Boom社のXB-1実証機は、独自に開発された初の超音速ジェット機であり、アメリカで製造された初の民間用超音速ジェット機だ。
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XB-1は 2024年3月に初飛行して以来、着実に速度を上げながら11回の厳しいテスト飛行プログラムを経てきた。そして今、XB-1は超音速飛行の準備が整ったという。
モハベから生中継
XB-1が音速の壁を破る歴史的な瞬間をライブでリアルタイム配信する。Boomの目標は、XB-1の初の超音速飛行をライブストリームで共有することから始めて、超音速をすべての人に届けることだという。
T-38追跡機にStarlinkユニットを搭載することでライブ配信が実現し、ユニークな空対空ビューで飛行中のXB-1を見ることができる。
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飛行予定日：January 28, 2025 at 6:45am PST/9:45am EST/2:45pm GMT
BoomのチーフテストパイロットのTristan “Geppetto” Brandenburg氏が、XB-1の超音速飛行に向けての準備方法と飛行中に予想されることについて語った。
――XB-1の超音速飛行の飛行経路は何ですか?
Geppetto氏：Boomは、カリフォルニア州モハベのエドワーズ空軍基地付近のBell X-1超音速コリダーとBlack Mountain超音速コリダーという2つの特定の空域での飛行を許可されています。1947年、チャック・イェーガー氏は、この空域で音速を超えた最初の人物となりました。彼の飛行機は、Bell X-1です。
XB-1の超音速飛行は30分から45分です。1回の超音速飛行は約4分続くと予想されます。
――XB-1の超音速飛行の正確な速度をどのように決定するのでしょうか?
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Geppetto氏：私たちの最初の超音速飛行はマッハ1.1です。遷音速領域では、航空機のさまざまな部分上の局所的な気流がさまざまなタイミングで亜音速から超音速に、そして再び亜音速に遷移するため、0.95から1.1の間でかなりの不確実性があります。（これにより衝撃波が相互作用し、抗力が急激に増加し、航空機にかかる圧力と負荷がモデル化や正確な予測が難しい方法で変化する可能性があります。）このエンベロープ領域を正確にモデル化することは困難であり、これらの速度では細心の注意が必要です。
――地上の人々はXB-1の最初のソニックブームを聞くことになるでしょうか?
Geppetto氏：XB-1のマッハ1.1での最初のソニックブームは、おそらく地面には到達しないでしょう。私たちは34,000フィートで飛行する予定なので、そのエネルギーは機体と地面の間の垂直距離約6マイルで消散すると思われます。
――XB-1 のシミュレーターでどのくらいの頻度で練習しますか?
Geppetto氏：飛行の前には必ず、XB-1シミュレーターで数回練習します。空域と燃料管理を練習するのに非常に便利なツールです。また、新しい状況で航空機がどのように動作するかを最も正確に予測することもできます。
テストポイントに加えて、私は常に、非常に都合の悪いタイミングでのエンジン故障や、慣性航法システム（INS）と安定性増強システム(SAS) が故障した状態での着陸など、いくつかの緊急シナリオを練習します。最後に、制御室全体でプロファイルを少なくとも2回実行します。1回は飛行が予想どおりに進んでいる場合、もう1回は何らかの障害または緊急事態が発生した場合です。
――超音速まで加速するとどんな感じでしょうか?
Geppetto氏：よくある誤解は、パイロットが超音速で極度のGを感じるというものです。これは真実ではありません。
航空機が所定の対気速度で安定し、旋回していない状態（加速していない状態）になると、重力（1g）のみを感じます。x軸（推力の方向）の加速は目立ちますが、1 gよりはるかに小さいです。航空母艦からカタパルトで発射されたジェット機は、最大推力でも、パイロットにXB-1で感じるよりもはるかに大きなx軸の加速を与えます。
――亜音速から超音速まで加速するとどんな感じでしょうか?
Geppetto氏：亜音速から超音速への実際の加速は、かなり緩やかです。遷音速抗力上昇と呼ばれる現象があり、一定のマッハ数で航空機の抗力が急激に増加します。すべての航空機には抗力発散マッハ数があります。亜音速飛行用に設計されていない航空機の場合、この数値はマッハ0.8まで低下することがあります。
XB-1の抗力発散マッハ数はマッハ0.95前後です。抗力は上昇し続け、マッハ 1.0付近でピークに達します。XB-1では、抗力はマッハ 1.1付近で減少し始めます。この遷音速での抗力上昇は、「音速の壁」という用語の由来の1つです。第二次世界大戦中および戦後間もなく、高速飛行機のパイロットは、抗力の増加など、音速に近づくといくつかの現象が発生すると報告しました。この現象は、物理的な障壁によって飛行機が音速を超えることができないという印象を与えました。
一部の航空機は超音速飛行が可能ですが、遷音速抗力上昇による水平飛行での加速が困難です。これらの航空機は超音速を達成するために、高高度から遷音速抗力上昇を通り急降下することで位置エネルギーを運動エネルギーと交換し、その後、より低い高度で水平超音速飛行を達成します。超音速飛行用に設計されていない他の航空機は、急降下で瞬間的に超音速飛行を達成できるかもしれませんが、それを維持することはできません。XB-1は遷音速抗力上昇を通り、水平超音速飛行を維持するように設計されています。
――XB-1がマッハ1.1まで加速する際にはどのようなことが予想されますか?
1.ピトー静圧の不安定性または不正確さ
2.ピッチトリムの変更と感度
3.ピッチ感度
1.衝撃波中のピトー静圧の不安定性または不正確さ。
Geppetto氏：衝撃波は、極めて短い距離で密度、温度、圧力がほぼ瞬時に変化します。
対気速度と高度は圧力測定を使用して計算されます。ピトー管(発明者のアンリ・ピトーにちなんで名付けられました)は、全気圧と静圧を測定します。全圧と静圧の差が衝撃圧であり、そこから速度が計算されます。
衝撃波が静圧ポートを通過すると、対気速度と高度が突然上昇するのを目にすることがあります。この「上昇」はT-38やF-5でも発生します。このことから、これらの航空機では超音速飛行をしていることがわかります。
XB-1には2つの独立したピトー静圧システムがあり、主システムは長くて細いノーズ ブームで、その最前部にピトー管があります。これは誤差を最小限に抑えるためのものですが、衝撃波が静圧ポートを通過するときにわずかな変化が生じる可能性があります。副システムはコックピットに近いです。これまでのところ、両方のシステムで高度と対気速度の間には良好な相関関係が見られましたが、超音速時には副システムがわずかに不正確になる可能性があります。
2 ピッチトリムの変更と感度
Geppetto氏：XB-1はまだ亜音速ですが、機体の一部、特に翼の上を流れる気流は超音速です。翼とエレベーター (ピッチ制御面) の上を流れる気流が加速すると、気流が超音速から亜音速に移行する箇所に衝撃波が形成されます。マッハ1に近づくにつれて、衝撃波は表面を後方に移動します。衝撃波が移動すると、圧力の中心も移動します。
通常、亜音速では、圧力の中心は翼弦の1/4付近、つまり翼の長さの25%下にあります。超音速では、圧力の中心は翼弦の1/2付近、つまり翼の中央にあります。この圧力の中心のシフトにより、機首を下げるピッチングモーメントが発生します。
一般的に、ほぼ例外なく、航空機が加速すると、パイロットは水平飛行を維持するために機首を下げる必要があります。しかし、遷音速で加速する間は、機首を上げる必要があると予想されます。これはシミュレーターでモデル化されており、私はほとんど気にならないほど練習しました。
3 ピッチ感度
Geppetto氏：XB-1の飛行準備として、私はフロリダのスターファイターズ インターナショナルでF-104を飛行しました。私たちのモデルでは、XB-1はSASをオフにするとF-104と最も似た操縦性になることが示されました。
その飛行から得られた重要な教訓の1つは、遷音速加速中にピッチ制御が極めて敏感になることでした。対気速度が増加すると、エレベーターの角度がわずかに変化すると、ピッチモーメントがますます大きくなり、したがってピッチレートも高くなります。この高い有効性と圧力中心の移動を組み合わせると、航空機が敏感になり、場合によっては予測不可能になることは想像に難くありません。
――飛行範囲を拡張するとはどういう意味ですか?
Brandenburg氏：XB-1の初期飛行では、基本的な操縦性（パイロットの入力に対する航空機の反応）と、着陸装置の伸長と格納、環境制御システムの検証、安定性増強システム（SAS）のテストなどのシステムチェックアウトに重点が置かれました。4回目の飛行以降は、エンベロープの拡張、つまり、最初の超音速段階に備えて対気速度と高度をゆっくりと計画的に増加させることに重点が置かれています。高度と対気速度の新しい組み合わせごとに、主にフラッターマージンと飛行特性/操縦性を評価します。
――フラッターマージンとは何ですか?
Brandenburg氏：フラッターは空力弾性不安定性の一種です。これは、航空機の空力、慣性、弾性力が相互作用して発散振動を引き起こすときに発生します。フラッターの発生は非常に急速に発生する可能性があり、その結果、操縦面が失われるか、航空機にその他の壊滅的な損傷が発生する可能性があります。そのため、私たちは非常に注意を払っています。
安全を確保するため、フラッター励起システム (FES) を使用して飛行中の航空機を振動させ、加速度計で構造の反応を測定します。制御室のエンジニアは、構造の減衰を計算し、減衰を以前の状態と比較し、次の状態を推定します。構造が振動を減衰し続けると予想される限り、安全に作業を進めることができます。不確実であったり、振動が時間の経過とともに小さくなるのではなく分散したり大きくなると考えられる場合は、作業を続けるのは安全ではありません。
――飛行特性と操縦特性とは何ですか?
Brandenburg氏：飛行特性と操縦特性は、外乱に対する航空機の自然な反応です。小さな衝撃に遭遇した場合、航空機は振動し続けるのでしょうか、それとも安定するのでしょうか?
私は、ダブレットやステップ入力などの基本的な操縦を使用して飛行特性をテストし、航空機の自然な反応を刺激して観察します。フライト7では、ペダルダブレット （各ラダーペダルに対する2つの小さく速いパルス）に対する反応が、非常にわずかに減衰した反応をもたらすことがわかりました。飛行機は数秒間前後に揺れ続けました。これは予想外のことだったので、それに応じて安定性増強システム(SAS)の制御法則を変更し、問題を修正することができました。
操縦特性とは、飛行機を自分の思い通りに動かすのがどれだけ簡単かであると私は考えています。これはより主観的なテストであり、飛行機について私がどのように「感じる」かに帰着しますが、飛行特性は操縦特性の評価と大きく関係しています。
――対気速度とは何ですか?
Brandenburg氏：フラッターと飛行/操縦性はどちらも対気速度に左右されます。飛行試験で対気速度について話す場合、通常はマッハまたは動圧のいずれかを指します。
マッハ数は、音速に対する対気速度を表します。マッハ0.95は音速の95%を意味します。一方、動圧は、気流が航空機に及ぼす圧力の量を指します。これは通常、ノット等価対気速度（KEAS）で表されます。
KEASは動圧に直接比例しますが、飛行士が理解しやすい速度単位にスケールされます。マッハ数が固定の場合、高度とともに減少します。飛行テストでは、マッハ数または動圧のみを独立して変更して、フラッターマージンと飛行品質への影響を判定できます。
――テスト飛行に向けて、どのように精神的に準備しますか?
Brandenburg氏：テスト飛行に対する心の準備は、私のキャリアを通じて進化してきました。航空学校では、飛行前には緊張し、吐き気を催すほどでした。主に自分ではコントロールできないことが原因でした。それは多くのエネルギーの無駄と苦痛でしたが、幸いなことに、私はそれを乗り越える方法を学びました。
XB-1で飛行する前には今でも緊張しますが、それは健全なことだと思っています。緊張しなかったら、真剣に取り組んでいなかったり、リスクを無視していたりすることになります。私の心の準備プロセスは、今では決まった儀式ではありませんが、いくつか重要なことがあると思います。
まず、信仰は常に私の準備の重要な部分でした。私は、神が私に与えてくれた能力と機会、これまで私を助けてくれた人々、そしてコックピットで一人ではないという信念に心から感謝しています。私はいつも梯子の下で祈りを捧げ、それらのことを思い出して、感謝すべきところは感謝します。私の祈りはいつも同じではありませんが、「宇宙飛行士の祈り」が通常その一部になっています。
ブリーフィングの準備も、精神的な準備の大きな部分を占めます。これを行うと、飛行のあらゆる側面と、それをチームの他のメンバーにどのように伝えるかを考え、各側面を書き留める必要があります。このプロセスにより、ブリーフィングのすべての要素が頭の中に定着し、計画に安心感を抱くのに大いに役立ちます。
シミュレーターで操縦すると、飛行機に対する自信もつき、飛行がほぼ筋肉の記憶のように感じられるようになります。シミュレーターは非常に効果的なツールで、飛行がほぼ自動的に行われるようになりました。
XB-1での初飛行（フライト2）のコックピットビデオを見ると、呼吸数が増し、ブレーキを離す直前に深呼吸しているのがわかります。その時点では緊張していたのを覚えています。車輪が地面を離れると緊張は消え、まるで自分の家にいるような気分になりました。それは主に、シミュレーターで過ごした時間のおかげです。
最後に、迷信ではなく、一貫性が大切です。毎回同じことを同じ順序で行うと、何かを忘れたかどうかに気づきやすくなります。そのため、ヘルメットバッグのパッキングから飛行前点検、チェックリストの確認まで、常に同じ手順に従うようにしています。
