拘束装置

2002年、F -14トムキャットがUSS セオドア・ルーズベルト （CVN-71）の飛行甲板に着陸着艦装置を取り付け降下する。

着艦拘束装置（アレスティング ギア、またはアレスター ギア）は、着陸時に航空機を急速に減速させる機械システムです。航空母艦の着艦拘束装置は海軍航空隊の必須コンポーネントであり、CATOBARおよびSTOBAR航空母艦で最も一般的に使用されています。同様のシステムは、遠征または緊急使用のために陸上飛行場にも見られます。一般的なシステムは、航空機のテールフックでキャッチされるように設計された、航空機着陸エリアを横切って敷設された数本の鋼製ワイヤー ロープで構成されています。通常の着艦拘束中、テールフックがワイヤーに噛み合い、航空機の運動エネルギーが空母デッキの下に取り付けられた油圧減衰システムに伝達されます。航空機の翼または着陸装置をキャッチするためにネットを使用する他の関連システムもあります。これらのバリケードおよびバリアシステムは、操作可能なテールフックのない航空機の緊急着艦拘束にのみ使用されます。

歴史

1930年代初頭、イギリス空母フューリアスに着陸するフェアリーIII-F機。飛行甲板上に着艦装置ワイヤーが 見える。

アレスティングケーブルシステムはヒュー・ロビンソンによって発明され、ユージン・イーリーが1911年1月18日に装甲巡洋艦ペンシルベニア に初めて上陸した際に使用されました。この初期のシステムでは、ケーブルは滑車に通され、土嚢などの重りに固定されていました。より近代的なアレスティングケーブルは、1931年6月にC.C.ミッチェル中佐によって設計されたHMS カレイジャスで試験されました。^{[ 1 ]}

現代のアメリカ海軍の航空母艦には、マーク7 Mod 3アレスティングギアが搭載されており、50,000ポンド (23 t)の航空機を130ノット (240 km/h、150 mph) の交戦速度で、344フィート (105 m) の距離を2秒以内に回収する能力があります。^{[ 2 ] : 52} このシステムは、ケーブルの最大ランアウト時に理論上の最大エネルギー4750万フィートポンド (64.4 MJ) を吸収するように設計されている。

角度付き飛行甲板が導入される前は、着陸機が飛行甲板のさらに前方に駐機している航空機に衝突するのを防ぐために、デッキケーブルに加えて、バリアとバリケードという2つのシステムが使用されていました。航空機のテールフックがワイヤーに引っかからなかった場合、着陸装置はバリアと呼ばれる高さ3～4フィート（0.9～1.2メートル）のネットに引っ掛かります。着陸時に航空機がワイヤーに引っかかった場合、バリアはすぐに降ろされ、航空機がワイヤーを越えて地上走行できるようになります。最後の安全網はバリケードで、高さ15フィート（5メートル）の大きなネットで、着陸機が船首に駐機している他の航空機に衝突するのを防いでいました。バリアは現在では使用されていませんが、地上のアレスティングギアは「バリア」と呼ばれることがあります。バリケードは今でも空母で使用されていますが、緊急時にのみ設置されて使用されます。

手術

航空機の前輪が通過した数ミリ秒後にクロスデッキペンダントが開く。アーチ状の支柱はリーフスプリングで、ペンダントをフライトデッキから持ち上げる。

通常の着陸停止は、着陸しようとする航空機のアレスティング フックがデッキ ペンダントの 1 つに係合することで実現します。^{[ 3 ]}着陸機がデッキ ペンダントに係合すると、着陸機の前進運動の力がパーチェス ケーブルに伝達されます。パーチェス ケーブルは滑車を経由して、飛行甲板の下または滑走路の両側にある機械室にあるアレスティング エンジンに送られます。着陸停止する航空機によってデッキ ペンダントとパーチェス ケーブルが引き出されると、航空機の運動エネルギーがケーブルの機械エネルギーに変換され、アレスティング エンジンがケーブルの機械エネルギーを油圧エネルギーに変換します。この古典的な油圧停止システムは現在、エネルギー吸収がターボ電気エンジンによって制御される電磁力を使用するシステムに取って代わられています。アレスティング エンジンは、着陸する航空機を滑らかに制御して停止させます。着陸停止が完了すると、航空機のアレスティング フックがデッキ ペンダントから外れ、デッキ ペンダントが通常の位置に格納されます。

海上システム

グラマンA-6 イントルーダーが第 3 ワイヤーをキャッチしようとしている。

現代の空母は、着陸エリア全体に3本または4本のアレスティング ケーブルを敷設しているのが一般的です。ニミッツ級のアメリカ空母はすべて、エンタープライズと共に4本のケーブルを備えていますが、ロナルド レーガンと ジョージHW ブッシュは例外で、この2隻には3本しかありません。^{[ 4 ]}ジェラルド R. フォード級空母も3本のケーブルを装備します。パイロットは、着陸の手前でのリスクを減らすため、3線構成の場合は2本目のケーブル、4線構成の場合は3本目のケーブルを狙います。空母に着陸しようとする航空機は、約85%の全スロットルで着陸します。着陸時に、パイロットはスロットルを軍用 (MIL) 出力まで進めます。F /A-18E/F スーパー ホーネットおよびEA-18G グラウラー航空機では、アレスティングが成功したことが検出されると、航空機は自動的にエンジン推力を70% に減らします。航空機がアレスティングケーブルを捕捉できなかった場合（「ボルター」と呼ばれる状態）、航空機は角度のついた操縦甲板を下り続け、再び飛行するのに十分なパワーを持っています。アレスティング装置が航空機を停止させたら、パイロットはスロットルをアイドルに戻し、フックを上げてタキシングして離陸します。

アメリカの CVN (原子力航空母艦)に加えて、フランスのシャルル・ド・ゴール、ロシアのアドミラル・クズネツォフ、中国の遼寧、山東、福建、インドのヴィクラマーディティヤ、ヴィクラントにも、着艦拘束装置が搭載されている現役または将来就役予定の航空母艦があります。

陸上システム

米海兵隊が陸上アレスティングシステム用のアレスティングエンジンの整備に取り組んでいる。背景にナイロンテープ用のリールがあるのがわかる。

戦闘機やジェット練習機を運用する陸上軍用飛行場でもアレスティング・ギア・システムを使用していますが、すべての着陸に必須というわけではありません。アレスティング・ギアは、短い滑走路や臨時滑走路への着陸時、あるいはブレーキの故障、操舵トラブル、その他滑走路全長の使用が不可能または安全でない状況など、緊急事態が発生した場合に使用されます。陸上のアレスティング・ギア・システムには、常設型、緊急用、オーバーラン型の3つの基本的なタイプがあります。

F -16が現場で逮捕する。

戦闘機やジェット練習機が運用されているほぼすべての米軍飛行場には、常設システムが設置されています。緊急用システムは常設システムに類似しており、短距離滑走路や臨時滑走路への着陸に使用されます。緊急用システムは、わずか数時間で設置または撤去できるように設計されています。

フックケーブルまたは伸縮性ネットで構成されるバリアと呼ばれるオーバーランギアは、バックアップシステムとして一般的に使用されています。バリアネットは航空機の翼と胴体を捉え、アレスティングエンジンまたはアンカーチェーンや織物素材の束などの他の方法を使用して航空機を減速させます。オーバーランエリアが短い一部の陸上飛行場では、エンジニアードマテリアルアレスターシステム（EMAS）と呼ばれる一連のコンクリートブロックが使用されています。これらの材料は航空機の着陸装置を捉え、転がり抵抗と摩擦によって減速するために使用されます。航空機は、ブロックを押しつぶすために必要なエネルギーの伝達によって停止します。他のタイプのアレスティングギアとは異なり、EMASはオーバーランエリアが通常許可されるよりも短い一部の民間空港でも使用されます。

軍用飛行場にバリアが初めて使用されたのは朝鮮戦争の時で、当時ジェット戦闘機は短距離の飛行場から運用しなければならず、ミスが許されませんでした。使用されたシステムは、直線甲板の空母で使用されていたデイビス・バリアを移植したもので、アレスティング・ワイヤーをすり抜けた航空機が着陸地点の前方に駐機している航空機に衝突するのを防ぐものでした。しかし、バリアに衝突した航空機を停止させるために空母で使用されているより複雑な油圧システムの代わりに、陸上のシステムでは、船舶の重いアンカーチェーンを使用して航空機を停止させました。^{[ 5 ]}

コンポーネント

新しいクロスデッキペンダントはコイル状になっており、すぐに取り付けられます。

典型的なアレスティングギアを構成する主要なシステムは、フックケーブルまたはペンダント、パーチェスケーブルまたはテープ、シーブ、アレスティングエンジンです。^{[ 6 ]}

クロスデッキペンダント

A ギア機構がリーフ スプリングに取って代わります。

アレスティングケーブルまたはワイヤーとも呼ばれるクロスデッキペンダントは、着陸エリアを横切って張られた柔軟な鋼製ケーブルで、接近する航空機のアレスティングフックに引っ掛かります。航空母艦では、3本または4本のケーブルがあり、後方から前方に向かって1～ 4の番号が付けられています。ペンダントは直径1.1mm のワイヤーロープで作られています。+1 ⁄ 4または1+3 ⁄ 8インチ（25、32、または35 mm）。各ワイヤーロープは、多数のストランドを油を塗った麻の中心芯に撚り合わせて作られています。麻は各ストランドに「クッション」として機能し、ケーブルの潤滑も行います。ケーブルの端部には、交換時に素早く取り外せるように設計されたターミナルカップリングが装備されており、迅速に取り外して交換できます（航空母艦では約2～3分）。 ^{[ 6 ]}アメリカの空母では、アレスティングケーブルは125回の着陸ごとに取り外して交換されます。 ^{[ 7 ]}航空機の回収時（他のオンラインシステムを使用）にアレスティング装置の他の部品のメンテナンスを行うため、個々のケーブルはしばしば取り外され、「剥がされた」状態のままにされます。ワイヤーサポートはデッキペンダントを数インチ持ち上げ、着陸する航空機のテールフックで持ち上げられるようにします。空母のワイヤーサポートは、湾曲した鋼板製のリーフスプリングで、航空機が取り付けられたデッキペンダントの上をタキシングできるように曲げることができます。陸上システムでは、直径6インチ（15cm）の「ドーナツ」型のゴム製支柱がケーブルを滑走路面から約3インチ（7.5cm）持ち上げます。 ^{[ 8 ]}

ケーブルまたはテープを購入する

パーチェスケーブルは、アレスティングケーブルと非常によく似たワイヤーロープです。しかし、はるかに長く、簡単に取り外せるようには設計されていません。アレスティングケーブル1本につきパーチェスケーブルが2本あり、アレスティングワイヤーの両端に接続されています。パーチェスケーブルはアレスティングワイヤーをアレスティングギアエンジンに接続し、アレスティングワイヤーが航空機に係合すると「繰り出されます」。着陸機がデッキペンダントに係合すると、パーチェスケーブルは着陸機の力をデッキギアからアレスティングエンジンに伝達します。ペンダント（アレスティングワイヤー）は、 1,000°F（540°C）に加熱した亜鉛でループ状に形成され、パーチェスケーブルに「かしめ」（接続）されます。この船上製造は危険とみなされており、米海軍はより安全に製造するために自動プレス機の使用を試験していると報告されています。^{[ 2 ] : 56 [ 6 ]}陸上システムでは、パーチェスケーブルの代わりに厚手のナイロンテープが使用されていますが、機能は同じです。

シーブ

操縦室または滑走路脇の滑車を通して着陸装置エンジンまで配線するケーブルまたはテープを購入してください。ダンパー滑車は油圧ショックアブソーバーとして機能し、着陸速度の向上に貢献します。

スプレー式逮捕装置

1957年、陸上空軍基地向けの安価な着艦装置として、水管を通してピストンを引くというコンセプトが初めて提案されました。^{[ 9 ]} 1960年代初頭、イギリスはこの基本コンセプトを採用し、陸海両用スプレー式着艦装置を開発しました。エンジンには水を満たしたパイプ内を移動する油圧シリンダーが備えられており、その横には様々な大きさの穴が開けられた細いパイプが設けられていました。イギリス海軍は、理論上の重量制限はないものの、速度制限があると主張しました。^{[ 10 ]}

アレスティングエンジン

F /A-18 ホーネットが4 番ワイヤーと噛み合っており、前景には白い格納式デッキ シーブが見えます。

各ペンダントには、着陸機の着陸停止時に発生するエネルギーを吸収・放出する独自のエンジンシステムが搭載されています。アメリカのニミッツ級空母では、それぞれ重量43ショートトン（39 トン）の油空圧システムが採用されており、油圧によって油圧がシリンダーから押し出され、着陸ケーブルに接続されたラムによって制御弁を通過します。^{[ 2 ] : 52 [ 6 ]}着陸停止装置における大きな進歩は、定常ランアウト制御弁です。この弁は、エンジンシリンダーからアキュムレーターへの流体の流れを制御し、質量や速度に関わらず、すべての航空機を同じランアウト量で停止させるように設計されています。航空機の重量は、各着陸停止装置のエンジンオペレーターによって設定されます。通常の操作では、簡略化のために「単一重量設定」が使用されます。この重量は通常、航空機の最大着陸重量、つまり「最大トラップ」重量です。場合によっては、航空機の故障により進入速度が影響を受けるため、「単一重量設定」が使用され、システムによる適切なエネルギー吸収が確保されます。操縦士は、主管制室の航空士官から機体の重量を指示されます。その後、操縦士は定常ランアウト制御弁をその機体に適した重量設定に設定します。アレスティングギアエンジンの圧力設定は約400psi（2,800kPa）の一定圧力に保たれます。定常ランアウト弁（CROV）は、油圧とは異なり、機体を停止させます。

常設および遠征用の陸上システムは、通常、滑走路の両側に設置された2基のアレスティングエンジンで構成されます。アレスティングエンジンは、ロープを巻いたリールにブレーキをかけ、航空機の速度を落として停止させます。陸上アレスティングエンジンでブレーキをかける最も一般的な方法は、回転摩擦ブレーキと回転油圧式（ウォーターツイスター）の2つです。回転摩擦ブレーキは、リールに連結された油圧ポンプで、リールに取り付けられた多板ブレーキに段階的な圧力をかけます。回転油圧式システムは、リールに連結された水/グリコールで満たされたハウジング内のタービンです。アレスティング中にタービンによって水/グリコール混合物に発生する乱流が抵抗となり、リールを減速させて航空機を停止させます。航空機がロープから解放されると、アレスティングエンジンに搭載された内燃機関または電動モーターによってロープとロープが巻き取られます。

アレスティング時の過度のランアウトは「ツーブロック」と呼ばれる状態です。この名称は海軍用語に由来し、すべてのラインが滑車システムを通って引き出され、2つの滑車ブロックが接触していることから「ツーブロック」と呼ばれます。過度のランアウトは、アレスティングギアの不適切な設定、航空機の総重量の超過、航空機のエンゲージメント速度の超過、またはアレスティング時に過剰な航空機推力がかかることによって引き起こされる可能性があります。また、オフセンター着陸もアレスティングギアを損傷する危険性があります。

高度着艦着陸システム

アメリカの航空母艦に搭載されている新型着艦拘束装置（AAG）システムでは、電磁石が使用されています。現在のシステム（上図）は、着陸機の減速と停止に油圧を利用しています。50年以上の運用実績からもわかるように、油圧システムは効果的ですが、AAGシステムには多くの改良点があります。現在のシステムでは、機体に極度のストレスがかかるため、無人航空機（UAV）を損傷することなく捕捉することができません。UAVには、重量のある有人航空機を捕捉するために使用される大型油圧ピストンを駆動するのに十分な質量がありません。電磁力を使用することで、エネルギー吸収はターボ電気エンジンによって制御されます。これにより捕捉がスムーズになり、機体への衝撃が軽減されます。操縦室からは従来のシステムと同じように見えますが、より柔軟で安全かつ信頼性が高く、メンテナンスや人員配置も少なくて済みます。^{[ 11 ]}このシステムはUSS ジェラルド・R・フォードで試験運用されており、ジェラルド・R・フォード級航空母艦すべてに搭載される予定である。

バリケード

上昇位置にあるキャリアバリケード

S -3AバイキングがUSS エイブラハム・リンカーン （CVN-72）の飛行甲板のバリケードに緊急着陸した。着陸装置の損傷により、通常の着陸復帰は不可能であった。

バリケードは、通常の（ペンダント）拘束が不可能な場合にのみ使用される緊急回収システムです。バリケードは通常は収納された状態で、必要な場合にのみ設置されます。バリケードを設置するには、飛行甲板から引き上げられた支柱の間にバリケードを張ります。バリケードの設置は、米空母の飛行甲板員によって日常的に訓練されており、十分に訓練された乗組員であれば3分以内に作業を完了できます。^{[ 6 ]}

バリケード ウェビングは、両端で互いに結合された上部および下部の水平な荷重ストラップで構成されています。20 フィート (6 メートル) 間隔で配置された 5 つの垂直係合ストラップが、上部および下部の荷重ストラップそれぞれに接続されています。バリケード ウェビングは約 20 フィートの高さまで上げられます。バリケード ウェビングは着陸する航空機の翼に係合し、エネルギーはバリケード ウェビングからパーチェス ケーブルを介してアレスティング エンジンに伝達されます。バリケードによる拘束の後、ウェビングとデッキ ケーブルは破棄され、スタンションは凹んだスロットに戻されます。テールフックはフェイルセーフ設計になっているためバリケードの係合はまれであり、戦闘から帰還した航空機がこのような深刻な損傷を負って着陸するのは難しいでしょう。この装置はアメリカのすべての航空母艦とフランスのシャルル ド ゴールに搭載されていますが、ブラジルの CATOBAR 航空母艦とロシアおよびインドの STOBAR 航空母艦には、従来のアレスティング ギアのみが搭載されています。

参照

• 航空機カタパルト
• 航空能力のある海軍艦艇
• ブロディ着陸システム
• 現代のアメリカ海軍空母航空作戦
• エンジニアリングマテリアルアレスターシステム- 滑走路逸脱の重大性を制限するシステム

参考文献

1. 「CCミッチェル」。グレースガイド。
2. Mola, Roger (2015年6～7月). 「航空母艦のケーブル担当者」 . Air & Space . 2018年5月10日閲覧。
3. キーガン、ジョン( 1989). 『海軍の代償』 ニューヨーク: ヴァイキング. p.  276. ISBN 0-670-81416-4。
4. 「2線式ならOK! ロナルド・レーガン（CVN 76）が新技術を導入」 thefreelibrary.com、2002年7月1日。
5. ハーストマガジン（1954年5月）。「『テニスネット』の防護壁が滑走路端のジェット機を停止」ポピュラーメカニクス誌、ハーストマガジンズ、127ページ。
6. 「航空甲板長補佐 E. NAVEDTRA 14310（非居住訓練コース）」（PDF） GlobalSecurity.org海軍教育訓練専門職開発技術センター 2001年7月。2014年10月18日時点のオリジナル（PDF）からのアーカイブ。
7. CV NATOPS、6～8ページ。
8. 「滑走路アレスターギアシステム - SKYbrary Aviation Safety」skybrary.aero . 2021年9月5日閲覧。
9. 「新しいジェット機着陸方式により、航空機は100ヤード以内で停止可能」『ポピュラーメカニクス』ハーストマガジン、1957年4月、119ページ。
10. 「ワールドニュース - スプレー式逮捕装置」フライトインターナショナル、1962年8月9日。
11. ロドリゲス、カルメロ. 「打ち上げ・回収試験」. ITEA-SAN. ターボエレクトリックアレスティングギア. サンディエゴ、ミッションバレーホテル. 2005年6月16日.

外部リンク

• オーストラリア空軍アンバリー基地での F-111C の着陸成功– 着陸装置の故障後、陸上アレスティング ケーブルを使用して着陸する RAAF F-111 の様子を写した一連の写真。
• 航空母艦への着陸– 仕組み