軍は1948年に、従来型艦艇の後部甲板に搭載するプラットフォーム上で垂直離着陸(VTOL)が可能な航空機の提案を行いました。コンベアとロッキードの両社がこの契約を競いましたが、1950年に要件が改訂され、最終的にはVTOL搭載の艦載船団護衛戦闘機へと発展可能な研究機が求められるようになりました。
1958年末、フランスのSNECMA Coléoptère(テールシッター環状翼設計)が初飛行を果たしました。しかし、唯一の試作機は1959年の9回目の飛行で破壊され、2機目の試作機を開発するための資金は調達されませんでした。

VTOLへのもう一つのより影響力のある初期の機能的貢献は、 1953年のロールスロイス社の推力測定装置(「空飛ぶベッドステッド」)でした。これが、最初の英国VTOL航空機であるショートSC.1 (1957年、ショート・ブラザーズとハーランド、ベルファスト)で使用された最初のVTOLエンジンにつながりました。この航空機は、前方推力用の水平エンジン1つを含む4つの垂直リフトエンジンを使用していました。

ショートSC.1は、英国初の固定翼VTOL機でした。SC.1は、VTOL飛行における問題点と前進飛行への移行に関する研究を目的として設計されました。SC.1は、1953年9月に英国補給省(MoS)が発行した垂直離陸研究機の入札依頼(ER.143T)を満たすために設計されました。設計はMoSに承認され、1954年10月15日付の仕様ER.143Dを満たす2機(XG900とXG905)の契約が締結されました。SC.1はまた、VTOL機としては初の「フライ・バイ・ワイヤ」操縦システムを搭載していました。これにより、空力面またはノズル制御の3つのモードが可能になりました。
リパブリック・アビエーションAP-100はアレクサンダー・カルトヴェリが設計した、VTOL 6xゼネラル・エレクトリックJ85ターボジェットエンジン搭載の核兵器搭載可能な攻撃戦闘機のプロトタイプコンセプトであり、 TFXプログラムの候補として胴体中央と尾部に3つのダクテッドファンを備えていた。[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]もう一つの設計は可変翼を使用したA400 AVSだったが、複雑すぎると判明した。しかし、これはAFVGの開発につながり、今度はパナビア・トーネードの開発を助けた。
ヤコブレフYak-38は、ソ連海軍の軽空母、貨物船、主力艦に搭載されることを目的としたVTOL機でした。1970年代にヤコブレフYak-36実験機をベースに開発されました。ソ連崩壊前に、Yak-38の後継機として超音速VTOL機であるYak-141が開発されましたが、生産には至りませんでした。[ 29 ]


1960年代から1970年代初頭にかけて、ドイツは3種類のVTOL機を計画した。そのうちの1機はロッキードF-104スターファイターをベースとしてV/STOL機の研究に使用された。2つのモデル(X1とX2)が製造されたものの、高コストと政治的問題、そしてドイツ空軍とNATOの要求の変化により、プロジェクトは中止された。EWR VJ 101 Cは60年代半ばから後半にかけて、自由VTOL離着陸とマッハ1を超える試験飛行を実施した。試験機のうち1機はドイツのミュンヘンにあるドイツ博物館に、もう1機はフリードリヒスハーフェン空港の外に保存されている。他の2機は、VFW-フォッカーVAK 191B軽戦闘機兼偵察機とドルニエDo 31 E-3(兵員輸送機)であった。[ 30 ]
LLRVはアポロ月着陸船の宇宙船シミュレーターでした。 [ 31 ]これは、月面着陸に反動エンジンに頼らなければならなかった 月探査モジュール(LEM)の飛行特性を模倣するように設計されました。
同じエンジンを垂直飛行と水平飛行に使用して推力の経路を変えるというアイデアは、ミシェル・ウィボーが考案した。[ 32 ]これは、4つの回転ノズルを使用して様々な角度に推力を向けるブリストル・シドレー・ペガサスエンジンにつながった。 [ 33 ]これは、ホーカーP.1127という機体と並行して開発され、その後ケストレルとなり、さらにホーカー・シドレー・ハリアーとして生産に入ったが、超音速のホーカー・シドレーP.1154は1965年にキャンセルされた。フランスは、P.1154に対抗して、マッハ1に到達できるダッソー・ミラージュIIIのバージョンを開発していた。ダッソー・ミラージュIIIVは、1966年3月に垂直飛行から水平飛行への移行を達成し、その後まもなく水平飛行でマッハ1.3に達した。
ハリアーは通常STOVLモードで飛行し、これにより一定距離に多くの燃料や兵装を搭載することができます。[ 5 ] V/STOLモードでは、機体は滑走路に沿って水平に移動し、垂直推力を利用して離陸します。これにより、推力だけでなく空力揚力も得られ、より重い荷物を積載した状態での離陸が可能になり、より効率的です。着陸時には、推進剤の重量が減るため機体が大幅に軽量化され、制御された垂直着陸が可能になります。海軍空母におけるハリアーのSTOL運用の重要な特徴は、前部デッキが「スキージャンプ」のように高くなっていることです。これにより、離陸時に機体に垂直方向の運動量が追加されます。[ 34 ]
1981年3月の『ポピュラーサイエンス』の表紙には、「ティルトエンジンV/STOL機 - 飛行機のように高速で飛行し、ヘリコプターのように着陸する」という特集記事が掲載され、3つのイラストが掲載されました。[ 35 ] 2006年4月号には続編が掲載され、「初期の飛行機/ヘリコプターを悩ませていた燃料消費と安定性の問題」について触れています。[ 36 ]
2006年にイギリス海軍から退役したが、[ 37 ]インド海軍は2016年までシーハリアーを運用し続け、 [ 38 ]主に空母INS ヴィラートから運用した。ハリアーの最新型であるBAEハリアーIIは、イギリス空軍とイギリス海軍で運用された後、2010年12月に退役した。アメリカ海兵隊、イタリア海軍、スペイン海軍は、いずれもアメリカとイギリスの派生型であるAV-8BハリアーIIを引き続き使用している。アメリカとイギリスの空軍でハリアーII/AV-8Bの後継機となっているのは、ロッキード・マーティンF-35ライトニングIIのSTOVL派生型であるF-35Bである。[ 39 ]
SpaceXは、再使用型打ち上げシステム開発プログラムのさまざまな低高度、低速度工学的側面を検証するため、ファルコン9のプロトタイプをいくつか開発した。[ 40 ]最初のプロトタイプであるグラスホッパーは、2012年から2013年にかけて8回のテスト飛行に成功した。 [ 41 ] 2013年10月7日には8回目で最後のテスト飛行が行われ、高度744メートル(2,441フィート)まで飛行した後、8回目のVTVL着陸に成功した。[ 42 ] [ 43 ]これはグラスホッパーリグの最後の予定テストであり、次はテキサス州でのファルコン9再使用型(F9R)開発車両の低高度テスト、続いてニューメキシコ州での高高度テストの予定である。
2015年11月23日、ブルーオリジンのニューシェパードブースターロケットは、無人弾道試験飛行で宇宙に到達した後、初の垂直着陸に成功しました。[ 44 ] 2015年12月21日、スペースXのファルコン9第1段は、ファルコン9フライト20で11基の商用衛星を地球低軌道に打ち上げ、着陸に成功しました。[ 45 ]これらの実証により、宇宙飛行コストの大幅な削減への道が開かれました。
これは部分的なリストです。V/STOL 航空機には多くの設計があります。
多くの航空機が提案され、製造され、いくつかはテストされていますが、F-35Bは2016年に就航し、運用サービスに到達した最初で唯一の超音速V / STOL航空機です。[ 46 ]
はマクレガーに半エーカーのコンクリート製発射施設を建設しており、昆虫のような銀色の着陸脚4本を装備したグラスホッパーロケットはすでに発射台に着陸している。
動画:グラスホッパー、過去最高高度744メートル(2441フィート)をテキサスの空へ飛行。