30tの艦載機が2秒で300km/h!空母の蒸気カタパルト脅威の加速どう実現?米仏のみ運用

30tの艦載機が2秒で300km/h!空母の蒸気カタパルト脅威の加速どう実現?米仏のみ運用

ニミッツ級原子力空母からカタパルト射出されるF/A-18戦闘攻撃機(画像:アメリカ海軍)。

空母から艦載機を飛ばす際に使用される「カタパルト」は広く知られるでしょうが、現行の「蒸気式」を開発、かつ運用している国となると、実はアメリカだけに限られます。旧日本海軍も取り組んだ各種カタパルトの歴史をたどります。

蒸気の力は偉大 30tの重さの鉄塊もひとっ飛び

 2020年現在、空母を保有するのは世界で8か国です。しかし、空母の発着艦システムのひとつである蒸気カタパルトを運用しているのはアメリカとフランスのみで、さらに開発製造まで行っているのはアメリカ1国のみです。

 空母が搭載する艦載機には、固定翼機(飛行機)と回転翼機(ヘリコプター)があり、カタパルトは垂直離着陸のできない前者が用いるものです。本記事では以下、特に断りのない限り、「艦載機」は固定翼機を指します。

「蒸気カタパルト」は、重さ30t以上の艦載機をわずか2秒で約300km/hまで加速させることができますが、このノウハウがないロシアや中国、インドなどの正規空母は、「スキージャンプ台」と呼ばれる上向きの傾斜甲板を用いて艦載機を発艦させています。もちろん、より大重量の機体を発艦させることができるのはカタパルト射出の方です。

 アメリカ海軍の原子力空母が搭載する蒸気カタパルトは全長約94mで、空母1隻につき4基装備しています。

 カタパルトを構成するおもなものは、甲板下に埋め込まれた2本の金属製シリンダーと、その中を行き来するピストンで、このふたつのピストンをつなぐアーム部分が、艦載機前脚の一部を引っかけるフックになります。艦載機の射出時は、このピストンが30気圧から70気圧という蒸気の力で押され、一気に加速するという仕組みです。

 なおカタパルトの射出力は、飛行機の重量によってその都度調整されており、これは甲板下にあるカタパルト制御室で行われています。

蒸気式に行きつくまでの試行錯誤とは

 カタパルトに蒸気圧を用いるようになったのは第2次世界大戦後で、それまでには様々なタイプが開発されました。

 艦艇から飛行機を発艦させるカタパルトは1930(昭和5)年前後に、世界各国において相次いで開発されました。初期のものはバネの反発力を利用した「スプリング式」などがありましたが、いずれも実用性が低かったといいます。その後、爆発力を利用した「火薬式」や、圧縮空気で射出する「空気圧式」などが登場し、これらが主流になっていきます。

 なお、当時のカタパルトは飛行甲板のない戦艦や巡洋艦向けであり、水上機用でした。すでに空母は実用化されていましたが、この頃の艦載機は軽く、短い滑走距離でも空母から発艦でき、カタパルトなどの加速装置は不要でした。

 艦載機用として、空母で初めてカタパルトを装備したのは、1938(昭和13)年に就役したイギリスの「アークロイヤル」です。この時、実用化されたのは油圧式で、第2次世界大戦が始まると艦載機の大型化、大重量化にともない搭載する艦が増えていきます。そしてアメリカにも技術供与され、米英空母のほとんどに装備されるようになりました。

 一方、日本は最後まで空母の艦載機用カタパルトは実用化できず、用いられたのは水上機用として、戦艦や巡洋艦に装備した火薬式や、潜水艦に用いた空気圧式だけでした。

 第2次世界大戦後、艦載機が大型化すると、油圧カタパルトでは射出力が不足するようになりました。また再射出までの圧力充填に時間がかかることから、イギリスは新たなカタパルトの開発に着手します。

 こうして生まれたのが蒸気式です。この方式は油圧式よりも射出力が優れており、イギリスからアメリカに技術が提供され、大型空母の必需品となりました。特に原子力空母の場合、搭載する原子炉で無尽蔵に蒸気を作り出すことができることから、これを利用した強力なものが次々に開発され、大型化し続ける艦載機に対応していきました。

モノになるか電磁カタパルト

 ただし蒸気式は、製造や整備に技術やノウハウが必要で、世界でもイギリスとアメリカしか開発できませんでした。ソ連(当時)は最後まで実用化できず、フランスは自国空母用の蒸気カタパルトをイギリスやアメリカから輸入しました。

 また発明元のイギリスも、空母でのカタパルト運用を止め、艦載機をVTOL(垂直離着陸)機のみにしたため、いまでは蒸気カタパルトを独自に開発し、運用までしているのはアメリカ1国のみです。

 アメリカは現在、次世代のカタパルトとして電磁式を開発しています。このタイプは蒸気式よりもさらに細かく射出力の調整ができ、圧力充填も必要なく、整備性にも優れ、なおかつ装置全体の小型軽量化が図れることから、最新の原子力空母「ジェラルド・R・フォード」に搭載しテスト中です。

 現時点では性能に不満があるのか、今後、就役する空母はまた蒸気カタパルトに戻すとしましたが、中国やロシアも電磁カタパルトの研究開発に乗り出しており、アメリカも電磁式の開発は続けるでしょう。

 なお、アメリカ空母から戦闘機などがカタパルト発進する際、甲板上に白い煙が漂っていることがありますが、これは蒸気カタパルトから漏れた水蒸気です。温度が下がり白い湯気になったもののため、電磁カタパルトでは発生しません。

 また現用のアメリカ空母の蒸気カタパルトの場合、射出時には約3Gの荷重がかかります。パイロットや艦載機はこれに耐えており、だからこそ艦載機は頑丈で脚も太い造りです。

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