フライトエンベロープによる戦闘機の世代比較

上昇率で見る戦闘機の進化、飛行領域の拡大からエネルギー機動へ

作成しているフライトエンベロープはF-15Aのみではありません。
複数機種による戦闘機の世代間の性能を、同一フォーマットで比較してみます。
併せて代表的な搭載兵装も示し、ウェポンプラットフォームとしての戦闘機も見ていきます。

第一世代から第四世代の戦闘機
比較する戦闘機は、
　・第一世代：F-86F
　・第二世代：F-104J
　・第三世代：F-4EJ
　・第四世代：F-15A
　・第五世代：工事中　→F-22追加予定
航空自衛隊の主力戦闘機のラインナップになりました。

上昇率の比較
比較対象は上昇率です。上昇率∝Ps（上昇率はエネルギー比率に比例）※１になるので、エネルギー機動の視点からの比較もできます。
白色が飛行可能領域（実用上昇限度の30m/min以上）の境界で、左下にある上昇率表の白～グレー、黒の色が、各高度、各速度での上昇率を示します。

※１．Ps(エネルギー比率)＝速度(推力－抗力)/機体重量
余剰推力＝（推力－抗力）は機体重量で割り加速度のＧ単位にして扱います。
上昇角度＋θの時、機体には速度方向（減速させる方向）に重力がsinθ[G]掛かります。
（水平飛行では速度方向重力0G、垂直上昇では速度方重力1G）
余剰加速度[G]と重力の速度方向成分sinθ[G]が釣り合う上昇角度が上昇性能になります。
　（推力－抗力）/重量[G]　＝　sinθ[G]　（θ：上昇角度）
上昇率は、速度の垂直方向成分なので、速度ｘsinθになり、
　上昇率＝速度sinθ＝速度（推力－抗力）/重量＝Ｐｓ（エネルギー比率）
が、成り立ちます。
ただし、θが大きくなると、機体の垂直方向の重力成分は１Ｇより小さくなり飛行に必要とする揚力は減少します。揚力の減少は誘導抗力を減少させ、余剰推力が増加するので、厳密には、上昇率＝Ｐｓ（エネルギー比率）ではありません。

第一世代：F-86F

図１．F-86F算定モデルの上昇率[m/min]および搭載兵装

F-86Fの飛行領域は、音速を超えることはないですが、高度10,000m以上に飛行領域が存在します。
搭載兵装がGUNのみからもレシプロ機の性能向上の延長と言えます。

第二世代：F-104J

図２．F-104J算定モデルの上昇率[m/min]および搭載兵装

F-86から飛躍的に速度の飛行領域が拡大し、上昇率が増加したことが分ります。
最大上昇率は、F-86Fの2,900[m/min]から13,153[m/min]になり、高度10,000mでも、その上昇率は、F-86Fの最大値と同程度です。
F-104のキャッチフレーズも納得できる高性能機です。
ただし、高性能は機体性能であり、ウェポンシステムは（現在の目から見れば）初歩的な段階と言えます。

第三世代：F-4EJ