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自衛隊調達巡り(184)撃墜至難 小型模型飛行機 GKTO-D002 12機

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入札日:令和3年12月22日
第366会計隊飯塚派遣隊
小型模型飛行機 GKTO-D002 12機
https://www.mod.go.jp/gsdf/wae/info/nyusatu/wa-fin/03/366_ii_1126_041_0.pdf
https://www.mod.go.jp/gsdf/wae/info/nyusatu/wa-fin/03/366_ii_1126_041_1.pdf

 この調達の仕様書を作成したのは、第2高射特科団の第304無線誘導機隊で、飯塚駐屯地に所在している。
 日本には現在、対空射撃場は、研究開発に使う新島を除けば、静内、六ケ所と鹿児島県肝属郡南大隅町にある佐多射撃場の3か所である。第304無線誘導機隊は主に佐多射撃場で、標的の運用を行うようだ。

0018.pdf – 防衛省
https://www.mod.go.jp/rdb/kyushu/kouhoukyushu/back/24/0018.pdf
陸上自衛隊 佐多射撃場:車好きなら絶好の撮影スポット!
https://kagoshimayokamon.com/2016/05/09/satasyagekijyo/

 私も平成一桁時代にM55対空機関銃の射撃で佐多射撃場に行ったことがある。M55対空機関銃はブローニングM2機関銃4丁をM45機関銃架に組み合わせたものだ。航空自衛隊には基地防空隊が編制される以前から、基地の警備隊などに配備されていた。銘板には1944年製と書かれていたから米軍から供与されたのだろう。

M45機関銃架
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:M45_Quadmount,_Pegasus_Bridge,_Normandy,_France.JPG

 平成20年代後半に第4補給処の廃材置き場に、銃を外されたM55の銃座が並べられていたから、もう今はないのだろう。
 M2そのものは、まだ使われているようだ。口径が0.50インチ、つまり12.7mmであり、陸上自衛隊では重機関銃として使われているようである。基本的には対物用であるが、人体に対して使用すると、命中すれば手足などが吹き飛ぶぐらいの威力がある。
 8月15日が近づくと終戦特集のドラマなどが放映される。この中で米軍機の機銃掃射で倒れる人々が描かれ、抱き起されるシーンがあるが、当時の米軍機にはM2が搭載されており、その機銃掃射を受ければ体は寸断され、肉片になっている筈だ。
 朝鮮動乱では人民解放軍の人海戦術に対しM55が使用され、その威力から人間挽肉製造機と呼ばれた。戦線には屍の山というより、ミンチの山が築かれた。
 余談だがM2重機関銃は反動利用式である。多くの銃はガス圧利用式で、発射ガスをピストンに導き遊底を作動するのだが、反動利用式は発射の反動で銃身そのものが後座する際に、梃子を利用して遊底を更に大きく速く前後させるのである。
 ガス圧利用でも小さな部品が衝突するので音がしないわけではないのだが、殆どは爆発音に隠れてしまう。しかし、反動利用式は大きな部品が激しくぶつかり合うので、発射時に金属音が響く。まるでキツツキが木を高速で叩くように、心地よい連打音がするのである。
 静内や六ケ所の対空射撃所では、地対空ミサイルの射撃も行われるが、佐多射撃場では主に機関銃の射撃が行われるようである。そのようなわけで標的も、静内や六ケ所ではチャカⅡやR-CATが使われるのだが、佐多ではRC-MATと呼ばれるラジコン機が使われる。
 この調達にあるGKTO-D002とは、RC-MATのことだろう。どのようなものかというと下にあるようなものだ。

無人機bot@mujinbot
https://twitter.com/mujinbot/status/436826189903044608/photo/1

 仕様にある主要諸元は次のとおりである。
水平最高速度 150km/h以上
上昇率 9m/s以上
飛行時間 15分~20分(巡航速度10km/h)
質量(全裝備重量) 5500g以下(燃料、電池等含む)
失速速度 40km/h以下
飛行安定性 約100m上空·距離100mにおいてエンジン停止後、滑空による回收が可能(無風又向風時)
 以上のとおりとなっている。
 速度に関して、高度の記載が無いが、M2の射程圏内で使うものだから、ほぼ海面上での速度性能のことだろう。水平最高速度と失速速度の間が110km/h以上もあるということは、上昇限度までかなり余裕があるということだ。この差が0km/hとなる高度の事を最大上昇限度という。その状態では水平飛行を、水平最高速度と失速速度が一致した速度でしか出来ない。空気が薄くなり、上昇する力がもはや無いということだ。
 ただグローエンジン用の燃料はガソリンと異なり、メチルアルコールとニトロメタン及び潤滑剤の混合物で、ガソリンより少ない酸素で燃焼するので、ひょっとすると高度変化がガソリンエンジンとかケロシンを用いるジェットエンジンより少ない可能性もあり得る。とはいっても酸素が不可欠であることには違いないし、プロペラや主翼に生じる揚力も無くなるので、いずれは上昇限界に達する。グロー燃料の特性については下のとおり。

燃料の化学的・物理的性質1
http://www.nitro-x.jp/secret/02.html

ニトロメタンの使用例としては(177)参照

 失速速度が40km/h以下であればSTOL機といっても良いだろう。巡航速度120km/hというから、上昇を続ければ130km/hぐらいの速度で上昇限度に達すると思われる。空気が薄くなる分、速く飛行しないと揚力が発生しないからだ。
 上昇率は9m/s以上だそうだから、ほぼ戦闘機の戦闘上昇限度になったときの上昇率(10m/s)に近い。ちなみに実用上昇限度になったとされる上昇率は0.6m/sだ。上で説明した最大上昇限度はこれが0m/sなった時の高度だが、実際にその高度まで上がるのに長い時間がかかり燃料が尽きるから、ズームアップ上昇を除いて現実的に到達することはできない。
 運用が想定されている飛行高度においては巡行速度と上昇率の比が3.7:1となり、概ね15度ぐらい以上の角度で上昇できることとなる。(厳密には最大上昇率の場合と最大上昇角は僅かに差ができる。)
 飛行時間は巡行速度の時の場合だから、これより速いと空気抵抗に打ち勝つイエネルギーが必要になり、巡航速度より低いと、エンジンの力で持ち上げることになるので、どちらにしても短くなる。
 約100m上空·距離100mにおいてエンジン停止後、滑空による回收が可能ということは、滑空比が1以上という話だ。巡行速度の場合の飛行状態がこれに近いが、滑空状態では重力を降下角で分力してエンジンの力に代えていることになる。巡行速度が120km/hだから、高度100m距離100mの平方で141mを約3.5秒で飛翔し着陸or墜落するわけだ。
 まあフライト・エンベローブは第1次世界大戦の戦闘機ぐらいのものだろうか。ヘリコプターにも近いが、勿論、ホバリングはできない。ただ機体が軽く、上昇率が失速速度に近いから、垂直上昇から停止状態に移行できるかもしれない。そうなるとヘリコプターに本当に近い性能となる。
 機体形状については、仕様書に図面がある。デルタ翼の無尾翼形式だ。無尾翼形式は、飛行に必要な部分以外のものが少ないから空気抵抗が少ない理想的な形式だと言われるが、それは間違ではないにしても現実には大きな違いが生じない。
 図面上には主翼断面形状は要求飛行性能に応じた形状という表現で、半ば逃げていて、細部を示していない。実はここに問題があって、無尾翼形式の機体は翼面全てを揚力の生産に使えないのである。
 無尾翼形式の場合、強い後退翼や、仕様図面のようなデルタ翼を用いる場合が多いのだが、これには理由がある。飛行機が安定して飛行するためには静安定と動安定が正である必要があり、これを満たすためには機体の風圧中心より重心が前方にあることが必要となる。
 空中にある物体は重心を中心として回転する。風圧中心より重心が後ろになると静安定が負となり、擾乱によって上下左右に機首が振られると、より振れが拡大する。CCVといって、それを自動操縦で補い運動性能を高める技術もあるが高価になってしまう。そこで重心位置を風圧中心より前側にするのだが、そのままでは機首がどんどん下がり垂直に落下してしまうことになる。だから、通常は水平尾翼に下向きの揚力を与えている。
 無尾翼形式では、下向きの揚力を生み出すのは主翼の翼端部分なのだ。後退翼やデルタ翼では翼端が機体の後部になるから、この部分が普通の形式の飛行機の水平尾翼の役割をするわけである。
 ちなみに動安定性には、尾翼が重心から遠くにあるほど効果が高いが無尾翼形式では距離を取るのが難しいから、動安定性のあまり良くないものが多くなる。要は、いつまでたっても揺れが収まり難い機体となる。
 そのようなわけで主翼の面積すべてを上向きの揚力を生産することに使えないのだ。これが無尾翼形式が理想通りにならない一つの理由である。さらにアスペクトレシオといって、翼の長さと翼弦の比率が、翼幅方向に長いものほど、揚力を作る効率が高くなる。しかし、上記の理由から後退角を大きくせざるを得ず、翼が捻じれるのでアスペクトレシオを大きく取るにも限界がある。
 現在の飛行機の大多数が無尾翼形式を採用していないのは、このような理由で理想道りにならないことによる。
 デルタ翼にする理由は、構造強度のd項にあるように面積を大きくして視認性を高くすることが最大の理由だろう。説明した安定性のためなら後退翼でもよいが、デルタ翼の方が厚みを保ったまま薄翼形状に出来て構造的に有意だからということもあるだろう。
 図面から見るとアスペクトレシオは、見た目2程度でデルタ翼としては大きいが、やはり一般的な翼形からすれば小さい。低速度では大き目な迎え角で飛行する必要がある。失速速度が40km/h以下とあるから失速し難い翼断面形状が必要だが、大きな揚力を作る翼断面形状とは必ずしも両立しない。無尾翼形式だとフラップをつける場所もない。安定性の所で説明した尾翼の代わりを翼端に担わせるのとは両立するが、この部分を捩じり下げする必要があるかもしれない。まあ、幸いにも低いアスペクトレシオの翼はいきなり失速することは少ない。
 そこは機体を極力軽く作り、失速を乗り切るのだろう。図面から翼面積は1平方メートル程度の様だ。重量は5.5㎏以下とあるから翼面荷重は約5㎏/m^2であり、かなりの低翼面荷重である。旋回性は良さそうだが、突風の影響を受けやすい。ちなみに零戦の翼面荷重が100(㎏/m^2)強だ。
 もちろん無人機だから耐Gの限界は高い。旋回半径は小さく、しかも上昇力が大きいということは余剰馬力も大きいから、旋回しても速度が下がらない。
 距離100mからの回収を可能としているということは、射撃訓練時の距離もそのくらいなのだろう。
 私も佐多射場で射撃訓練を見ているが、標的が逃げ回ると、まず命中は困難である。対空射撃を行う場合、弾丸が目標に飛翔するまで、目標も移動するため、未来位置に向けて射撃する必要がある。目標の針路が定まらなければ未来位置へのリードアングルを取ることが出来ず、左右に弾が散らばるばかりなのである。
 もちろんこれでは訓練にならないから、一応セーブして飛行してくれはするが、それでも小さいから当たらない。射座から100m上空で距離100mで150mぐらいだから、翼幅2mだと、13ミルぐらいの角度にしか見えない。手を伸ばした時の爪先ぐらいだろう。因みに約500mからの視認性を求めているが、これであれば4ミルぐらいになる。進入段階が見えないと訓練にならないからこれくらいから見えることが必要だ。150m程度に近づくまでに照準し見越し角を取らねばならない。
 因みに500mも離れると、固定した2m程度の物に対しても命中させることは難しくなってくる。小銃の有効射程も400m位だ。重機関銃ぐらいの口径になると、機銃そのものが固定されて反動の影響が小さく、弾丸も重いので風の影響も小さくはなるから多少有利かもしれない。重機関銃を単発式に改造した対物ライフルが長射程射撃に使われるのはそのためだ。しかし、流石に移動目標への命中は難しいだろう。弾道の山なりも大きく湾曲するので目標までの到達時間も大きくなりリードアングルが過大になってくる。
 当たらないことに加え、機体の殆どが発泡スチロールであり、命中しても穴が開くだけで飛行継続が可能である。手足を吹き飛ばす程の威力があるにも関わらず、何もなかったかのように飛行する。佐多射場の修理工場で、弾痕を補修していたが、殆ど威力が無いに等しかった。
 私は空き缶に弾丸が当たるとどうなるか見たことがある。小銃の射撃訓練の際に予め標的の後ろにスチール製の缶を置いて置いた。まったく固定はしていない。ただ立てて置いただけだ。空き缶は倒れたり動いたりせず貫通孔が空いていた。真ん中に当たったものだけではなく、かすっただけのものも、その部分だけ大きく伸びたように缶から出っ張って穴が開いていた。
 映画などで腕試しに缶を撃つシーンがあるが、缶が飛び跳ねるのは完全に演出だ。缶は微動たりともしない。ただ穴が開くだけである。だから発泡スチロールなど、ただ空気の中を突き進んで行くのと何にも違いはないのだろう。
 調達に示された機体は無尾翼形式とは言え、垂直尾翼はある。これはアスペクトレシオがある程度大きいため、左右の翼に異なった風圧が掛った時などに直進安定に問題が出て来るからだろう。ただ、この形状では、大きな迎え角を取った場合は主翼の陰に完全に入ってしまい、効果は小さいと思われる。低速時にこそ高い迎え角になるので、低速飛行時の安定性に問題があるかもしれない。背面飛行なら話は逆になる。
 ラダーの必要なしとなっているのは、サーボモータなど高価な部品を減らすことが目的ではないだろうか。ラダーが無くても、バンクを大きくとればエレボンだけで針路を変えることは可能である。この図面からは上反角がないので、逆にラダーだけで針路を変えることは難しいと思われる。
 エンジンは、ラジコン機に一般的に使用されるグローエンジンで90型(排気量0.9立方インチ)である。馬力は海面上で3~4馬力というところだろう。ということは馬力荷重は1.4~1.8ということになる。比較として零戦が2前後であるから、馬力には余裕がある。それでもフライト・エンベローブが小さいのは、翼面荷重が極端に小さく空気抵抗が大きいからだ。最高速度こそ零戦に遠く及ばないが、加速性能では勝っているのではないだろうか。零戦の性能については下のとおり。

2015年1月31日 (土)零戦の型式雑学 21型から52型、64型まで
http://soranokakera.lekumo.biz/tesr/2015/01/post-4af8.html

 以上のように見て来ると、やや低速での安定性に難があるかもしれないが、非常に強力なエンジンと極めて軽い機体で弾幕を潜り抜けるのだろう。近年、ドローンが注目されることが多いが、撃墜するのは難しそうだ。
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