ヘリコプター(11)高温・高標高などへの対処

ヘリコプターが固定翼機と大きく異なるのは、エンジンによって回転するメインローターが「揚力」と「推進」の両方を受け持っているところ。だから、どれぐらいの揚力を発揮できるかはエンジンとローター・ブレードによって決まってくる。

アフガニスタン問題

ヘリコプターで使用しているターボシャフト・エンジンにしても、固定翼機で使用しているターボジェット・エンジンやターボファン・エンジンにしても、気温が出力・推力に大きく影響する。気温が上がると大気の密度が下がり、取り込むことができる酸素の量が減るからだ。

さて。2001年9月にアメリカで同時多発テロ事件が発生した後で、アメリカ軍が「不朽の自由作戦」(OEF : Operation Enduring Freedom)を発動してアフガニスタンに派兵した。さらにNATO諸国なども同調した。そこで問題になったのが、ヘリコプターの運用だった。

兵力の投入やピックアップ、負傷者の後送など、現代の軍事作戦ではさまざまな分野でヘリコプターが有用性を発揮している。ところが、アフガニスタンは標高が高いので大気が薄い。

それだけでなく、特に夏期には気温が高くなる。ちなみにアフガニスタンの首都・カブールの標高は1800～1900m、夏期の気温は40度ぐらいまで上がる。気温が上がると大気の密度が下がるので、エンジンの出力が低下してしまう。

ヘリコプターの分野で「ホバリングの高度記録」という話が出てくるのは、高度が高くなるほど大気が薄くなり、ホバリングが難しくなるからだ。ところがアフガニスタンの場合、標高に加えて気温まで高くなるので、タービン・エンジンにとってもヘリコプターにとっても、二重の意味で条件が厳しい。

その結果として、搭載能力が落ちる。載せたりつるしたりする人あるいは貨物の量が減ってしまうのだ。すると投入可能な兵力が減ったり、使用するヘリコプターの機数を増やしたりする必要があり、どちらにしても話はいい方向に進まない。

そのため欧米諸国では、OEFが始まった後でヘリコプターの性能向上に取り組む事例がいくつも発生した。その主な眼目が、エンジンのパワーアップとローター・ブレードの改良である。

例えば、イギリス空軍の場合。大型の輸送ヘリコプターとして導入していたユーロコプター(現エアバス・ヘリコプターズ)製のピューマについて、ピューマHC.1×24機をピューマHC.2にアップグレード改修した。主な眼目はエンジン換装によるパワーアップだ。

具体的にいうと、チュルボメカ(現サフラン・ヘリコプター・エンジンズ)製Turmo IVC (1163kW)をMakila 1A1(1,400kW)に換装して、20%以上のパワーアップを図った。エンジンをパワーアップしたからには、それに耐えられるようにトランスミッションも強化する必要があったと思われる。

もちろん、アビオニクスの改良とか燃料搭載量の増加とかいった話もあるのだが、輸送ヘリとしては人やモノをたくさん運べることが第一。高温・高標高環境下でもできるだけ性能を落とさずに済ませるため、エンジンのパワーアップは必須だった。

ちなみに、高温あるいは高標高の運用環境を抱えている国として、アフガニスタン以外にインドがある。領有権問題が起きている中国との国境地帯にしろパキスタンとの国境地帯にしろ標高が高いし、自国内には高温の砂漠地帯もある。だからインド軍は以前から、ヘリコプターの導入に際しては、高温・高標高地域での運用能力を重視している。

また、気温はともかく標高が高い上に気象条件が良くない運用環境としては、アルプスの山岳救難がある。日本アルプスだって相当な厳しさであり、そこを担任区域としている航空自衛隊の小松救難隊は苦労が多そうだ。

ブレードの空力特性改善

もう1つの改良として、ローター・ブレードそのものの改善がある。回転するローター・ブレードが揚力や推進力の源になるのだから、空力特性の改善は揚力や推進力の増加につながる。また、騒音の低減は民間機として使う場合でも軍用機として使う場合でも重要な課題だが、これもブレードの改良が効いてくる。

アメリカ陸軍の大型輸送ヘリコプターとして、ボーイングCH-47チヌークの一族がある。そこから派生した特殊作戦用ヘリコプターがMH-47だが、このMH-47に対する改良案として出てきた話のひとつが、ローター・ブレードの換装案だった。

具体的にいうと、ボーイング社が開発しているACRB(Advanced Chinook Rotor Blade)への変更。これにより、ブレード1枚につき900kg(3翅のタンデムローターだから、トータルでは900×3×2=5,400kg)の揚力増加が見込めるというからおいしい話だ。しかも、ローター・ハブ側の寸法は変わっていないので、容易に後付けできるという。

このACRB以外にも、「ローター・ブレードの新型化によって揚力増加!」という話はいくつもある。

また、環境対策の例としては、ユーロコプター社(現エアバス・ヘリコプターズ)の「ブルー・エッジ」や「ブルー・パルス」がある。2016年の「国際航空宇宙展」でエアバス社のブースを訪れた方なら、H160ヘリコプターの実大模型をドーンと展示してあったのを御覧になったかと思う。

そのH160のローター・ブレードは、ちょっと面白い形をしている。普通、ヘリコプターのローター・ブレードというと細長い四角形だが、H160のそれは途中から少し前進角がつき、その先で今度は「く」の字型に折れて後方に向いている。

日本国内の事例としては、海上自衛隊のSH-60K哨戒ヘリコプターがある。SH-60Jではストレートだったブレードが、SH-60Kでは先端が曲がった形に変わっている。

最近のヘリコプター業界では、こういう凝った形のブレードが増えてきているが、これは騒音低減や空力特性の改善を企図したものだ。もちろん、設計するだけでは駄目で、設計した通りのものを製作できなければ話にならない。そこで炭素繊維複合材料を活用して、凝った形で、それでいて十分な強度を備えて、しかも軽いローター・ブレードが造られている。