F-22 (戦闘機)

F-22は、ロッキード・マーティン社とボーイング社が共同開発した、レーダーや赤外線探知装置などからの隠密性が極めて高いステルス戦闘機。愛称は猛禽類の意味のラプター。空戦による戦闘空域の制圧を任務とする制空戦闘機として、開発元のロッキード・マーティン社はAir Dominanceというキャッチフレーズを用いている。

1. 概要
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アメリカ空軍のF-15C/D制空戦闘機の後継機として、ロッキード・マーティン社が先進戦術戦闘機計画に基づいて開発した、第5世代ジェット戦闘機に分類される世界初のステルス戦闘機。ミサイルや爆弾の胴体内搭載などによるステルス特性や、ミリタリー推力での超音速巡航能力を特徴とする。そのステルス性の高さなどから、世界最高クラスの戦闘能力を持つとされる。

同空軍が運用するF-15E 戦闘爆撃機と同じく多用途戦術戦闘機に分類されるが、ステルス性能の追求を優先したため対地兵装の搭載能力は限定的であり、ステルス特性を生かして効果的に対空装備を無力化したり、より空戦能力側に振った能力を生かすことにより、先代のF-15の航空優勢を超え戦域全体の支配を目指す航空支配戦闘機と言える。

冷戦下に開発が行われ、アメリカ空軍の試算では1996年からの調達で最終的には750機の配備を予定していた。しかし、開発の遅れや冷戦の終結に伴って、機種転換訓練向けに2003年から配備が開始され、実戦部隊が運用を開始したのは2005年12月だった。最終的な装備機数は187機 で、開発費の高騰や生産数の大幅縮小により、一機当たりのコストは約1億5,000万ドルに達している。

当初は転換訓練などのための複座型としてF-22Bを生産する予定だったが、予算の縮小や地上シミュレータで完全に代替可能とされたため生産されていない。また、F-22をベースとした派生型の開発も計画されていたが、コスト高などから実現していない。冷戦終結後の国防予算削減政策に加えアメリカ合衆国の財政悪化やコストの高騰、さらに米国のサブプライムローンに起因する2007年の世界金融危機も重なったことから、2009年度の調達分により当初予定を大きく繰り上げて生産終了が決定し、2011年末に最終号機である195号機がロールアウト、2012年5月2日に引き渡しが行われた。

2. 開発経緯
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アメリカ空軍は、1985年10月にアメリカ国内の航空機メーカー7社に対して要求したATFのコンセプトデザインから1986年7月にロッキード社とノースロップ社の2案を選定の上で実機開発を5社2チームへ発注し、ロッキードのチームはYF-22、ノースロップのチームはYF-23をそれぞれ2機ずつ製造した。

搭載するエンジンについても競争試作としてプラット・アンド・ホイットニーのYF119-PW-100とGEのYF120-GE-100を開発した。

評価試験は2種の試作機と2種のエンジンの組み合わせからなる4機で進め、1991年に評価の詳細を非公開としたままでYF-22とYF119-PW-100の組み合わせの正式採用を決定した。YF-22およびYF-23の4機の試作機、及びYF119とYF120両エンジンの開発には、約38億ドルの費用が費やされた。

F-22選定後、1991年8月にロッキード社は先行量産型開発の契約を受け単座量産型と複座量産型の設計作業を開始する。製作された2機の試作機も量産機開発のために引き続き投入され、試作1号機は技術立証機となり、2号機はエドワーズ空軍基地にて同年10月23日より飛行試験を開始したものの1992年4月に飛行試験中の墜落事故で主翼や尾翼を一部破損した上に火災も起こした。

1992年6月に終了した単座・複座量産型の設計作業ではエアブレーキの廃止や空中給油口の追加、各部の寸法変更を行った。基本レイアウトの変更はないものの主翼後退角を48°から42°へ減らし、合わせて水平尾翼の後退角も42°とし、垂直安定板は外側に28°傾け、各翼の面積や形状も変更している。

1993年4月の先行量産型1号機の製造開始時点で、冷戦の終結に始まる国防費の削減やアメリカ軍全体の再編等の影響から調達数は750機から648機へ削減されている。

1994年3月には実物大模型による試験でレーダー反射断面積の目標超過が判明し、原因となったパネルの形状を変更した。

1995年2月に量産機の組み立て作業が承認され、先行機を使用したエンジンや電子機器類などのチェック作業と並行しての組み立てが進み、1997年4月9日に量産型1号機がロールアウトした。この間にも、モックアップの製作まで行われた複座型のF-22Bの導入中止 や451機への調達機数の削減など、導入計画の縮小が進んだ。 画像:Поређење.JPG|YF-22とF-22の形状の差異 File:Lockheed-Boeing-General Dynamics YF-22 Raptor cockpit 3 USAF.jpg|YF-22のコックピット

3. 設計と性能
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F-22は『ステルス性が高いこと』『アフターバーナーを使用しないでスーパークルーズができること』『STOLが可能なこと』という3つのSの要求通りの性能を持っている。

ステルス性を高めることで、相手のレーダーの探知距離を相対的に短くして、相手がこちらを発見する前にこちらのレーダーで相手を発見して、視程外射程の空対空ミサイルで攻撃する戦法が可能になり、ドッグファイトに持ち込まれる可能性は低いとされている。開発元のロッキードマーチン社では｢先制発見･先制攻撃･先制撃破｣と呼んでいる。さらに、約1,000mという短距離での離陸を可能としている。

3.1. 基本構造
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一般的なセミモノコック構造を採用し、素材別の機体重量比はチタニウム6-4 36%、熱硬化性複合素材24%、アルミニウム16%、鋼鉄6%、チタニウム6-22-22 3%、熱可塑性材料1%、その他15%となっている。

F-22ではF-117やB-2などの攻撃機や爆撃機と比較して、より高度なオール・アスペクトのステルス設計 となっている。レーダー探知を可能な限り避けるため、レーダー波を吸収するレーダー波吸収素材を使用するだけではなく、吸収しきれなかったレーダー波を内部反射と減衰を繰り返して吸収するレーダー波吸収構造も採用した。機体表面にはレーダー波吸収素材を含んだ塗料が用いられ、レーダー波は熱へと変換され、これもレーダー反射断面積を低減させる。

また、キャノピー全体、機体外板の継ぎ目、胴体側面、胴体下面の兵器庫扉の前後などを、三角形を組み合わせた形状とし、レーダー反射を特定の方向へ集中させるようになっており、レーダー反射断面積は0.001-0.01m2程度と推定されている。さらに、空気取入れ口ダクト、コクピット、火器管制レーダーなどの電子機器、兵装プラットフォーム、エンジン排気システムなどに被発見性を低下させる工夫が盛り込まれている。

ストレーキの採用や主翼と水平尾翼の間に若干外側に傾けた垂直尾翼を配置するという全体構成は、F/A-18などの従来の戦闘機に先例がある。そのため、先進戦術戦闘機計画にて対抗馬となったYF-23に比べ、驚くほど平凡な外形となった。しかしながら細かく見ると、主翼は複雑な六角形の変形デルタ翼であり、前縁後退角は42度、後縁は17度の前進角となっており、さらに先端付近では42度となっている。前縁は3.25度の下反角が、主翼付け根部で0.5度、翼端で－3.1度の捻りがそれぞれ付けられており、前縁には前縁フラップ、後縁には外側に補助翼と内側にフラッペロンを装備している。照射されたレーダー波を特定方向に反射するために機体を構成する角度は可能な限り同一になっている。更には主翼の後縁の若干の前進角と垂直尾翼とエアインテーク部分についてもほぼ同角度の傾斜を持たせている。機体の平面と平面を繋ぐ曲面部分は「コンティニュアス・カーバチャー」と呼ばれる連続的な曲率を用いたデザインとするなど、随所にステルス性向上のための高度な設計を施している。1980年代以降の主流ともいえるカナード付きデルタ翼形式を採用せず、あえて時代に逆行したかのような設計になっているのも、ステルス性を優先した結果である。

水平尾翼は全体が可動する全遊動式であり、垂直尾翼の方向舵は左右の方向舵を内側に向けることでエアブレーキとして機能する。これにより、YF-22では機体背部にエアブレーキを搭載していたのを、F-22ではこれを廃止した。また、燃料タンクは機体前部、及び左右の主翼内部に備わっている。

キャノピーは厚さ9.5mmのポリカーボネートを2枚重ね合わせて成形されており、F-117と同じように金を蒸着コーティングすることでコックピット内部へのレーダー波の進入を防いでいる。

機体の部品点数は従来機に比べて非常に少なく、F-15Eの三分の一以下しかない。これは機体構造のフレームピッチが広くなり個々の機体部品が大型化したこと、ステルス化のために機体外板の継ぎ目を減らすことを必要としたことによる。このため、部品製作の工作機械に対する初期投資が大きくなっている。部品点数の少なさは大量生産時の生産効率の向上に寄与するものの生産数が少ないためにその効果は現れず、また、生産設備コストが開発コストと並び機体単価の多くの割合を占めるに至っている。 画像:F-22 cockpit close-up.jpg|ステルス性を考慮したポリカーボネート製のキャノピー 画像:F22A Raptor - RIAT 2010 .jpg|機体正面
エアインテークが垂直尾翼や機体背面とほぼ同角度の傾斜となっているのが分かる 画像:Defense.gov photo essay 110302-F-KX404-077.jpg|空中給油態勢
フライングブーム方式を採用している

3.2. エンジン
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エンジンはプラット・アンド・ホイットニー社のF119-PW-100を2基搭載する。ミリタリー出力でのスーパークルーズ能力を実現するため、従来の低バイパスターボファンエンジンよりも更にバイパス比を小さくしているとされる。アフターバーナー使用時の最大推力は35,000   lbとされるが、不使用時のミリタリー最大推力は未公開である。 スーパークルーズについては、アフターバーナーの使用なしで最大巡航速度マッハ1.58となっている。ただし、マッハ1.7まで到達したという発表もある。短時間で大量に燃料を消費するアフターバーナーを使用しないスーパークルーズには、従来の戦闘機以上に高機動運動を長時間にわたって行うことが可能であるとともに、赤外線放出量を抑えて赤外線誘導型の敵ミサイルからの追尾を避ける効果もある。

常用高度4万フィートでのスーパークルーズという、方向舵や昇降舵など空気力学的機体制御の効果の低い超音速域や大気密度の低い高高度飛行時において運動性を確保することを目的として、F-15 S/MTDの実験で開発された上下方向に20度まで推力軸を傾けることができる二次元式の推力偏向パドルを採用している。これは、速度や主翼の迎え角とは関係なく機体のピッチング制御を可能とするものであり、低速または大迎え角での飛行時では水平安定板の効きが低下するため、その際のピッチ操縦において使用される。TV排気ノズルを低速度・低高度域でも積極的に使用して機動性向上を目指しているロシア製戦闘機とは主目的が異なるため、複雑な作動をするロシア製TVノズルと異なり非常にシンプル機構となっている。パドル自体は、耐熱セラミックとマトリックス製の電波吸収材が使用されており、形状も平板にして、エンジンからの排気ガスを素早く拡散できるようにしている。操作系統は通常のフライ･バイ･ワイヤの操縦ソフトウェアに組込まれており、パイロットは推力偏向のための特別な操作を行う必要はない。そのため、遷音速域でもF-15を上回る旋回性能を発揮し、パイロットの技量に頼らず高い格闘戦性能を誇る。

遠心力は速度の二乗に比例し半径に反比例するため、超音速域での旋回では容易に高い遠心力を生じる。そのため、パイロットの体を保護する新型の耐GスーツCE-ATAGSを機体と併せて開発した。 画像:F22 Parked.jpg|後部から見た推力偏向ノズル、形状は平板としている 画像:F-22F119.JPG|アフターバーナーを使用するF-22

3.3. アビオニクス
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アクティブ・フェーズド・アレイ方式のAN/APG-77を火器管制用レーダーとして機首に搭載している。レーダー自体はステルス性とは相容れないものであるが、APA方式は電波の横漏れが少なく電磁輻射を低く抑えることで、従来の機械走査式レーダーに比べて自己の位置を暴露しにくい。また、周波数拡散技術により特定周波数での出力が低く抑えられた低被探知レーダーレーダーとなっており、また、約250km先の目標を探知できる能力と多様なモードとの組み合わせにより、広いレーダー視野、長い捜索･追跡距離能力、信頼性を持っており、「ファーストルック・ファーストショット」の最重要要素となっている。また、レーダーが探知した目標の種類を特定して、その情報を三次元で画像化することも可能とされている。対電子妨害能力を有しており、広い周波数帯の妨害電波を全方位に発信するが、新しいタイプでは、目標が使用しているレーダーの周波数帯に合わせた妨害電波を発信することが可能となっている。また、相手の発するレーダーや通信電波を逆探知して方向を解析するESMを備えている。

EWシステムは、レーダー警戒機能とミサイル発射探知機能を有しており、無線周波数警戒および妨害とミサイル発射探知機能などを持つAN/ALR-94電子戦サブシステムとフレアーを納めるAN/ALE-52フレアー･ディスペンサーで構成されている。AN/ALR-94は、広い周波数帯でのレーダー電波を受信する装置であり、機体各所に埋め込まれた30個以上の探知用のアンテナにより、機体全周360度の探知や監視能力を持っている。また、460km以上先から発信されるレーダー電波を探知することが可能とされているが、詳細は不明である。

電子機器はリスク分散のため複数搭載されており、電子機器モジュールには列線交換ユニットの採用により整備性を高めている。また、電子機器の冷却には、空気を機外から取り込んでから放出する方式では、超音速飛行時において冷却用の空気を取り込むことが難しいのと熱の帯びた冷却用の空気が赤外線で探知されるため、環境制御システムにより冷却用の空気を内部循環させる方式としている。飛行操縦系統には3重のフライ・バイ・ワイヤを使用しており、パイロットがオーバーGを起こすような操縦をしても、機体の動きを止めて自動的に飛行可能領域内に戻すことができる自動構造荷重制限機能や推進装置の制御機能を統合した機体管理システムを備えており、飛行姿勢の安定性は高い。また、パイロットがブラックアウト・レッドアウトを起こしたり、平衡感覚が狂ったりした場合には、操縦桿を離すことで機体を自動的に水平状態に復帰させる機能もある。

F-22の電子機器システムは2基の『CIP(共通統合プロセッサー）（8th
FS）