当局が中国の戦闘機製造のブラックテクノロジーを明らかに、3Dプリントが戦闘機開発の新たな手段に

この投稿は Little Soft Bear によって 2017-9-13 10:57 に最後に編集されました。

先日行われた人民解放軍創建90周年記念軍事パレードでは、国産の戦闘機129機による空中閲兵式が初めて戦闘姿勢で祖国と人民の前に披露された。その中で、J-11、J-15、J-16に代表される国産の重戦闘機隊は、軍事パレードの航空編隊の主役であるだけでなく、我が国の空軍の主要な中核としての役割を果たしています。
▲J-11B戦闘機が閲兵場上空で赤外線妨害爆弾を投下した。特別許可を得て、中央テレビの記者らがわが国の重戦闘機の研究開発現場を訪れ、祖国の海と空を守るこの軍用鷲たちを独占取材した。

そこで記者のカメラを追って航空業界に入り、中国の大型戦闘機に迫ってみよう。
国産重戦闘機J-11Bを記者が独占訪問

CCTV記者呉潔：ここは中国瀋陽航空機公司航空工業集団の飛行試験場の格納庫です。私の後ろには我が国が自主開発した大型戦闘機J-11Bがいます。最大離陸重量は約30トンに達します。まさに大空の大鷲と言えます。

近づくと、まず目に入るのはその巨大な機首です。黒い部分は実はレーダードームで、数百キロ離れた目標を探知できる高性能レーダーが収められています。その上には光電子レーダーと呼ばれるガラス玉状の装置があり、機首のレーダーが作動していないときでも光学的および赤外線的方法を使用して目標を検知、追跡、攻撃することができます。

CCTV記者呉傑：J-11Bは双発重戦闘機だと言っていますが、これはどういう意味でしょうか？この機体に2つのエンジンが搭載されているということです。今、私たちは機体の空気取り入れ口の位置に来ました。内部には我が国が独自に開発した2つの高推力エンジンが搭載されており、飛行中にJ-11Bに強力な動力を提供できることを誇らしく言えます。

CCTV記者呉傑：一般的に言えば、J-11Bの戦闘兵器はラックを介して翼の下に搭載されます。ここで翼端にそのようなラックが見られます。このラックは比較的軽量の空対空ミサイルを搭載でき、J-11Bが敵と接近戦を繰り広げることを可能にします。さて、翼の下を除いて、胴体の腹部に来ましたが、ここにはまだ十分なスペースがあり、比較的大きな中距離および長距離空対空ミサイルを搭載して遠くの目標を攻撃できることがわかります。これらのミサイルの攻撃対象はパイロットの視界外にあるため、このタイプの攻撃は視界外戦闘とも呼ばれ、現代の空中戦闘の主流モードでもあります。そうすれば、我が国はこれらの兵器システムの国産化を実現できるでしょう。

J-11Bは動力システムや兵器システムに加え、その神経と頭脳である航空電子機器システムも実は完全に国産化されており、中国人民の所有する重戦闘機と言える。

わが国は、J-11Bの国産化の実現を基礎に、非常によく知られている艦載機J-15など、多くの新型機も開発しており、J-11Bの優れた飛行性能を維持しながら、将来の情報状況下での戦場環境への適応性を高めている。将来的には、これらの重戦闘機が依然として中国空軍の主力となると言える。

空に巨大な鷲を建造新素材が新たな飛躍をもたらす

新型戦闘機が次々と登場している背景には、我が国の戦闘機設計・製造技術における新たな進歩がある。 J-11Bのような大型戦闘機はサイズが大きいが、性能を向上させるために開発者は重量を1グラムでも減らすよう努力するだろう。記者は航空機の生産ラインで、新しい材料の使用によってこの大空の巨大な鷲の戦闘効果が向上していることを発見した。

CCTV記者呉潔：ここは中国瀋陽航空機工業集団の組み立て工場で、戦闘機製造工程の中でも最も重要な工場の一つでもあります。私の後ろではJ-11B機が組み立てられています。航空機の外皮は、航空機で最も広く使用されている材料であるアルミニウム合金で作られています。そこで、作業員が黄色のプライマーで塗装したので、組み立て中の J-11B 航空機全体が黄色になっていることがわかります。しかし、尾翼は緑色です。これは何の材料でできているのでしょうか？高強度複合材料を使用しており、非常に強度がありながら軽量で、機体の重量を軽減し、飛行性能を向上させることができます。

瀋陽航空機株式会社航空産業複合材料製造センター副所長、梁路中氏：これは当社の積層工程です。今ご覧になっているのは、典型的な航空複合材料です。

記者：私たちが手にしているものは原材料に相当するのですか？

瀋陽航空機株式会社航空産業複合材料製造センター副センター長梁路中氏：はい、これはプリプレグです。この糸状の部分が私たちが使用しているカーボンファイバーで、手で触るとベタベタとした感触があります。これが私たちの未硬化樹脂です。

これが現代の航空機製造に不可欠な炭素繊維複合材料であることが判明しました。こちらはカーボン繊維と樹脂が組み合わさっているので複合材料と呼ばれていますが、この柔らかい状態でどうして高い強度を実現できるのでしょうか？

この樹脂は未硬化の状態です。オートクレーブに入れて高温高圧にすると化学反応が起こり分子量の大きい固化部が形成され、非常に硬いシートになります。

▲複合材敷設記者：燃焼後はどんな感じですか？

瀋陽航空機株式会社航空産業複合材料製造センター副センター長梁路中氏：このように、非常に硬くなっていることがわかります。このプロセスは不可逆です。再度加熱しても柔らかくなることはありません。重量はアルミ合金の約0.6倍ですが、強度と剛性はアルミ合金より高くなっています。

現在、先進的な複合材料は、J-11Bなどの軍用機だけでなく、民間航空機にも使用されています。この炭素繊維複合材料も非常に有用です。将来的には、複合材料の大規模な使用も、次世代航空機の開発方向の1つになるでしょう。

中国瀋陽航空機株式会社航空工業総公司複合材料製造センター副所長、梁陸中氏：航空機の世代ごとに新しいタイプの材料があります。たとえば、過去に金属部品を使用していた場合、1つの部品が数千の部品で構成されていた可能性があります。しかし、複合材料を使用すれば、非常に大きな一体型部品を製造できます。現在、当社の民間航空機プロジェクトでの使用率は10％近くですが、将来的には約50％に達する可能性があります。

3Dプリントが戦闘機開発の新たな手段に

航空業界はハイエンドの製造業として、製造技術の進歩をリードしてきました。現在、新しい3Dプリント技術は製造業の風景を変える人々の希望となりつつあり、実際、この先進的な製造技術は中国の戦闘機に広く採用されています。記者は、戦闘機の部品を「印刷」できる魔法の工場も初めて訪問した。

この特別な工房では、ユニークな方法で航空機部品を生産しています。この方法はレーザー積層造形と呼ばれ、よく話題になる 3D プリント技術の 1 つです。簡単に言うと、ここでは材料を切ったり磨いたりするのではなく、少しずつ成長させていきます。

瀋陽航空工業技術研究所の李暁丹博士：これは装置の成形室です。毎回、スクレーパーが数十ミクロン程度の粉末層を送り出します。次に、レーザーヘッドがこの層のデジタルモデルに従って焼結します。レーザー焼結後、金属粉末は固体部品となり、成形されます。

例えば、これは今焼結している部分ですが、このように直接成長していきます。この方法では、部品が層ごとに成長し、各層の厚さはわずか数十ミクロン、髪の毛と同じくらいの太さなので、生産品質を大幅に向上させることができます。たとえば、この航空機のジョイントは、非常に粗く、その後の加工が必要な従来の鋳造方法で作られていましたが、3D プリントで作ると、はるかに滑らかに見えます。

中国航空工業集団瀋陽航空機技術研究所の李暁丹博士：直接成形部品はこのようなもので、後工程で少し加工すれば使えるようになり、この部品の性能も元の性能部品に比べて向上しています。

多方管などのジョイントもこのようになっています。従来は製造が不可能だったため、このような設計はできませんでした。現在では積層造形技術により、この多層パイプ継手の設計はこのようにすることができ、設計の自由度が高まりました。

さらに、レーザー積層造形技術は、従来の方法では製造できない部品構造の製造にも使用できます。たとえば、これは新しい技術を使用して設計および製造された航空機の翼の前縁です。このようなハニカム構造が詰まっています。そのため、手で持てるほど軽く、紙のように軽い金属材料ですが、その強度は侮れません。

我が国では、戦闘機の製造に3Dプリント素材を早くから活用し始めていると聞いています。大洋を疾走するJ-15艦載機は、3Dプリント素材で作られています。 2014年に珠海航空ショーに登場した中国のステルス戦闘機「飛龍」には、3Dプリントされた材料が多用されていました。これらの幅広い印刷部品により、中国の戦闘機は将来、より速く、より高く飛行できるようになるだろう。

J-11からJ-16まで、国産重戦闘機が量産化へ 重戦闘機は、その優れた性能と極めて高い開発難易度から、国の総合的な国力の象徴とみなされている。近年、わが国は技術を導入し、消化・吸収することで、徐々に自主的な重戦闘機の研究開発能力を形成してきました。軍事パレードに登場したJ-11、J-15、J-16は、わが国の重戦闘機がシリーズ化開発の道を歩み始めたことを象徴するものでもあります。

J-11Bは我が国の戦闘機の主力機種として、様々な主要任務において空軍の主力として活躍しています。訓練場では、空中戦で何度も「ゴールデンヘルメット」賞を受賞した強靭な性格を持ち、海上哨戒や護衛では領域横断攻撃の先鋒を務め、重戦闘機の大きな機体による長時間の耐久力を頼りに、祖国の東西南北のすべての空域と海域で活躍しています。

J-11をベースに改良された我が国初の艦載機であるJ-15も、中国の海洋強国を代表する新たなイメージとなっている。2012年、J-15は初の着陸に成功した。あれから5年が経った。この5年間、J-15も数々の困難を乗り越え、遠海に進出し、新たな能力を獲得した。

瀋陽航空工業研究所総合航空力学部門長王其涛氏：J-15が着陸に成功した後、私たちの設計チームが直面した最大の困難は、異常な状況での着陸でした。たとえば、最大重量での離陸、最大着陸重量での着陸、非対称の外部マウントによる着陸、夜間のナビゲーションなどです。当社は、正確な計算シミュレーションを通じて最も合理的な運航戦略を設計し、パイロットと協力してリスクを最小限に抑えます。
▲人民解放軍創建90周年軍事パレードで5機のJ-16が編隊を組んだ。人民解放軍創建90周年軍事パレードでは、中国の重戦闘機の新たな一員として、新たに開発されたJ-16戦闘機も戦闘態勢でデビューした。強力なレーダーや航空電子機器を備え、遠距離を見通すことができ、国産の精密誘導兵器を使用して正確に命中させることができる。これにより、わが国は米国、ロシアに続いて、自主的に双発の重多用途戦闘機を開発できる3番目の国となった。 J-11、J-15、J-16は、見た目は似ているものの性能が優れている3機の兄弟機であり、中国の海軍と空軍の主力となりつつある。
中国工程院院士、中国航空工業集団のJ-15艦載機主任設計者、孫聡氏：我々は世界の先進技術と歩調を合わせて前進し、航空機の研究開発における世代を超えた発展、戦闘機の第3世代から第4世代への飛躍、有人（航空機）から無人（航空機）への飛躍を実現しました。また、我が国の航空産業の発展のための強固な基盤も築かれました。
出典: 航空業界

当局が中国の戦闘機製造のブラックテクノロジーを明らかに、3Dプリントが戦闘機開発の新たな手段に

呉暁波さんは履き心地が良いと語り、1,000人の足をスキャンし、3Dプリントで400足の靴を作った。

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