戦争時の非常用電力: 重要な戦闘シナリオで戦術的優位性を発揮

By Fouad Sabry

戦争非常用電力とは

「戦争非常用電力」(WEP) という用語は、第二次世界大戦中に米国が使用した一部の軍用航空機エンジンに最初に実装されたスロットル設定を指します。これは緊急事態での使用を目的として設計されており、エンジンの標準定格出力の 100% 以上を短時間 (多くの場合約 5 分) 出力できます。当時は WEP として知られていなかったかもしれませんが、米国以外の軍隊によって配備された同様のシステムも現在では WEP と呼ばれることがよくあります。たとえば、ドイツ空軍の 緊急給付金 やソ連の VVS の アフターバーナー システムがそのようなシステムの例です。

メリット

(I) 次のトピックに関する洞察と検証:

第 1 章: 戦時非常用電力

第 2 章: アリソン V-1710

第 3 章: ターボファン

第 4 章: ターボジェット

第 5 章: BMW 801

第 6 章: アフターバーナー

第 7 章: ゼネラル・エレクトリック F110

第 8 章: ゼネラル・エレクトリック F101

第 9 章: Pratt &ホイットニー R-2800 ダブルワスプ

第 10 章: ロールスロイス ダート

(II) 戦争時の非常用電力に関する一般の最もよくある質問への回答。

本書の対象読者

専門家、学部生および大学院生、愛好家、趣味人、およびあらゆる種類の戦争時の非常用電力に関する基本的な知識や情報以上のものを求めている人々。

• Language: 日本語
• Publisher: 10億人の知識があります [Japanese]
• Release date: Jun 24, 2024

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第1章 戦時非常権

戦争非常用電源は、WEPとも呼ばれ、第二次世界大戦中に米国が使用した特定の軍用機エンジンで利用可能だったスロットル設定です。これは緊急時に利用されるように設計されており、短時間(多くの場合約5分)でエンジンの標準定格出力の100%以上を生成することができました。当時はWEPとして知られていなかったかもしれませんが、米軍以外で採用されていた同様のシステムは、現在でもWEPと呼ばれることがよくあります。このようなシステムの例としては、ドイツ空軍が使用したNotleistungシステムや、ソビエトのVVSが使用したforsazhシステムなどがあります。

スロットルレバーのスロットにワイヤーを張るなど、通常の最大出力を制限する機械的な停止があります。ただし、プッシュがより強力になると、ワイヤーが断線し、追加の電力が可能になります。P-51Hマスタングは、通常任務中に1,380馬力(1,030kW)と評価されました。しかし、WEPは最大2,218馬力(1,654kW)を発揮することができた。これによりマーリンIIIのエンジン定格は1,310馬力 (980 kW) に向上し、250馬力 (190 kW) 以上増加した。パイロットはエマージェンシーブーストの使用状況を日記に記録することが義務付けられ、5分以上連続して使用しないよう警告された。

ドイツのMW50に搭載されたメタノール水噴射システムは、貯蔵タンクに加えて追加の配管を必要とし、その結果、航空機の総重量が増加しました。フォッケウルフ Ta 152H 高高度戦闘機は、両方のノトライスタング システムを装備できる数少ないドイツの航空機の 1 つであり、両方のシステムが初めて一緒に使用されたとき、時速約 470 マイル (時速 756 キロメートル) の速度を達成することができました。クルト・タンクは、1945年4月にP-51Dマスタングの飛行から逃れるために、両方のブーストシステムを同時に使用してこれを行ったと言われています。彼はMW 50とGM-1の両方を搭載したユンカースJumo 213Eを搭載したTa 152Hプロトタイプを操縦していました。

MiG-21bis戦闘機で発見されたWEP機能は、ほぼ間違いなく最も印象的なものでした。これは、次世代のMiG-29が就役するまでの間、より高度で強力なアメリカのF-16およびF/A-18戦闘機に対抗するための暫定措置でした。基本的なソビエト軽戦闘機のこの後期型は、その場しのぎの措置として製造されました。

Tumansky R-25エンジンの改良版がMiG-21bisに搭載され、初期のR-13エンジンの標準9,400 / 14,600 lbf(42 / 65 kN)の通常およびアフターバーナー出力設定を保持し、一方、過回転から106%への緊急推力ブーストと、2番目のアフターバーナー燃料ポンプからのアフターバーナー燃料の増加により、 車両はできました。

戦時中、このブースト能力を利用すると、2分間で最大推力21,900 Lbf (97.4 kN)となった。

MiG-21bisは毎分50,000フィート(秒速254メートル)の上昇率を達成し、推力重量比は1:1をわずかに上回る、ドッグファイトでF-16の能力に匹敵した。

WEP推力の毎秒は、WEPなしで何分も走ったのに匹敵するという事実のために、MiG-21bisによる空中戦訓練中のWEP推力の使用は最大1分間に制限されました。これは、オーバーホールとオーバーホールの間に経過した800時間のエンジンへの影響を軽減するために行われました。R-25は、WEPが選ばれたとき、長さ16フィート(5メートル)のブロートーチエキゾーストを製造しました。「ダイヤモンド・レジーム」という名前は、炎の内側に見える6つまたは7つの明るく光る苐形の「ショック・ダイヤモンド」から、非常用電源の設定に付けられました。

F-15戦闘機のエンジンは、Vmaxスイッチのおかげで、22度高い温度で発射され、毎分約2%の回転数の増加が可能です。安全ワイヤーで固定されています。パイロットは、戦闘中にVmaxスイッチを引くと、わずかに余分な推力を受けます。一方、エンジンはメンテナンスと完全なオーバーホールが必要になります。

さらに、WEP機能は、現代のいくつかの軍用水上車両で利用されています。2011年に退役したアメリカ海兵隊遠征戦闘車は、ドイツのメーカーMTUが製造した12気筒、1,200馬力(890kW)のディーゼルエンジンを搭載していた。EFVのパワートレインは、遊泳姿勢のときに開回路海水冷却を利用することで、2,700馬力(2,000kW)まで高めることができます。MTUエンジンは、4つの巨大なウォータージェット排気を駆動することができ、表面効果のあるEFV車両を最大35ノット(時速65キロメートル)の海速まで加速します。この極端な戦闘力の設定は、MTUエンジンに必要です。

EFVの試作機は陸上と水中の両方で革命的な性能を発揮したにもかかわらず、大幅にブーストされたパワープラントの信頼性は厳しい軍用基準を満たすことはなく、この車両は海兵隊によって運用されることはありませんでした。

注水

メタノールと水を組み合わせたドイツのMW50

亜酸化窒素注射、ドイツ語ではGM1としてよく知られています

Forsazhはロシア語です。

プロパン注射

{チャプター1終了}

チャプター2:アリソンV-1710

第二次世界大戦中、アメリカで開発され、運用された唯一のV型12気筒液冷エンジンは、アリソン・エンジン・カンパニーが設計・製造したアリソンV-1710航空エンジンでした。ロッキードP-38ライトニングにはターボチャージャーを装備したバージョンがあり、これらのバージョンは高高度で並外れた性能を提供しました。さらに、ターボ過給機は実験的な単発戦闘機にも搭載され、結果は同等であることがわかった。

アメリカ陸軍航空隊(USAAC)はV-1710の開発計画の初期段階でターボチャージャーを好んだため、アリソンのV-12設計に適した機械駆動遠心式スーパーチャージャーの開発にはあまり労力が費やされませんでした。これは、英国のロールスロイス・マーリンなど、友好国の他のV型12気筒エンジンがすでにこのスーパーチャージャーを使用していたという事実によるものです。

一般的に言えば、V-1710のより小さな寸法またはより低コストのバージョンが必要な場合、より高い高度では性能が低下しました。一方、V-1710はターボチャージャー付きで傑出した性能を発揮し、特にP-38ライトニングは大規模な生産生産のかなりの部分を占めました。

ゼネラルモーターズのアリソン部門は、1,000馬力 (750 kW) を発生し、新世代の流線型爆撃機や戦闘機に組み込むことができる現代的なエンジンに対するアメリカ空軍(USAAC)の要求を満たすために、1929年にエチレングリコール冷却エンジンの開発に着手しました。製造プロセスを簡素化するために、新しい設計にはさまざまなプロペラギアシステムとスーパーチャージャーを装備することができます。これにより、爆撃機や戦闘機など幅広い航空機のエンジンを1つの生産ラインで製造できるようになります。

アメリカ海軍(USN)はV-1710を硬式飛行船アクロンとメイコンに利用する意図を持っていた。その代わり、この2隻はドイツで製造されたマイバッハVL IIエンジンを搭載していた。1932年12月、アメリカ空軍は最初のV-1710航空機を取得しました。世界恐慌は開発プロセスを遅らせ、次にエンジンが本格的に試されたのは1936年12月14日で、コンソリデーテッドXA-11Aテストベッドでテストされた。1937年4月23日、V-1710-C6は1,000馬力 (750 kW) で150時間の型式試験を成功させた最初のエンジンとなった。この偉業を成し遂げたのがエンジンです。その後、このエンジンは航空機メーカーに提供され、カーチスXP-37の試作機に搭載された。ロッキードP-38、ベルP-39、カーチスP-40の原動力となり、これらはすべて新しい追跡競技に出場するために製造されました。イギリスの軍需物資調達業者からP-40をライセンス生産してほしいという要請に応えて、ノース・アメリカン・アビエーション(NAA)は代わりに、V-1710をNA-73に搭載する独自の改良型機設計を提案した。

V-1710は、60°Vフォーマットで5.5 x 6インチ(139.7 x 152.4 mm)のボアとストロークを持つ12気筒を持ち、1,710.6立方インチ(28.032リットル)の容量を持っています。

バルブトレインの各シリンダーバンクに1つのオーバーヘッドカムシャフトが使用され、各シリンダーに4つのバルブが採用されています。

ゼネラルモーターズは、航空機の動力装置のモジュール設計の哲学を採用し、その結果、エンジン設計は、ビルトイン生産と設置の多様性という同社の哲学の恩恵を受けました。エンジンは基本的な動力部を中心に構築されており、さまざまな取り付けニーズを満たすことができました。これらの要件は、エンジンの後部に適切なアクセサリセクションを取り付け、エンジンの前部に適切な出力ドライブを取り付けることで満たすことができます。ユーザーが希望すれば、ターボスーパーチャージャーを利用することもできます。

P-39、P-63、ダグラスXB-42ミックスマスターは全てV-1710-Eを装備していた。これらの航空機は、一体型の減速機の代わりに、遠隔地に配置された減速機とプロペラを駆動する延長シャフトを持っていました。密結合プロペラ減速機はV-1710-Fシリーズの特徴であり、P-38、P-40、P-51A、ノースアメリカンP-82Eなどの航空機で使用されました。

アクセサリーエンドには、インタークーラーの有無にかかわらず第2段を備えた1速または2速エンジン駆動のスーパーチャージャー、イグニッションマグネトー、およびオイルポンプと燃料ポンプの一般的な選択が装備されていましたが、これらはすべてアプリケーションの要件によって決定されました。出力ドライブはエンジンの前面に取り付けることができ、いくつかの異なるオプションが利用可能です。ドライブには、「ロングノーズ」または密リンクプロペラ減速機、リモートギアボックスへの延長ドライブ、または胴体に取り付けられたエンジンから2つの翼に取り付けられたプロペラを駆動できるギアボックスなど、いくつかの可能な構成があります。V-1710は、クランクシャフトを端から端まで回してエンジンを組み立て、ドライブトレインにスーパーチャージャー、カムシャフト、アクセサリーにアイドラーギアを取り付け、正しい方向に回転するスターターを取り付け、点火順序の変更に合わせて右側のイグニッション配線を再配置することで、出力軸を時計回りまたは反時計回りに回転させることができました。これもデザインの大きな特徴でした。オイルポンプもクーラントポンプの回路も、どの時点でも変更する必要はありませんでした。「トラクター」または「プッシャー」プロペラのいずれかを採用することが可能だったのは、回転方向を逆転させることができ、操作を達成するために最小限の追加コンポーネントのみを使用することができたためです。このアプローチにより、スーパーチャージャーと駆動ギアとスーパーチャージャーの比率を簡単に調整することができました。その結果、エンジンが最大出力を出せる最大高度として、8,000 フィートから 26,000 フィート (2,400 から 7,900 m) の範囲のさまざまな臨界高度定格が設けられた。

V-1710は「高高度」スーパーチャージャーを搭載していないため、しばしば批判にさらされてきた。この比較は、パッカード社がV-1650という名前で製造したロールス・ロイス・マーリン60シリーズエンジンの後の2段式エンジンと比較されるのが一般的である。これらのエンジンは、P-51Bマスタングとそれに続くマスタングで使用されました。アメリカ空軍航空宇宙局(USAAC)は、V-1710を単段過給エンジンと規定していた。さらに、より多くの高度能力が必要な場合は、XP-37(YP-37)、P-38、およびXP-39にも搭載されていた最近開発されたターボスーパーチャージャーを利用することができました。

時が経つにつれて、2段式スーパーチャージャーが有利であることが明らかになり、その結果、アリソンはこの分野でいくつかの努力を始めました。アリソンは、すでに設置されていたエンジン搭載型スーパーチャージャーとキャブレターに加えて、さまざまな組み合わせで補助スーパーチャージャーを取り付けました。P-63は、これらの2段過給エンジンの最初のバリエーションを搭載していました。これらの2段式V-1710エンジンには、インタークーラー、アフタークーラー、バックファイアスクリーン(フレームトラップ)が組み込まれていなかった(ただし、実験機のP-51Jで使用されたV-1710-119は例外で、アフタクーラーは搭載されていた)。2段式マーリンエンジンには、チャージの加熱による爆発やスーパーチャージャーへの逆噴出を最小限に抑えるために、これらすべての保護装置が装備されていた。F-82 E/F/Gモデルに搭載されたGシリーズV-1710は、これらの問題に対処する唯一の手段として、アンチデトネーションインジェクション(ADI)を装備していました。これらの航空機が信頼性とメンテナンスに重大な問題を抱えていたことは驚くことではありません。記録の1つでは、F-82は1時間の飛行ごとに合計33時間のメンテナンスを受ける必要があったと報告されています。

初期のV-1710を搭載したP-39、P-40、およびP-51Aは、最大高度約15,000フィート(4,600メートル)での戦闘作戦に限定されていたという事実にもかかわらず、比較的かなりの数が利用可能であり、ヨーロッパ戦域を除くすべての紛争地域で一部の連合国空軍の主要な戦闘機として機能しました。エンジンは頑丈で、機関銃の砲撃の影響を比較的受けないことが発見された。第二次世界大戦中、V-1710エンジンは1941年6月以降にアメリカ空軍が配備した追跡機の60%以上を動かすために使用されました。

戦争中、アリソンはエンジンを徐々に、しかし着実に改良した。当初の定格は1,000馬力 (750 kW) から徐々に引き上げられ、最終的なV-1710-143/145(G6R/L)は2,300馬力 (1,700 kW) となった。P-38Lの戦時非常出力は1944年までに1,600馬力 (1,200 kW) に達していた。

V-1710-127は低高度で2,900馬力 (2,200 kW)、高高度では1,550馬力 (1,160 kW) を発生する。V-1710-127は最も強力なファクトリーモデルでした。このエンジンはXP-63Hに搭載するように設計され、2,800馬力(2,100kW)の出力で静的試験が行われた。その結果、この潜在的な実験は、戦争が終わったときに終了したため、実行されませんでした。このタイプは、排気タービンを利用して追加の出力を発生させることができたため、ターボコンパウンドエンジンと呼ばれました。これらのタービンはターボスーパーチャージャーの駆動には使用されませんでした。むしろ、エネルギーをクランクシャフトに戻すために使用されました。

各エンジンの生産コストは、製造の改善の結果として $25,000 から $8,500 に削減された。さらに、エンジンの設置寿命は、ストレスの少ない発電所では300時間から1,000時間に向上しました。これを達成するために必要な重量増加の量は限られており、その結果、すべてのモデルが離陸定格で1ポンドあたり1馬力(1キログラムあたり1.6kW)以上を生成することができました。

ロールス・ロイス・マーリンのエンジン「ファミリー」とアリソンのV-1710エンジンファミリーの比較を避けることはできません。アリソンエンジンは、低ブーストで高出力を生み、オーバーホールの間隔が長く、部品点数がマーリンエンジンの約半分で、量産が格段に容易になったといえる。さらに、シリーズ全体を通して、さまざまな部分の間にかなりの量の重複がありました。アリソンシリーズは、高い均一性と信頼性で製造され、個々の部品の製造には、当時入手可能な最高の技術が活用されました。戦後も、レーシングマーリンはアリソン社製のコネクティングロッドを使い続けた。前述したように、ゼネラルモーターズの汎用性に関する方針は、アリソン部門がV-1710の「ロングブロック」コアV型12気筒ユニットから外側に向かってモジュラー設計機能を採用することを意味し、さまざまなスタイルのターボスーパーチャージャーやその他のアクセサリーと組み合わせることができるようになったが、単発戦闘機の設計上の制約により、設置できるターボスーパーチャージャーの種類は限られていた。戦後の多くのレースデザインでは、大量に生産され、高い標準化度を維持したため、このエンジンが利用されてきました。高い回転数/分を長時間維持できたのは、その信頼性とマナーの良さのおかげです。