熱の壁

熱の壁（ねつのかべ）とは、航空機にとって、マッハ3付近の速度で飛行が困難となる状況を表す。

概要

類似した言葉として、音の壁が良く知られている。音の壁は、飛行速度が上がり音速すなわちマッハ1に近づくにつれ、飛行に困難が生じる事を言う。この困難は、空気の圧縮性の影響から生ずる造波抗力の急増、翼表面に生じる衝撃波の後流における流れの剥離、その他空力変化や空力弾性的な問題によるものである。しかしながら実験機によって1940年代には、また実用機でも1950年代には音速すなわち音の壁が突破された。ところが、音の壁を突破してしまった後にほどなくマッハ2級の超音速機が登場している。これは、音速を一旦突破すると、その先に急激な抗力の増加や空力的な変化は生じないことを反映したものである。そしてそのまま航空機が発達していけば、ほどなくしてマッハ3級の機体も開発できるとも考えられ、実際に音の壁をかろうじて突破した時期にはすでにマッハ3級機の開発が進められる状況であった。

しかしながら、マッハ3付近において、新たな「壁」が立ちはだかることとなった。それが熱の壁である。飛行速度がマッハ3付近に近づくと、飛行機は空気の断熱圧縮により部分的に1,000度を超える熱を持つ。この温度は、多くの航空機の素材であるアルミニウムの融点を超える温度である。そのため、マッハ3を突破する機体の材料の候補としてスチールやチタニウムを主体とする各種合金であった。実際には、前者は比重が高いため航空機には向かず、後者は加工が極めて困難であり製造に莫大なコストを必要とした。そして、ただ単に熱に耐えるのみならず、乗員や電子機器、燃料など、機体内部も熱から保護する必要があり、熱膨張に伴う機体の変形についても対処が必要となった。

これらの困難を克服する手段は1950年代から1960年代にかけて開発され、実際にマッハ3に達する試験機が製作された。ただし、マッハ3に達する機体は極めて高価となり、またマッハ3の高速を達成するために他の性能面での犠牲も重大であり、実用化はほぼ断念された。なお、例外はアメリカ中央情報局の偵察機A-12と、同機を空軍向けに手直ししたSR-71のみであり、その生産数も非常に限られている。またMiG-25はマッハ3以上の速度で飛行した事例があるが、機体の運用限界を超えていたと言われている。

主な機体

XF-103

マッハ3.7を目指した戦闘機。チタン合金を使用。モックアップのみ。

XF-108

マッハ3級護衛戦闘機・要撃機。モックアップのみ。

XB-70

マッハ3級爆撃機。ステンレス合金を使用しハニカム構造を採用。熱の壁による高温への対処と引き換えに機体強度は極めて脆弱、かつ運動性が低く、あらかじめプログラムしたコースしか飛行できない。試作のみ。

A-12

マッハ3級偵察機。CIA所属。チタン合金を使用。世界初のマッハ3級実用機だが、生産数は少ない。

YF-12

マッハ3級要撃機。A-12の派生型。試作のみ。

SR-71

マッハ3級偵察機。A-12をアメリカ空軍向けに手直しした機体。A-12同様に生産数は少ない。熱の壁付近の熱膨張を考慮した設計のため、常温時には機体に隙間が生じ、燃料が漏れ出すほどである。

XF8U-3

アメリカ海軍の戦闘機。F-4戦闘機との競争試作に敗れ不採用になったが、NASAの高速試験機として運用された。その機体設計と強力なエンジン推力からマッハ2.9級の速力を出すポテンシャルを有していたとされるが、熱の壁に対応する設計は行っておらず、実際にはそこまでの高速には機体が耐えられない。

MIG-25

旧ソ連の開発した迎撃戦闘機・偵察機。スチールを使用。マッハ3.4での飛行事例が確認されているが、機体の限界を超えたものであり、実際の運用上の最高速度はマッハ2.83。発展型のMiG-31については今のところ確認されていない。

T-4

マッハ3級爆撃機。チタン合金を使用。試験飛行ではマッハ1.36止まりであった。試作のみ。

アブロ 730

マッハ3級爆撃機。計画中止。

ブリストル 188

アブロ 730に使用するステンレス合金構造の超音速研究機。

関連項目

• 大気圏再突入