F-4 (戦闘機)
概要
アメリカ海軍初の全天候型双発艦上戦闘機として開発され、大型の翼と高出力のジェットエンジンを双発で装備し大きな搭載量を特徴としている。当初の機種番号は海軍ではF4H、アメリカ空軍ではF-110だったが1962年にアメリカ軍の軍用機の命名規則統一によりF-4となった。
ベトナム戦争での活躍から多くの西側諸国に採用され、各国の要求に応じて様々な派生型が数多く作られたことにより冷戦期の代表的な機体となった。数々の実戦戦績や各国へのセールスの成功も含めて傑作戦闘機と評価され、マクドネル社の発展の原動力としてその名を世界に広めた戦闘機とされる。
マクドネル社とダグラス社の合併によりマクドネル・ダグラス社となってからも生産が続き、総計5,195機の生産数となった。超音速戦闘機の歴史で5,000機以上製造されたのは、このF-4とMiG-19、MiG-21、MiG-23の4機種しかない。うち3機種は東側のソビエト連邦製であり、西側ではF-4が唯一例となる。現在のベストセラーF-16が2012年時点で4,500機程度の生産数であることを見ても特筆すべき生産数であるといえる。
設計・初飛行から約40年が経過した1990年代半ばに開発国のアメリカでは全機退役したが、その後も日本の航空自衛隊をはじめとする多くの採用諸国では現在でも機体が現役であり、2010年以降も運用され続ける見通しである。
開発の背景
1950年代～1960年代には空対空ミサイルや超音速機の実用化が進められ、「超音速機同士の交差時間はごく僅かであって航空機関砲による撃破は困難であるため、将来の空戦はミサイルが主役となり、戦闘機はミサイルを運ぶだけのものになる」というミサイル万能論が主流となった時期があった。
このため、アメリカ空軍では、旋回性よりも速度や航続力を重視した護衛戦闘機F-101や戦闘爆撃機F-105、空対空ミサイルを遠距離から発射する迎撃戦闘機F-102やF-106等の開発が重視されることとなった。
F-4自体も当初は機関砲は不要として装備されず、空対空ミサイルの搭載量が重視された。
開発前史
1952年7月、アメリカ海軍はグラマン社にF9F-9（後のF11F-1）を発注し、また、9月にアメリカ海軍は超音速昼間戦闘機の提案依頼（RFP）を発表し、応募8社からチャンス・ヴォート社の「F8Uクルセイダー」を選択した。
この結果、マクドネル社はF1Hファントム、F2Hバンシー、F3Hデーモンと続いてきた艦載戦闘機の受注を失うこととなった。これに対してマクドネル社はF3HのエンジンをライトJ67に換装しM1.69を狙う「F3H-Cスーパーデーモン」、さらに三車輪式降着装置や後退角45度面積450平方ftの翼を与えたF3H-E、F-101ブードゥーのレイアウトを織り込み双発のライトJ65に低翼配置の面積530平方ftの主翼と全浮動の尾翼を持つF3H-Gと社内検討を行っていた。
マクドネル社は1953年9月19日にF3H-Gをアメリカ海軍航空局に提出した。F8U契約直後の海軍は数週間の後に却下したものの作業自体の継続は奨励したため、1954年前半にモックアップは完成し、海軍の上級職員に公開されるに至った。
原型機発注
1954年中頃にアメリカ海軍航空局は全天候戦闘機の提案要求を出した。これに対してマクドネル社からは単発のF3H-Eと双発のF3H-G、他にグラマン社とノースアメリカン社から提案が提出された結果、1954年10月18日にマクドネル社はF3H-G案を基にしたYAH-1プロトタイプ2機建造の同意書を受け取った。しかし、海軍側で要求を明確にすることができずにいたため、実用化を約束されたものではなかった。とはいえ、数ヶ月のうちに要件として半径250海里で2時間以上の戦闘航空哨戒を実施できる艦隊防空戦闘機とすることが明確になり、F4H-1と改称されることとなった。
マクドネル社のモックアップは4門の20mm機関砲を装備することとしていたものの、アメリカ海軍は4発のスパローミサイルの装備のみを要求した。しかしながら、前述されたこの楽観論は、後にアメリカ海軍をはじめとする使用者を悩ませる問題を引き起こすこととなった。F3H-Gは新基軸となるスパローの胴体下半埋め込み式装備に変更され、また、M1.5を想定していたライト J65から当時最新鋭のゼネラル・エレクトリック J79-GE-2に変更してM2級とすることとなった。
要求仕様では火器管制装置の技術的信頼性の問題から搭乗員数の指定はなく、マクドネル社は単座と複座の両案を提示していた。これに対してアメリカ海軍は早々に複座案を採択した。また、胴体中心線上の600ガロン入り落下タンク用を除きパイロンは廃止されるものとされた。
1955年6月25日に2機の「XF4H-1」テスト機と5機の「YF4H-1」試作機の正式契約が締結された。
初飛行
1958年5月27日、原型機であり第一号機でもあったマクドネル社の「XF4H-1」が初飛行を行い、油圧系統の不具合で降着装置の格納はできなかったものの飛行自体は不具合なく終わっている。同時期に試作されていたチャンス・ヴォート社のF8U-3は、この6日後に初飛行を行っている。
それぞれの初飛行成功後、エドワーズ空軍基地にて両機の比較審査が行われた。1958年12月、単発単座のXF8-Uに対する複座型・双発エンジンの優位性と搭載力が評価され「XF4H-1」が選択された。当時、それまでの超音速戦闘機にみられない太い胴体と直線で構成された大型の主翼を持ち、白鳥になるかどうかも分からない「みにくいアヒルの子」と関係者の間で囁かれたこの戦闘機には、幻影や亡霊という意味を持つ「ファントム II：Phantom II（ファントム・ザ・セカンド）」の愛称が与えられた。IIとなったのは太平洋戦争末期にマクドネル社がFH ファントム（世界初の実用ジェット艦上戦闘機）を開発したことによる。しかし先代（FH）は少ない生産数と運用期間の短さから知名度が低く、ファントムといえば本機を指すようになっていった。
飛行テスト
アメリカ海軍はマクドネル社に対し、既に完成していた原型機「XF4H-1」2機に加え、21機の量産原型機（F4H-1）を発注した。この計23機でより実戦的な評価作業と原型機の洗い直しが行われた。この研究・開発用の21機はそれぞれメーカーであるマクドネル社や、エンジンを担当したゼネラル・エレクトリック社、ミサイルを担当したレイセオン社などに各種研究開発のために引き渡され使用されたため、ひとつとして同じ機体はなかったと言われている。この時期にレーダーを換装したことによるレドームの大型化やキャノピーの改善も行われている。
これらに続き生産された24機は訓練用としてアメリカ海軍や海兵隊に引き渡され、パイロットや整備員の訓練に使用された。
基本構成
F-4の大きな特徴に、無給油で3,184kmを飛行できる航続距離が挙げられる。高い推力と引き換えに燃料消費の激しい大型エンジンを2基も搭載していたが、それを補ってあまりある燃料搭載量は、胴体内に6個と主翼内に2個のタンクに加え、胴体下の600ガロンの増槽と主翼下の370ガロンの増槽の総計は3,370ガロン（12,460L）と、当時の群を抜くものだった。さらに空中給油能力も合わせると、パイロット自身の持久力の許す限りの航続時間を持つこととなった。
また、アメリカ海軍初の複座型艦上戦闘機であることも特徴となっている。F-4では前席にパイロット、後席にレーダー・航法担当のレーダー迎撃士官が搭乗する。
コックピット前席の前面計器盤は、円形のレーダースコープとその操作装置を中心として、上部に光学照準機（HUDではない）、中央部にコンパスや水平儀等の操縦関係の計器、左には操作系、右には警告灯、下側には油圧系統のメーターやゲージが備わり、サイドコンソールに各制御スイッチが配置される。レーダースコープの横には、360度をカーバーする円形のレーダーホーミング及びレーダー警戒装置用の表示装置が配置される。また、F-4Eでは、スロットル･レバーや操縦桿に、レーダーなどの装置を操作するためのスイッチが取付けられたが、これは、今で言うHOTASとは異なる。
後席の前方視界は殆どなく、レーダー迎撃士官はパイロット用の射出座席、つまりパイロットの背中部分に備わったレーダースコープや各種計器を使用し、機内の通信装置を用いてパイロットに現在の位置や周囲の状況を伝える。後席右パネルの操縦桿状の物はレーダー操作用のスティックである。原型である海軍型には後席に操縦装置は無いが、空軍向けの派生型においては、後席にも操縦系統を設けている。前後席ともに空戦時の後方確認用にキャノピー枠内側に凹面鏡のリアビューミラーを備えている。
胴体下には、4基のAIM-7スパローミサイルを半埋め込み式で搭載できるようになっており、左右の主翼下の各2箇所と胴体中心線下の1箇所に、ミサイルなどの兵装や増槽または電子戦ポッドを搭載するためのパイロンが設置可能な、ハードポイントを装備している。
エンジン
エンジンは当時最新鋭のゼネラル・エレクトリック J79とされた。F-104Aにも採用されたJ79-GE-3A型エンジンはアフターバーナー時の推力が6,715kgと当時としては群を抜く推力を発揮し、これを二基搭載することは充分な搭載力や機動性という恩恵をもたらした。
開発中、地上でのアイドリング状態からアフターバーナー点火時のマッハ2.2まで、同一のエアインテーク形状では対応できないという問題が判明している。
この問題はエアインテーク周辺に発生する衝撃波が空気吸入を妨げることが原因と判明しており、その対策としてエアインテーク直前のスプリッターベーン（境界層分離板）の先端をマッハ2に対応した位置に調整して衝撃波面をコントロールして空気流を確保している。
スプリッターベーンには表面で成長する境界層を吸い取るために各12,500個の小穴を空けてあり、この排気はスプリッターベーンの上下に出っ張ったアウトレットから排出される。それより後方のエアインテーク内の境界層は別に吸い取られエンジン周囲を冷却して後方に排出される。そのためスプリッターベーンとエアインテークに構造の隙間が見て取れる。また、スプリッターベーンはインテークへの境界層の進入防止と境界層の吸入による振動（バズ）を防ぐため胴体の間に50mm程の隙間が設けられている。
以上により必要な性能は確保できたため、「可変ランプ」は採用されていない。
主翼・尾翼
主翼はアスペクト比2.8テーパー比1/7で、後退角は翼弦長25%で45度、前縁で52度であり、また、後縁にも若干の後退角がついている。クリップドデルタ翼と後退翼の中間的なものである。
開発初期の風洞試験の結果、主翼全体に5度の上反角を与える必要があると判明したが、機体主要部のチタニウム構造材の再設計は困難だったため、主翼幅70%辺りで折り畳まれる外翼部のみに12度の上反角を与えることで同等の効果を得るものとした。また、同じ外翼部の翼弦長を10%程度延長してドッグトゥースとしている。
また、主翼は低翼配置であり、水平尾翼のほうが高い位置にある。この配置は迎え角を大きく取ると主翼の後流が水平尾翼の効果をなくし急激な機体の頭上げ（ピッチアップ）を生じることが判明した。そのためF-4では風洞試験の結果を受けて水平尾翼に23度と大きな下反角をつけることで対処している。なお、水平尾翼（スタビレーター）は全面が一体となって稼働する全浮動式を採用しており、尾翼前縁で発生した衝撃波の干渉を受けることなく操舵が行えるようになり、超音速飛行時においても機動性を低下させることがなくなった。そのため、F-4以降の戦闘機においても水平尾翼は全浮動式が採用されている。尾部にはドラッグ・シュートと水平尾翼を作動させる装置が内蔵されているほか、垂直尾翼の安定板前部の中央には、スタビレーター人工感覚システムの圧力センサーが取付けられている。
その後の研究で、主翼を尾翼より上に配置すれば、ピッチアップは防止できる事が判明した。また、低翼配置は、爆弾・ミサイル等を翼下に吊下するためには降着装置を長大化する必要があり、これもまた問題となった。そのため通常尾翼型の超音速戦闘機においては、これ以降は高翼配置が主流となっていった。
基本的に尾翼周りの設計は超音速機の発展途上の形態であり、その技術の未熟さは遷音速域において操縦安定性を悪化させる要因になっている。当時のマクドネル社の基本設計は短いジェットインテーク-ノズル系で機体の軽量化を図り、その上に胴体尾部を延長しているため、ジェット推力の変化による水平尾翼との近接作用で有害な上下力が発生する。高い尾部の上にさらに垂直尾翼を設置している一方で、艦載機ゆえに機体の上端は制限されてしまうためアスペクト比の小さい形となり方向舵の効きが悪く、旋回時に過大なアドバースヨーが発生する。
主翼前縁フラップには、初期型ではエンジンの17段目コンプレッサーで抽出した空気を吐き出すBLC（境界層制御）装置を装備していたが、F-4Eの後期型からは前縁スラットに改良されている。主翼の内翼部後縁には、内側にフラップ、外側にエルロンを装備しており、フラップ類は着艦時など低速での揚力を確保するだけでなく、空戦フラップとして使用されることで改善されている。
当時の戦闘機は超音速飛行時の抗力低下を重視し、主翼面積の小さな高翼面荷重の機体が多かったが、F-4は離着艦性能の維持のため大面積の主翼を採用し、翼面荷重は低くなっている。元来は大型のミサイルキャリアーとして設計され戦闘機同士の空中戦・格闘戦を念頭に置いていなかったものの、低翼面荷重と高推力重量比により格闘戦もこなせる機動性を得ることができた。その空戦性能は、海軍機ながら当時のアメリカ空軍のセンチュリーシリーズなどを凌駕しており、のちに（軽快なMiG機相手に苦戦を強いられる局面もあったものの）ベトナム戦争など数々の実戦でも証明された。
レーダー
機首部分にウェスティングハウス社製APQ-72を搭載し目標の捕捉とスパローミサイルの誘導に使用している。
原型機18号機までは直径が約60cm（24in）のAPQ-50パラボラアンテナだったが、19号機以降では約81cm（32in）へと大型化するのに合わせてレドームも「ドルーピーの鼻」と呼ばれた大型のものに変更された。これによって前方下方向の視界が損なわれたとして後部座席からの後方視界不良の問題も合わせてキャノピーの改良も行われ、機体の背部に沿わせたラインからより膨らませた外形に変更され相応の改善を得ることとなった。
降着装置
ホイールベース7.01mトレッドベース5.46mと幅広の三車輪式降着装置は着艦時の衝撃に耐えられるように着艦重量17,250kgで7.2m/sの沈下速度に耐えるべく太く頑丈に設計されている。海軍型は前脚を51cm（イギリス海軍向けK型は102cm）伸ばして離艦時の迎え角を稼ぐことができる。
着艦時に使用するアレスターフックは尾部に収められ4.8Gの荷重に耐える。アレスターフックは空軍型にも残されている。
機尾に装備されるドラッグシュートは直径4.8mで着陸時だけではなく空中でのスピン回復にも使用可能とされている。
改良
1963年にF-4Bが艦隊配備を開始されて実戦配備下にあった10年間に度重なる改良が施され、その間、前縁スラットの追加や受信アンテナの整備、ベトナム戦争中の機関砲の搭載や搭載兵器の追加などが行われた。
初めての大規模改修が1973年の近代化改修と寿命延長で、ベトナム戦争を経たF-4Bの残存649機の中の飛行時間が短く、また、激しい空中戦に参加していない148機に対して「F-4J」に準じた能力(エンジンは排気煙軽減装置の追加のみ)とする改修を行い「F-4N」と改称した。海兵隊のF-4BもF-4Nに改修されている。
アメリカ空軍のF-4Dの一部もLORAN航法装置（自機の位置を把握するための装置）の受信アンテナが追加された。また、固定武装として機関砲を搭載したF-4Eも海軍のF-4に装備していた前縁フラップや電子光学望遠鏡、TISEO兼用レーダースコープが追加された。
1967年より生産された522機のF-4Jの内260機も1978年から1987年までに一機当たり180から190万ドルの費用を投じて行われた J79-GE-10B 無煙型エンジンへの換装と前縁スラットの追加による延命改修により「F-4S」となった。
マクドネル社の躍進
マクドネル社は1964年会計年度の総売り上げは8億6,500万ドルの7割を国防総省関係からの受注で占めていた。前年度比で3億ドル増を記録しており、アメリカの経済雑誌「フォーチュン」は1964年11月号で当時のマクドネル社の活況振りを6ページに渡り紹介した。
軍用機生産に限れば売り上げの2億4,500万ドルの大部分がF-4によるものだった。翌年の1965年にはF-4の年間生産数は500機を突破することが既に決まっていた。マクドネル社の敷地面積は50万m²を超え従業員数は3万5千人となった。また、10社を超すアメリカ国内の有力航空宇宙メーカーをおさえてマーキュリー計画の宇宙カプセル開発と生産をNASAから受注している。1939年に15人の従業員とビル2階の間借りでの創設当初から見ると空前の成長だったことが分かる。
だが、創設者であるジェームス・スミス・マクドネルJrはF3H デーモンとF4H ファントムIIの空白期の経験などから浮き沈みの激しい国防総省からの受注に頼っていては心細いと考え、軍事専門の航空機メーカーからの脱却と規模拡大を図り、ベトナム戦争により軍事物資生産に優先された資材の入手難と旅客機受注の伸び悩みにより経営難にあったダグラス社を1968年に吸収合併した。以降マクドネル・ダグラス社となり、ダグラス社の旅客機の製造と共にA-4 スカイホークの生産を引き継ぐこととなった。
マクドネル・ダグラス社は軍民両部門の航空機メーカーとして成長を続け1985年にはヒューズ・ヘリコプター社をも傘下に入れるに至った。
アメリカ海軍・海兵隊への配備
1959年に始まり1960年2月15日に空母「インディペンデンス」における初の離着艦全通試験など一連の航空母艦適合テストで十分な結果を得たアメリカ海軍は1961年に正式にF-4Bの艦隊配備を開始した。
アメリカ大西洋艦隊初のF-4飛行隊となったのは空母「フォレスタル」搭載となる第74戦闘飛行隊だった。太平洋艦隊は1962年に空母「キティホーク」搭載の第114戦闘飛行隊がF-4Bの引き渡しを受けている。
配備開始2年後の1963年時点でF-4保有飛行隊は6個となっていた。この時点でも旧世代のF3H デーモンやF4D スカイレイを運用中でありF8UもF-4と並ぶ主力戦闘機だった。それに対してアメリカ海軍は1965年の時点でF-4を搭載可能なミッドウェイ級以上の空母11隻の全飛行隊へのF-4を配備しようと計画した。1隻当たり二個飛行隊分を配備しようとすると単純計算で244機を必要とし、同時期にアメリカ軍が北ベトナムへの爆撃を開始したこともあり、F-4飛行隊の増強が続いた。
アメリカ海兵隊は海軍への配備開始から一年後の1962年から配備を始めた。F-4Bを初めて受領したのは第531戦闘攻撃飛行隊で、翌1963年には第314戦闘攻撃飛行隊が受領し、同年10月に日本の厚木基地に派遣されている。日本への配備は東南アジアから最短距離にあるためベトナム情勢を鑑みてのことだった。戦争中期頃からは施設の整備の進んだフィリピンの基地を使用するようになった。
ブルーエンジェルス
1969年にF-4Jを導入し全米やヨーロッパでアクロバット飛行を披露した。アジアでは日本や韓国にも飛来している。日本に飛来した際にはその騒音から住民から苦情が寄せられた。その為「もう日本には来ない」とブルーエンジェルスのメンバーは激怒したという。これが原因なのかは不明だが以降ブルーエンジェルスは来日していない。1974年に、A-4F スカイホークに機種転換した。
サンダーバーズ
ブルーエンジェルスと同じく1969年にF-4Eを導入した。こちらも1974年にT-38A タロンに機種転換した。
湾岸戦争
1991年に勃発した湾岸戦争にもF-4が投入された。この時は制空任務等を後継機であるF-15などに譲り、作戦運用上最後の派生型となったF-4Gがワイルド・ウィーゼルの任に就いた。
アメリカ軍からの退役
アメリカ海軍では1973年よりF-14の配備に伴い徐々に数を減らし、1986年に空母「ミッドウェイ」搭載のF-4とA-7がF/A-18へ機種転換したことで全機が空母上から退役した。予備役飛行隊に配備された機体も翌年には姿を消している。
アメリカ海兵隊ではF/A-18への更新により1992年に全機退役した。
アメリカ空軍ではF-15やF-16の配備が進むにつれて戦闘機としては一線から徐々に退いていたが、SEAD専用機材であるF-4Gは湾岸戦争に投入された。しかし、老朽化と陳腐化は否めず、無人標的機（QF-4Bなど）に改造されたものを除き、1991年の湾岸戦争を最後として実戦配備からすべて引退している。一部空軍州兵での使用は続いていたが、1996年のアイダホ州軍F-4Gを最後に米空軍予備役からの引退も完了した。エドワーズ空軍基地にあるアメリカ空軍テストパイロット学校のテストパイロットの養成課程ではF-4が使用されていたため、状態の良い機体や補修部品はここに集められた。
無人標的機型QF-4は、2016年8月17日に最後の任務(F-35の支援)を終えた。最後の機体はF-35よりミサイルを発射されたが兵器テストの詳細な条件やシナリオは不明ながら、同機は無傷で帰還している。最後の飛行は2016年12月21日に行われ、QF-4は退役した。後継はQF-16である。
現在の運用状況
初期設計から約60年、初飛行から優に50年以上を経た2015年時点においても、日本の航空自衛隊をはじめとして、ギリシャ空軍、エジプト空軍、韓国空軍、イラン空軍、トルコ空軍の6ヵ国で配備・運用中である。
アメリカ空軍のテストパイロット学校では、教育用として武装を撤去し計測用センサーを搭載した練習機型を数機運用している。
改良・近代化改修の計画が各国で進められており、そのまま2010年以降も使用し続けられる見込みである。この他、アメリカ国内にて非営利団体が1機のF-4Dを飛行可能状態で保存しており、アメリカ空軍デビスモンサン空軍基地においてモスボール状態で保存されているものも存在する。
※各国の詳細については、下記の海外の採用国と派生型一覧を参照のこと。
海外の採用国と派生型一覧
F-4は多数輸出されており、その運用国も多岐にわたるが、外国への供与・売却の大半を占めたのは、ベトナム戦争後期から戦争終結後に生産されたF-4Eであった。F-4Eには戦訓を取り入れた改良も施されていたが、平和の到来やF-15 イーグル/F-16 ファイティングファルコンへの更新によって余剰ぎみになっていたという事情もある。
同じ米空軍仕様のF-4C/Dの供与・売却が少なかったのはベトナム戦争で多くの機体が損傷し、また機体も疲労が蓄積しているため長期の運用に不向きとされたことによる。
F-4を運用したのは開発国のアメリカのほかに政治的に親密だった日本やイスラエル、和平に合意しイスラエルとの友好関係を築いたエジプト、革命まではアメリカの重要な同盟国でオイルマネーを持つ重要顧客でもあったイラン、北大西洋条約機構（NATO）加盟国であり対ソ戦において地政学的に重要な位置にあるトルコとギリシャ、アメリカへの基地提供の見返りを望んでいたスペイン、英語圏の同盟国であるイギリスとオーストラリア、東西対立の最前線ドイツ（旧西ドイツ）、極東地域の大韓民国など11ヵ国に上り、冷戦下で同盟国の防空能力向上を図ったアメリカの戦略が見て取れる。
運用国によって異なる使用・運用目的に合わせた派生型や近代化計画が多数存在する。