スペリーS-1は第二次世界大戦中にアメリカ陸軍航空隊とイギリス空軍（RAF）で使用された爆撃照準器である。より有名なノルデン爆撃照準器と概念的に類似しているが、S-1はタコメトリック原理を用いて対地速度と方向を迅速かつ正確に測定し、旧設計（長時間の飛行手順を用いて推定することしかできなかった）よりも高い精度を提供した。S-1はノルデンよりも物理的に複雑ではなく、戦闘中の調整も容易で、ノルデンのような長時間の安定装置設置手順を必要としなかった。しかし、重量は75ポンド（34kg）と2倍以上あり、試験では精度が劣ることが判明した。
S-1は、主に陸軍がノルデン照準器を十分に入手できないという問題に対処するために導入されました。ノルデン照準器の製造はアメリカ海軍によって管理されていました。海軍はまた、イギリス空軍（RAF）の上層部からの圧力にもかかわらず、爆撃機への搭載を強く求めていました。海軍はS-1の製造を管理していなかったため、RAFが陸軍からB-24リベレーター（LB-30として）を購入した際には、S-1を装備していました。この結果、陸軍のB-24にもS-1が使用され、ノルデン照準器はB-17フライングフォートレスに搭載されました。
スペリーが初めて実戦投入されたのはイギリス空軍で、彼らはリベレーターを高高度攻撃に使用しようと試みました。ノルデンと同様に、S-1も当初期待されていたほど実戦能力に恵まれませんでした。爆撃精度はアメリカでの試験では約100フィート（約30メートル）でしたが、S-1は1,000フィート（約300メートル）程度にとどまりました。この経験から、イギリス空軍は高高度爆撃の構想を断念し、専用のマークXIV爆撃照準器を用いて夜間爆撃部隊にほぼ全面的に焦点を絞るようになりました。
ノルデンの供給が改善されるにつれ、S-1は最終的に余剰となり、1943年に製造が終了しました。終戦までに約5,000機が納入されました。S-1の永続的な貢献の一つは、付属のA-5自動操縦システムです。このシステムは極めて高い適応性を示し、戦後の多くの設計の基礎となりました。
歴史
以前の取り組み
スペリー・ジャイロスコープ社は1909年の創業以来、人工水平儀や艦艇用砲水平照準装置などのジャイロスコープ製品を製造してきました。1914年には、航空機の操縦中や風に吹かれても照準を容易にするため、スタビライザーの一つを爆撃照準器に取り付けました。これがきっかけとなり、1920年代から30年代にかけて、より洗練された設計が次々と生み出され、1933年にはモデルO-1が完成しました。[1]これはタコメトリック式爆撃照準器の初期の製品の一つであり、対応するノルデンXVは1930年に発売されました。[2]
陸軍は試験の結果、ノルデンが多くの点で優れていると結論付けた。整備性、操作性、そして全般的に精度が優れていた。1934年、陸軍はノルデンを標準装備と定め、O-1は購入されなかった。しかし、これには複雑な事情があった。ノルデンはPBYのような低速・低空飛行の海軍機向けに設計されていた。[3]はるかに高い高度と速度で飛行するB-17では、目標が投下地点を通過する前に照準を合わせる時間を確保できるほど、望遠鏡で目標を十分先に捕捉することが困難だった。[1]このため、爆撃手たちはノルデンが新型機に対応できるよう設計を修正するのを待つ間、データを「ごまかす」必要があった。[4]
1年後、ノルデン社はオリジナルのマークXVの納入に困難を抱えていることが明らかになりました。ましてや陸軍向けの改良型となるとなおさらです。1936年1月、海軍は自国の需要を満たすまで陸軍への供給を全面的に停止しました。陸軍はスペリー社に対し、速度と高度の向上という同じ要求を再度持ちかけましたが、旧型のO-1ではこれらを満たすことができませんでした。その結果、改良型S-1が誕生しました。[4]
S-1
1937年、スペリー社はオーランド・エスヴァル設計の新型ジャイロスコープを発表しました。このジャイロスコープは従来の設計の約2倍の重量で、誘導モーターを用いて回転速度を30,000rpm（ノルデン機の約7,800rpmを大幅に上回る）まで引き上げました。これによりジャイロスコープは大幅に安定性が向上しました。また、この高速化により、ノルデン機で問題となりドリフトの原因となっていたジャイロスコープの歳差運動も解消されました。カール・フリッシェは、ジャイロスコープを自動的に水平調整するシステムという新たな革新をもたらしました。ノルデン機ではこの作業は手動で行われ、最大8分もかかることがありました。これらの機能により、機体の操縦中の操作性が大幅に向上しました。[5]
この新設計の大きな欠点は、誘導モーターに交流電源が必要だったことです。当時のほとんどの計器（そして今日の多くの計器も）は、風が当たらない胴体の部分に穴を開けて真空状態を作り、その真空状態を利用してジャイロの外縁に空気を引き込むことで、気流によって駆動していました。S-1に電力を供給するには新たな電源が必要となり、陸軍はいくつかの実験を経て、400Hzの設計を標準化することを決定しました。この周波数で作業しやすくするため、S-1ではジャイロの回転速度を24,000rpmに落としました。[5]
1940年までに、ノルデンはB-17に搭載され、S-1はB-24Eに供給されていました。これにはレンドリース計画に基づいてイギリス空軍に供給された多数の航空機が含まれていましたが、余剰のO-1は低速機としてイギリス空軍にも供給されました。これらの最初の実戦投入は1941年4月30日、イギリス空軍沿岸司令部のロッキード・ハドソンがO-1を使用して小型ドイツ艦船を爆撃し、高度8,000フィートから艦尾に数発の爆弾を着弾させました。[5] 9月、イギリス空軍はブレーメン空襲でS-1/A-5の組み合わせを初めて使用しました。[1]
オートパイロット接続
ノルデンの試験において、爆撃照準器の精度は、パイロットが機体を所定の方向に維持する能力を超えていることが判明しました。そこでノルデンは、爆撃照準器の方向と機体の方向を比較し、ずれがあれば機体の方向舵に信号を送る、単純な機首方位のみの自動操縦装置「安定爆撃進入装置」を開発しました。この装置は正常に動作しましたが、設計上の問題がいくつかあり、特定の条件下で振動を引き起こしました。[5]
スペリー社は当時、自動操縦技術の世界的リーダーであり、1914年に最初の実用的な試作機を、1920年代には世界初の商用自動操縦装置であるA-1を発表していた。1930年代までにA-2型へと改良され、試験的にO-1爆撃照準器と接続されたものの、結果には満足できなかった。[1] 1930年代後半には、納入されたB-17の一部に最新のA-3型が搭載された。これはノルデンの設計に概ね類似していたが、爆撃照準器との接続はなかった。[5]
ノルデンよりも高い精度を約束したS-1の導入に伴い、スペリーは照準器の性能に匹敵する自動操縦装置の開発に着手した。これが、世界初の全電子式自動操縦装置A-5の誕生につながった。A-5は、ピッチ、ヨー、ロールそれぞれに2管式アンプを3つ搭載した。S-1のヨージャイロと同様にジャイロからの信号を増幅するが、その増幅は3方向で行われるため、世界初の3軸自動操縦装置でもあった。これにより、目標軌道と実際の軌道の差だけでなく、加速度も計算できるようになり、加速度を増幅してサーボに送り込み、機体の舵面を操作した。これにより不要な動きや振動を抑制し、性能を大幅に向上させた。[5]
結果として得られた設計は非常に優れていたため、1941年6月17日、陸軍はニューヨーク州グレートネックに186,000平方メートル（2,000,000平方フィート）の工場を建設することを承認し、S-1とA-5を製造した。IBMとナショナル・キャッシュ・レジスターにも追加の組立ラインが設置された。[6]また、陸軍はノルデンに対し、自社のシステムをノルデンのSBAEではなくA-5で使用できるように改造するよう指示した。[7]ノルデンはこれを拒否した。1942年2月、陸軍はハネウェルと契約を結び、SBAEジャイロとA-5の増幅器を組み合わせた新型自動操縦装置C-1を開発した。[6]
生産終了
スペリーの軍事販売担当マネージャー、フレッド・ボーズは、空軍のフランク・マクスウェル・アンドリュース少将と緊密な協力関係を築いていました。1942年4月、ボーズはソルトレイクシティ近郊での飛行機墜落事故で亡くなり、1943年初頭にはアンドリュース少将もアイスランド近郊での墜落事故で亡くなりました。これにより、スペリーは2人の主要支持者を失いました。さらに、戦前にスペリーがジャイロスコープ製品の一部のライセンスを日本に販売していたため、海軍はスペリーに憤慨していました。フリッシェはこの失敗を「事実上、不忠誠を誓った」と振り返っています。[6]
1943年5月までに、海軍はノルデンが余剰になっていることに気づき、ほぼ全量を航空隊に引き渡すことを申し出た。1940年から1942年にかけて繰り返し行われた試験の結果、陸軍はノルデンが「操作性、精度、整備性において優れている」と結論付けた。[3]これは現場からの報告とは矛盾していた。爆撃手は概してS-1の方が、特に高高度において精度が高いと報告していた。[1]
1943年8月4日、GHQ空軍航空参謀長バーニー・M・ジャイルズ将軍は、陸軍にノルデン照準器の標準化を提案した。翌週、ダベンポート・ジョンソン少将はS-1照準器はノルデン照準器ほど精度が高くないと述べ、S-1の調達を直ちに中止するよう勧告した。[6] 11月22日、エドウィン・S・ペリン准将はS-1とA-5の生産中止命令を出した。この時点ではS-1照準器の余剰は依然として極秘であったため、解体され、2,600個の照準器が破壊された。一方、マニュアルと残りのA-5は保管された。[6]
S-1の訓練は1944年まで続けられ、爆撃手はシステムを用いて25発の爆弾を投下することが求められた。[1]推定値は様々であるが、多くの文献では合計約5,000機が製造されたとされている。ただし、これに破壊された残存機が含まれているかどうかは不明である。[6]
説明
S-1は大きな金属製の立方体で、照準望遠鏡がケース上部から突き出ていました。[1]これは、2つのパーツで構成され、全体的に扱いにくいノルデンとは対照的です。ノルデンに比べてS-1は大きく重く、照準器の重量は約75ポンド（34kg）で、35ポンド（16kg）のノルデンの2倍以上でした。[3]
使用時には、システムが起動し、ジャイロが回転する。作動速度に達すると、爆撃手は水平調整システムのクラッチを解除する。これにより、水平ジャイロが素早く水平調整され、システムの使用準備が整う。目標への接近中、爆撃手は地上の物体（通常は目標が視認可能な場合はその物体）を選択し、風速と風向の推定値を入力する。次に、方向制御ノブを使用して照準器を選択した物体に合わせ、追尾システムを起動する。これにより、推定値が正しければ、爆撃照準望遠鏡は、その物体の視認可能な動きを正確に打ち消す角速度で後方および横方向に移動し始める。[6]
推定が正確であることは稀で、最初の視界では物体が照準器内で漂うように映っていた。そこで爆撃手は、垂直方向と水平方向の2つのドリフト率調整つまみを使って望遠鏡の動きを調整し、物体の動きを止めた。これにより、風速と風向、そして船舶の場合は目標の動きを非常に正確に測定できた。S-1の利点の一つは、2つの操作部がケースの反対側に配置されていたため、爆撃手は手を動かさずに両方の操作部を調整できたことである。ノルデンは操作部がすべて右側面に配置されていたため、照準器を覗きながらダイヤルを切り替えようとした際に、間違ったダイヤルを動かしてしまうことも珍しくなかった。[1]
機体の動きをゼロにした後、機体を投下地点上空を通過する経路に誘導する必要がありました。これはA-5自動操縦装置によって自動的に行われ、 A-5を搭載していない機体の場合はパイロット方向指示器を使用して行われました。機体が目的の方向に旋回すると、望遠鏡は地上の別の場所を指し示すため、爆撃手は方向指示器を調整して補正する必要があります。機体は元のドリフトの一部を相殺するように飛行するため、ドリフト率も減少します。このような調整を繰り返すことで、最終的には風を正確に相殺する正しいコースを飛行し、残留ドリフトはなくなります。[5]
ドリフトがキャンセルされたからといって、航空機が目標の上空を通過するわけではありません。正しい経路と平行に飛行している場合はドリフトもゼロになるからです。正しい経路と現在の経路の差は望遠鏡の水平角の値であり、これもゼロにする必要があります。これを解決するために、初期の修正中に航空機は必要以上に旋回するため、ドリフトがキャンセルされるだけでなく、さらに進んで航空機を正しい線に戻そうとします。航空機と目標間の水平角が減少するにつれて、旋回の角度も減少し、最終的に航空機は正しい線上を飛行します。[5]
最終的に、ドリフトと軌道が正しく設定された後、爆撃手は投下後に爆弾が風に吹かれて横に流される影響を考慮する必要がありました。これはクロストレイルダイヤルを用いて行われました。このダイヤルは照準器全体を左右にわずかに傾けます。その後、航空機は最初に正しい線上に照準器を置いたときと同じように、照準器を目標上に戻すように操縦します。この最後のステップは、別途クロストレイル調整機能を持たないノルデンでは自動的に処理されました。[5]
ノルデンと同様に、S-1は各種入力ダイヤルに基づいて適切なタイミングで自動的に爆弾を投下した。ノルデンとは異なり、初期のモデルには残り時間を容易に確認できる表示はなかった。代わりに、爆弾投下直前に小さな黒い表示器が照準望遠鏡の視野内に切り替わった。後期型のモデルでは、ケース上部に2つの長い直線状の「接線目盛り」表示が追加され、投下タイミングを一目で確認できるようになった。右側面の起爆ボタンは、ボタンがケースに押し付けられていない場合に爆弾が投下されるのを防ぐためのものだった。これにより、爆撃手が地上の何かを使って準備作業を行い、電源を切り忘れた場合にも爆弾が投下されることが防がれた。[5]
参考文献
引用
- ^ abcdefgh セントジョン 1998、23ページ。
- ^ シャーマン 1995.
- ^ abc Harder 2015、23ページ。
- ^ ab Searle 1989、61ページ。
- ^ abcdefghij サール、1989 年、p. 62.
- ^ abcdefg サール 1989、63ページ。
- ^ サール 1989、4ページ。
参考文献
- サール、ロイド（1989年9月）「爆撃照準器戦争：ノルデン対スペリー」（PDF） IEEE Spectrum 26 ( 9): 60– 64. Bibcode :1989IEEES..26i..60S. doi :10.1109/6.90187.
- セント・ジョン、フィリップ（1998年）『第二次世界大戦の爆撃機』ターナー出版社、ISBN 9781563113383。
- ハーダー、ロバート（2015年）『陸軍航空軍の三銃士』海軍研究所出版。ISBN 978-1-61251-903-6。
- シャーマン、ドン（1995年2月～3月）「秘密兵器」『エア・アンド・スペース・マガジン』
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外部リンク
- Sperry S-1 爆撃照準器 - 原理、爆撃照準器の問題を説明するオリジナルのトレーニング フィルム。
- Sperry S-1 操作 - 原理、S-1 の操作を説明するオリジナルのトレーニング フィルム。
- Sperry 爆撃照準器チュートリアルには、S-1 の操作に関する詳細な情報が記載されています。
