NASAの極超音速飛行技術開発を支援する航空機

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YF-12 戦闘機は、NASA のエンジニアが超音速飛行時に発生するエンジン失速と激しい振動の問題を克服するのに役立ちました。

YF-12戦闘機は音速の3倍の速度で飛行できる。写真：Wikipedia — YF-12戦闘機は音速の3倍の速度で飛行できる。写真： *Wikipedia*

インターレスト・エンジニアリングによると、クリーブランドにあるNASAのルイス研究センターは、YF-12戦闘機を用いて超音速飛行技術を開発した。1940年代から航空推進研究のリーダーである同センターは、より長距離でより高速な超音速飛行を実現する技術の改良を目指してきた。

ロケット推進のベルX-1は、1947年10月に音速を超えた最初の航空機として歴史に名を残し、超音速飛行への扉を開きました。多くの軍用機がベルX-1の後を継ぎましたが、ロッキード・マーティンのブラックバードに匹敵するものはありませんでした。A-12、YF-12迎撃機、SR-71偵察機といった洗練されたステルス機は、初めて超音速で長時間巡航を成功させました。これらの機体は、高度8万フィート（約24,000メートル）以上で音速の3倍の速度で飛行することができました。しかし、この技術を大型輸送機にまで拡張することは容易ではありません。その主な理由は、超音速飛行中の推進システムの動作を解明するには、より多くのデータが必要となるためです。

ブラックバードの設計と試験における未発見の問題を解決し、超音速圧縮混合インレットとして知られる重要技術を発展させるため、軍は1969年に退役した2機のYF-12をNASAドライデン飛行研究センター（現アームストロング）に貸与した。これは、YF-12の飛行データとNASAエイムズ、ラングレー、ルイスの各研究センターの風洞データを比較するという、NASAと米空軍の共同プロジェクトの一環であった。

ルイスチームは1950年代初頭から風洞で超音速インテークの研究を行い、デルタ・ダート迎撃ミサイルに搭載された超音速ノズルの試験を行ってきました。今回のプロジェクトでは、ルイスは10×10の超音速風洞で実物大のYF-12インテークを試験し、推進システム研究所（PSL）で推力144,567ニュートンのプラット・アンド・ホイットニーJ58エンジンの解析を担当します。

混合圧縮インレットにより、エンジンは低速ではターボファン、高速ではラムジェットとして作動します。このエンジンは非常に効率的ですが、乱流の影響を受けやすく、「アンスタート」と呼ばれる状態を引き起こすことがよくあります。アンスタートとは、気流の急激な変化によって大きな抗力が生じ、エンジンの失速や機体の激しい揺れを引き起こす可能性があります。

ルイス研究所の研究者たちは、1971年11月に墜落したSR-71のインレットを10×10の風洞で試験しました。翌年、彼らは風洞内で様々な条件下で空力データを収集しました。また、ルイス研究所のエンジニアであるボビー・サンダースとグレン・ミッチェルが開発した、不始動を防止する複数の機械式バルブを備えた新しいインレット制御システムの試験も行いました。このシステムが実機で試験されたのはこれが初めてでした。研究チームはまた、通常時および乱流時における機体、インレット、エンジン、制御システム間の相互作用についても試験しました。

1973年の夏、ルイス基地の2番目のPSL圧力室で試験される最初のハードウェアとして、実物大のJ-58エンジンが使用されました。翌年、研究者たちは通常時と変動条件下でデータを収集しました。PSL試験では、超音速飛行における高高度排出物の評価を目的として、エンジン排気ガスの測定も行われました。

YF-12プログラムは、小型模型を用いて実物大の超音速インレットを設計できることも実証しました。飛行データは、小型模型と風洞がデータに与える影響をより深く理解するために活用されました。最も重要なのは、ルイス・プログラムがデジタル制御システムの開発につながったことです。このシステムにより、超音速インレットの乱流に対する応答性が向上し、エンジンの再始動が事実上不要になりました。このプログラムから生まれたアイデアの多くは、1980年代初頭のSR-71機の設計に活用され、NASAの超音速旅客機開発に数十年にわたって貢献しました。

YF-12プログラムは、NASAが他の航空分野の優先事項に重点を移したため、1979年に終了しました。その時点で、YF-12は300回近くの研究飛行を実施し、NASAの風洞で1年間の地上試験を完了していました。

An Khang （ Interesting Engineeringによると）

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