極超音速の速度の説明: 極超音速飛行機の仕組み

極超音速というと未来的に聞こえるかもしれませんが、この技術は現在でも使用されています。しかし、各国は極超音速の大陸間弾道ミサイル（および極超音速ミサイル迎撃ミサイル）の製造を競い合ったものの、民間人が音速で移動できるようになるにはまだ何年もかかります。

極超音速とは何ですか?

極超音速は音速の5倍です。科学者たちは、オーストリアの物理学者エルンスト・マッハにちなんで名付けられたマッハ数でこの速度を測定します。

音の速度はマッハ 1 で、マッハ 5 以上のものは極超音速とみなされます。音速は温度と高度によって変化しますが、マッハ 5 は時速約 3,800 マイル (6,116 km) です。

極超音速ジェット機

NASA の実験用スペースプレーンである X-43A は、2004 年 11 月 16 日にジェット推進航空機の新速度記録を樹立しました。 無人試験飛行では、飛行機はマッハ 10、つまり音速の 10 倍、または約 6,600 マイル (10,600 マイル) に達しました。キロメートル）/時。

この飛行は、2004年3月にX-43Aが初期の試験飛行で樹立したマッハ7というそれまでの速度記録を破った。

X-43A が他​​のロケット推進航空機と異なるのは、スクラムジェット エンジンが動力を供給していることです。水素燃料を燃焼させるために機内の酸素を使用する代わりに、スクラムジェットは大気中を移動する際に酸素をすくい上げます。

X-43A は、機内酸素の必要性を排除し、宇宙船の重量を軽減することで、地球から軌道までの宇宙旅行をより安価に実現できる可能性があります。

リビング・オン・エア

X-43A 試作機は空飛ぶサーフボードのように見えます。翼を広げると5フィート（1.5メートル）、体長12フィート（3.7メートル）、厚さ2フィート（0.61メートル）で、体重は2,800ポンド（1,270キロ）である。しかし、X-43A の最もユニークな特徴はそのエンジンです。

X-43A の空気呼吸エンジンを理解する最良の方法は、まず従来のロケット エンジンを観察することです。一般的なロケット エンジンは、液体酸化剤と水素燃料が燃焼室内で燃焼するときに生じる燃焼によって推進されます。

これらのガスは、高圧、高速の高温ガス流を生成します。これらのガスはノズルを通って流れ、ノズルによってさらに速度が 5,000 ～ 10,000 マイル (時速 8,000 ～ 16,000 キロ) に加速され、推力が得られます。

従来のロケットエンジンの欠点は、機内に大量の酸素を必要とすることです。たとえば、スペースシャトルには 143,000 ガロン (541,314 リットル) の液体酸素が必要で、その重さは 1,359,000 ポンド (616,432 kg) です。液体酸素がなければ、シャトルの重量はわずか 165,000 ポンド (74,842 kg) です。

空気吸入エンジンは機内に酸素を必要としません。 X-43A は大気中を飛行しながら酸素を吸い込みます。地球から軌道へのミッションでは、宇宙船は余分な酸素を船内に貯蔵することになるが、スペースシャトルが必要とする量よりも少ない。

スクラムジェット エンジンは可動部品のないシンプルな設計です。 X-43A 航空機自体は、エンジン システムの一部として設計されています。車両の前部は空気流の吸気口として機能し、後部は排気された空気を加速するノズルとして機能します。スクラムジェット エンジンはシンプルな設計です。可動部品がありません。 X-43A 航空機自体はエンジン システムの一部となるように設計されています。車両の前部は空気流の吸気口として機能し、後部は排気された空気を加速するノズルとして機能します。

空気を圧縮するには高速で流す必要があるため、エンジン内での燃焼は超音速でのみ発生します。

ターボジェット エンジンのように回転コンプレッサーを使用するのではなく、前進速度と空気力学によって空気がエンジン内に圧縮されます。次に、水素燃料が空気流に噴射され、燃焼によって膨張する高温ガスが排気を加速して、巨大な推力を生み出します。

飛び立つ

前述したように、スクラムジェットを搭載した航空機には酸素が搭載されていません。つまり、従来の宇宙船のように打ち上げることはできない。

X-43A は極超音速に達するためにブースター ロケットを必要とし、極超音速に達するとロケットが解放されて自力で飛行します。このロケットブーストはスクラムジェットエンジンが作動するために必要です。

X-43A テスト飛行がどのように機能するかを要約すると次のとおりです。

極超音速軍事技術

音より速く移動するというアイデアは刺激的ですが、極超音速航空機はまだ貨物や人を輸送していません。しかし、彼らは軍拡競争の対象となっている。

通常の弾道ミサイルは極超音速に達する可能性があるが、極超音速ミサイルは低高度で飛行でき、機動性が高いため対弾道ミサイル（ABM）を回避できる。

2 つの主要な極超音速兵器は、極超音速滑空ビークル (HGV) と極超音速巡航ミサイル (HCM) です。 HGV は、最初のロケット発射後、目標に向かって滑空します。まるで、壁を力強く蹴り上げた後にプールを滑走する水泳選手のようです。 HCM は飛行経路全体にわたって空気呼吸エンジンによって動力を供給されます 。

2010 年 4 月 22 日、国防高等研究計画局 (DARPA) は極超音速滑空機であるファルコン極超音速技術車両 2 (HTV-2) を試験しました。 HTV-2 は最高速度マッハ 22 に達しましたが、30 分の計画ルートをわずか 9 分で通過しました 。

2023 年 2 月、米陸軍は滑空技術を使用した長距離極超音速兵器 (LRHW) の実験に成功しました 。

情報源

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