VTOL Xプレーン

オーロラ・ライトニングストライク

垂直離着陸実験機（VTOL X-Plane）プログラムは、国防高等研究計画局（DARPA）が後援したアメリカの研究プロジェクトでした。このプログラムの目標は、従来の回転翼機よりも高速で飛行しながら、垂直離陸と効率的なホバリングが可能なVTOL機の設計を実証することでした。[ 1 ]これまでにも多くの試みがありましたが、2015年現在、そのほとんどが失敗に終わっています。 [ 2 ] [ 3 ]

従来のローターレイアウトを持つヘリコプターの理論上の最高速度は200ノット（230 mph; 370 km/h）で、それを超えると揚力の非対称性の問題が生じます。275ノット（316 mph; 509 km/h）で飛行できるベルボーイングV-22オスプレイティルトローターや、260ノット（300 mph; 480 km/h）で飛行できるシコルスキーX2複合ヘリコプターなど、いくつかの設計ではホバリングと高速の航空機の作成に成功していますが、どちらもホバリングの効率や範囲に関して重大な空力的妥協をしています。DARPAの目標は、300〜400ノット（345〜460 mph（555〜740 km/h））の最高速度を持続的に達成できるVTOL航空機を実証することでした。[ 1 ]

このプログラムの参加者は全員、必須ではなかったにもかかわらず無人航空機を使ってコンセプトを実証することを選択したが、その技術は有人航空機にも適用されることが意図されていた。[ 4 ]

オーロラ・フライト・サイエンシズ社がテスト設計の作成に選ばれ、2018年に飛行する予定でした。[ 5 ] DARPAは商業的関心の高まりと軍事パートナーの不足を理由に、2018年に飛行テスト前にプログラムをキャンセルしました。[ 6 ]

2022年9月、DARPAは軽量、高積載、長時間飛行が可能な小型VTOL無人航空システム（UAS）を開発するためのANCILLARYプログラムを開始し、Xプレーンの飛行試験は2026年に予定されている。[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]

要件とプログラム

DARPAは2013年2月にこのプログラムを発表し、垂直離着陸技術と従来の航空機の技術の両方の長所を活かした新しい航空機を開発することを要求しました。[ 10 ]このハイブリッド航空機は、以下の4つの分野で改良を試みます。

  • 速度 - 最高速度300ノット以上を達成すること。[ 11 ]
  • ホバリング - ホバリング効率を少なくとも75％に高める。[ 11 ]
  • 巡航効率 - 揚力抗力比を少なくとも10にすること。[ 11 ]
  • 荷重 - ソリューションが計画総重量の少なくとも40％の有効荷重を支えることができることを確認します。[ 11 ]

フェーズ1 - 予備設計調査

2013年12月に、シコルスキー・エアクラフト社が1,440万ドルの契約を獲得し、オーロラ・フライト・サイエンシズ社がフェーズ1の4,700万ドルの予算の一部として予備設計調査のために1,400万ドルを獲得したことが発表されました。[ 12 ] [ 13 ]

2014年3月18日、DARPAは、シコルスキー、オーロラ・フライト・サイエンシズ、ボーイング、カレム・エアクラフトの4社がVTOL Xプレーンの共同開発に選定されたと発表した。4社は無人航空機を設計のベースに据え、今後20ヶ月間にわたって競争する。オーロラの提案機は2月にライトニングストライクと命名されたが、設計は未定だったものの、同社はダクテッドファンとハイブリッド推進機の製造実績を持つ。カレム・エアクラフトは、最適速度ローターを備えたティルトローター機を提案すると予想されていた。ボーイング・ファントムスウィフトは、胴体内に2基の揚力ファンを内蔵し、翼端にティルティング・ダクテッドファンを搭載して揚力と前進推力を得る。2013年には同社によってスケールデモ機が製作され、飛行試験が行われた。シコルスキーはロッキード・マーティンと提携し、固定翼の空力特性と高度なローター制御を組み合わせた「低複雑性」の設計を目指した。 2015年秋には、フェーズ2の実証機を建造するための9500万ドルの契約[ 14 ]に1つの設計が選定される予定だった[ 15 ]。

  • ローター・ブローン・ウィング - シコルスキーとロッキード・マーティンは共同で無人ローター・ブローン・ウィングのコンセプトを開発した。同社は、このコンセプトは固定翼の空力特性と高度なローター制御を統合し、構成の複雑さを軽減すると主張した。[ 12 ]シコルスキーのローター・ブローン・ウィングの想像図は、前進飛行で最高速度180ノット（時速210マイル、330キロメートル）に達することを目指した無人テールシッターであるボーイング・ヘリウィングに外見的に類似していた。ヘリウィングは1995年4月に初飛行したが、7月に墜落し、プロジェクトは棚上げされた。シコルスキーは、ローター・ブローン・ウィングがテールシッターであることを確認した。その名称が示唆するように、垂直姿勢から前進姿勢への移行時に主翼はプロペラの後退角に沿って一直線に保たれ、ホバリング時の主翼にかかる荷重が軽減される。[ 3 ] [ 16 ]
  • LightningStrike - Aurora Flight Sciences社のLightningStrikeは、航空機の空力設計に推進力を統合することで、高い総合効率を実現します。同社は、DARPAプログラムによるGoldeneyeシリーズ航空機を通じてダクトファン設計の経験があり、またExcalibur無人航空機概念実証機によるハイブリッド電気推進の経験もあり、垂直離着陸と高速水平飛行を実現する設計を実現しています。[ 17 ]この経験を活かし、Aurora Flight Sciences社は、3MWの電力で駆動する18個の31インチ（79cm）翼ファンと6個の21インチ（53cm）カナードファンに電気分散推進（ EDP）を採用した革新的な航空機コンセプトを開発しました。[ 3 ]
  • カレム・ティルトローター - カレム・エアクラフトは、TR36XPと呼ばれるティルトローターのコンセプトを提出した。これは、細身の胴体と高アスペクト比のガルウィングを採用している。主翼の外側部分は、2つの36フィートのローター／プロペラと共に、ホバリングと前進飛行の間を90度回転する。エンジンは2基のロールス・ロイス・ターボメカRTM322を搭載していた。[ 3 ] [ 18 ]
  • ファントムスウィフト - ボーイングのファントムスウィフトコンセプトは、揚力を得るための2つの大型内部ファンと、ホバリング中の安定性を保つ2つの翼端ファンを備えていた。前進飛行中は内部ファンからの電力供給が停止し、翼端ファンが推力を供給する。ボーイングは、この構成は一般的なヘリコプターよりもホバリング時の効率が50%向上し、最高速度740 km/h (460 mph; 400 kn) に達すると予想していた。フルサイズ版は翼幅50フィート (15 m)、胴体長44フィート (13 m)、重量12,000ポンド (5,400 kg) となる予定だった。[ 19 ]デモ機はゼネラル・エレクトリック社製CT7-8エンジン1基または2基で駆動される予定だったが[ 3 ]、量産型は全電動駆動となる予定だった。[ 20 ]

フェーズ2

設計、開発、統合の段階は18ヶ月かかると予想されており、第2段階では各社が設計を成熟させる期間となります。[ 11 ] [ 12 ]

2016年3月3日、DARPAはAurora Flight Sciences社に、LightningStrikeコンセプトの構築と実証のため、他の3つの競合企業に勝利し、8,940万ドルの助成金を授与しました。LightningStrikeは、 V-22オスプレイにも搭載されているのと同じタイプのロールスロイス製AE1107Cターボシャフトエンジン1基を搭載したティルティングウィング設計で、ハネウェル社製の発電機3台で発電し、前部カナードに3基、主翼全体に18基、計24基の分散型ダクテッドファンを駆動します。他の競合企業と同様に従来のエンジンを使用するのではなく、この航空機は「分散型電気推進」を採用しています。3基の発電機は3メガワット（4,023馬力）の電力を発電し、商用風力タービン1基分の出力で、ファンを駆動する個別のモーターを駆動します。主翼ファン1基には100kWのモーター、カナードファン1基には70kWのモーターが使用されています。この航空機の重量は10,000～12,000ポンド（4,500～5,400 kg）で、UH-1Yヴェノムとほぼ同じ大きさで、巡航速度は300ノット以上、V-22より50ノット速い。VTOL X-PlaneプロジェクトのフェーズIIでは、2018年9月までに計画されている飛行試験の前に2機の航空機を製造する。[ 5 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]炭素複合材と3Dプリントプラスチック製の翼と先尾翼を使用した重量325ポンド（147 kg）の20%スケールの実証機が2016年3月29日に飛行した。[ 25 ] [ 26 ]実物大の航空機はXV-24Aと命名される。[ 27 ]

フェーズ3

第3段階は2017年2月から2018年2月までの12ヶ月間続き、実験設計の地上試験と飛行試験で構成される予定だった。[ 11 ] [ 12 ]

DARPAは飛行試験前にプロジェクトを中止した。[ 6 ]

参考文献

  1. ^ a b DARPA、時速460マイルのヘリコプターの調達契約を締結- News.USNI.org、2014年3月19日
  2. ^ワーウィック、グラハム。「高速VTOL - DARPAが再び試みる」 Aviation Week & Space Technology、2013年3月24日。アクセス日：2014年5月25日。
  3. ^ a b c d eリチャード・ホイットル「次期X-Plane」Air & Space/Smithsonian、2015年10月。2015年9月26日にアクセス。
  4. ^ DARPA、新X-Planeプログラムの開発会社4社を選定- Defense-Update.com、2014年3月18日
  5. ^ a bビデオ: Aurora の LightningStrike が DARPA VTOL X-plane 競争で優勝- Flightglobal.com、2016 年 3 月 4 日
  6. ^ a bグラハム・ワーウィック (2018年4月24日). 「DARPA、オーロラのハイブリッド電動VTOL機X-Planeの開発を中止」 . Aviation Week Network .
  7. ^ Tingley, Brett (2022年9月9日). 「DARPA、軍用小型垂直離陸機を開発」 . space.com . 2024年6月7日閲覧。
  8. ^ 「DARPAの補助的なX-PlaneプログラムはVTOL UASの基準を引き上げることを狙う | Aviation Week Network」 aviationweek.com . 2024年6月7日閲覧。
  9. ^ 「ANCILLARYプロジェクト、VTOL X-Planeの初期コンセプトを開発するチームを選定」 darpa.mil . 2023年6月22日. 2024年6月7日閲覧。
  10. ^ 「DARPAが新たなX-planeプログラムを発表」 Flightglobal 、 2013年2月25日。 2013年12月22日閲覧。
  11. ^ a b c d e f「垂直離着陸実験機（VTOL X-Plane）」 DARPA 。 2013年12月22日閲覧。
  12. ^ a b c d「シコルスキー社、実験用VTOL機の製造契約を獲得」 Flightglobal 、 2013年12月20日。 2013年12月22日閲覧。
  13. ^ Niles, Russ (2013年12月23日). 「DARPA、400ノットのVTOL機を希望」 . AVweb . 2013年12月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年12月26日閲覧。
  14. ^リチャード・ホイットル (2015年10月11日). 「未来の飛行機をめぐる競争は熾烈」 .ニューヨーク・ポスト. 2015年10月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年10月11日閲覧。
  15. ^ DARPA、高速VTOL機X-Planeの入札者4社を選定- Flightglobal.com、2014年3月18日
  16. ^シコルスキーのローターブローウィング -- 見覚えがある？ - Aviationweek.com、2013年12月20日
  17. ^ AuroraがDARPAのVTOL X-Planeプログラム契約を獲得- Auroraプレスリリース、2014年2月4日
  18. ^ Darpaが最終VTOL X-Plane契約を授与 アーカイブ： 2014年9月7日、 Wayback Machine - Ainonline.com、2014年3月21日
  19. ^ボーイング・ファントム・スイフトがVTOL X-Plane Compに参戦- Armedforces-Int.com、2014年6月25日
  20. ^ボーイング、ファントム・スイフトXプレーン開発のため900万ドルを追加調達- Defensetech.org、2014年8月28日
  21. ^軍の実験用ヘリコプターをチェック- Defenseone.com、2016年3月4日
  22. ^信じられないかもしれないが、このデザインがDARPAのX-Plane契約を勝ち取る- Breakingdefense.com、2016年3月4日
  23. ^ DARPAがAuroraのLightningStrike 24プロペラハイブリッドVTOL X-Planeを採用- Defense-Update.com、2016年3月3日
  24. ^ Aurora社、新型ドローン実証機の製造でDARPAと契約を締結- Ainonline.com、2016年3月6日
  25. ^オーロラが小型電動VTOLデモ機を飛行- Flightglobal.com、2016年4月18日
  26. ^ a typo|mina|ture}}/42867/ DARPA VTOL X-plane takes flight in miniature - Gizmag.com、2016年4月18日
  27. ^ DARPAのサブスケールVTOL機X-Planeのプロトタイプが飛行試験を完了- Gizmag.com、2017年4月5日
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