- F-35Cは米海軍のCATOBAR空母運用のため、着艦時にテールフックがアレスティング・ワイヤーを確実に捉える必要があったが、2011年のLakehurst NAS初期試験で設計が失敗した
- フック位置と機体内部スペースの制約はすでに厳しく、実際のワイヤー挙動を当てられなかったワイヤー動力学モデルが失敗を拡大させた
- タイヤが先にワイヤーを押さえて甲板に低く寝かせると、フックはワイヤーを捉えられずに乗り越え、想定以上の角加速度で跳ね上がって計測機器まで損傷した
- 再設計では、より強力なdamper、改良されたlateral limiter、堅牢な計測機器、低いワイヤーをすくい上げるように捉えるscoop形状のhook shoeへとつながった
- 2016年の外部兵装搭載状態でのオフセンター・アレスティング試験では、FLOLS設定の問題で高沈下率着陸が発生し、その後プログラムはオフセンターおよびwire-onlyアレスティング追跡を正式に中止した
F-35Cと初期テールフック失敗
- F-35Cは米海軍が運用するCATOBAR空母向けF-35 Joint Strike Fighter派生型である
- CATOBARはCatapult Assisted TakeOff, Barrier Assisted Recoveryを意味する
- この方式では、航空機が蒸気式または電磁式カタパルトで発艦し、着艦時にはテールフックでアレスティング・ワイヤーを捉える
- フックは飛行中、clamshell doorが覆うベイ内に収納される
- 電子的に制御され、油圧で作動する
- 初期設計は実試験で求められた方式では機能しなかった
- 本格的なcarrier suitability試験は2011年夏にLakehurst NASで始まった
- Jet Blast Deflector互換性試験の後、テールフック試験へ移行した
- Tony “Brick” WilsonはLakehurstで試験の大半を見守っていたが、フックがワイヤーを捉える場面を見ることはなかった
なぜフックはワイヤーを逃したのか
- ある計測技術者は、2010年11月6日にCF-01がPaxへ到着した日に、フックが短すぎて車輪に近すぎ、hook shoe形状も不適切なためbolterになると予測した
- フックポイントは主脚軸中心から約7フィート少々の位置にあった
- 機体内部スペースが極めて厳しく、設計者が調整できる余地は限られていた
- 設計はアレスティング・ワイヤー挙動をシミュレーションするコンピュータモデルに合わせられていたが、実試験ではその予測が当たらなかった
- のちにF-35シミュレーションの検証・妥当性確認（V&V）業務の中で、海軍が提供したワイヤー動力学モデルが適切にV&Vされていなかったという話を聞いたが、確かなことは分からないと述べている
- 結果として、そのモデルは機能しない設計につながった
実試験で明らかになったワイヤー挙動
- アレスティング着艦では、航空機の主脚またはノーズギアのタイヤが先にワイヤーを踏む
- その衝撃でワイヤーに波が生じ、波はタイヤから遠ざかる方向へ進む
- 航空機が前進し続ける間、波はワイヤーの両方向へ伝播し、ワイヤーはおおむね甲板に平たく寝る
- モデルは次の段階でワイヤーが甲板から反動で跳ね上がると予測していた
- 実際のワイヤーは低いままで、フックはワイヤーの上を通り過ぎた
- フックが機体側へ跳ね返る速度が大きすぎたため、試験チームはhook up-swing加速度計の故障を疑ったが、機器は正常と確認された
- Lakehurst試験チームは、速度を徐々に下げたroll-in arrestmentを繰り返したが成功しなかった
- IPP問題で飛行禁止だった日にも、低速での試行を続けた
- フックは引き続き大きな角加速度で跳ね上がり、脆弱なテールフック計測機器が損傷した
- 2011年8月には、損傷した配線の整理とテールフック回転位置センサーの繰り返し較正作業が深夜まで続いた
- Hurricane IreneがLakehurstへ向かった後、航空機はPAXへ戻り、その時期の苛立たしい試験も終わった
再設計と残る信頼性問題
- フック再設計は避けられないものとなった
- はるかに強力なhold down damperが適用された
- upstroke用の新しいdamperが追加された
- lateral limiterが改良された
- アレスティングのたびに壊れない計測機器が導入された
- hook shoeも、低く寝たワイヤーを捉えやすい形状へ変更された
- 新しい形状は、ワイヤーをすくい上げるscoopに近かった
- 既存hook profileは青、新profileは赤、アレスティング・ケーブルは紫で比較された
- 2013年にはフックが機能する場面があったが、問題はそこで終わらなかった
- 現場エンジニアは私的事情で2012年半ばにF-35プログラムを離れ、2年弱後に同じ業務へ復帰したため、2013年の場面は直接見ていない
- その後、pitch pivot pinが入るbearingでも問題が続いた
- pinは最低でも25回のアレスティングに耐える必要があったが、pin sleeveがgallingにより1〜2回で損傷することがあった
- gallingは金属同士が滑る際、摩擦によって一方の表面材料が他方へ移る摩耗である
- そのpin/sleeve内には、試験中のフック角度位置をcontrol roomへ直接伝える位置センサーがあり、頻繁な交換のためCF-03テールフック作業時間は大幅に増えた
- 夜勤のエンジニアリングは会議よりも、飛行支援、問題解決、翌日の試験に向けた計測事前点検が中心だった
- CF-03のテールフック、launch bar、landing gear計測は管理負荷が高く、1人がCF-03だけを担当することも多かった
- pitch pivot pinを交換してもsynchro回転位置センサーの較正をやり直さずに済む方法を整えた
- 新しい較正には新規計測プロジェクトとdisplay checkが必要で、数日を要したためである
2016年オフセンター・アレスティングと試験終了
- 2016年、CF-03はLakehurstで最も厳しいテールフック試験を実施した
- 試験は外部兵装をすべて装着した状態だったが、外側主翼ステーションのAIM-9Xは主翼構造改修が必要なため除外された
- 試験目標にはoff-center arrestmentが含まれていた
- 2016年5月の曇天の日、可能な限りcenterlineから外れたアレスティングを試みた
- 現場エンジニアは、海軍が作った移動式ミニcontrol roomであるMITS(Mobile Instrumentation/Telemetry System)内で、計測状態画面、試験音声、ビデオを見ていた
- F-35Cは通常、着陸時に機首が約11〜13度上がった姿勢で進入する
- その進入では、航空機はほぼ水平で進入し、急速に沈下していた
- 地上でLanding Signal Officer役をしていた同僚パイロットの「WAVE OFF」コールが予想されたが、聞こえなかった
- F-35は3輪同時に接地し、滑走路でバウンドした後、再び滑走路に接地した
- パイロットは制御を維持して再上昇し、radioで「Lightning seven three is airborne, going back around」と述べた
- データレビューの結果、着陸はF-35Cを20フィートの高さから落としたのと同等の高沈下率だったことが確認された
- ほぼ完全に水平のまま接地し、迎角はわずか2度だった
- 原因は使用中のFLOLS(Fresnel Lens Optical Landing System)が適切に設定されていなかったことだった
- パイロットはグライドスロープ上を飛行していると考えていたが、実際には急すぎる経路で、LSOの気付きも遅すぎた
- 航空機はcrew chiefによってimpoundされ、正式なinspection criteriaが作られるまで作業禁止となった
- 翌日、計測ハードウェアだけに適用される200項目超の手順からなる検査項目がメールで届いた
- 他の整備員やエンジニアにも、それぞれ分厚い検査リストが配布された
- 検査には3日を要し、新しいlanding gearが必要であることが確認された
- Lakehurstでは交換できなかったが、もう1回の離着陸には耐えられるため、航空機はPAXへ戻った
- プログラムはoff-center arrestmentとwire-only arrestmentの継続追跡を正式に中止し、これによりテールフック試験も終了した
1件のコメント
Hacker Newsのコメント
投稿者です。これがHNに載るとはまったく思っておらず、ただ共有したエンジニアリングの現場話でした
その間に高校を卒業し、学位を取り、結婚までできるほどで、期間の長さが気が遠くなります。そんなに長い時間、どうやって継続性を維持するのかも気になります。ソフトウェアだとプロジェクトが6か月を超えるだけでも捨てて書き直す感じです
それとも、そうしたテールフックはどれも理由があって専用設計なのですか?
こういうエンジニアリング上の難題の話を聞くのは好きです。メディアはこうした設計反復を、F-35が過大評価されているとか既存の戦闘機より劣っている証拠のように扱いたがりますが、私には革新と新しい試みに見えます
ときには失敗しても、最終的には驚くべき戦闘機を作り上げる過程です。ただ、新しい戦闘機が必要ない世界で、こうした時間と労力をもっと平和的なことに投じられたらよいのに、という残念さはあります
記事がよく示しているように、フックのように単純に見えるものにも膨大な作業が入ります。ほかの要素は解決がはるかに複雑かもしれません。記憶が正しければ、F-35の統合動力パッケージ[1]もかなり多くの問題の原因でした。しかし、そうした開発のおかげで機体重量を制御でき、その結果としてF-35Bのような超音速STOVL戦闘機が可能になりました
解説者が「そんなのは愚かだ、こうすればいいだけじゃないか!」と言うたびにいら立ちます。そんなに簡単なら、そもそも問題になっていなかったはずです
新しい戦闘機が必要だという現実に対する感情は理解できます。少なくとも、こうしたエンジニアリングの進歩の一部は民間分野にも役立ちます。よい例がC-5 Galaxyで、開発過程は苦痛でしたが、革新的なTF-39エンジンの開発につながり、その後CF6となって成功した旅客機を長年支えました
[1] https://www.defenseadvancement.com/feature/3-aircraft-system...
たとえば、元のフックはシューが上を向きすぎていて、ワイヤをつかめませんでした。エンジニアたちは欠陥のあるシミュレーションモデルに基づいて設計し、現場の試験担当者は見た瞬間にうまくいかないと分かっていました。非エンジニアの私のパートナーに写真を見せたときでさえ、最初のひと言は「向きが合っていないね」でした
https://the-engi-nerd.github.io/posts/welcome/images/clipboa...
元の設計（青）と修正設計（赤）が見られます
https://the-engi-nerd.github.io/posts/welcome/images/clipboa...
「プログラムは中心線から外れたアレスティングとワイヤのみをつかむアレスティングをこれ以上追跡しないと正式決定した」とはどういう意味なのか気になります
F-35Cはほぼ中心に近く着艦しないと、きちんとフックを掛けられないという意味ですか? それに「wire only」とは何でしょうか? 空母でのアレステッドランディングは、どれもワイヤだけを使うものではないのですか?
通常、その方法の一つが中心線から大きく外れた位置でアレスティングを試みることです。この場合、制動力が片側にずっと強くかかります。もう一つは、機体の車輪がまだ甲板の上に浮いている間にフックがワイヤをつかむようにすることで、この場合は航空機が非常に激しく甲板にたたきつけられます
この事故の後、試験計画の意図は十分達成されたと判断されました
そのうえ、アレスティング可能な計測機が不足していました。プログラムには2機しかなく、そのうち1機を限界まで酷使していました
すべてのエンジニアは壊れた試験装置のせいで一度は痛い目を見て、すべてのシニアエンジニアは正しく動作する試験装置を信じなかったせいで一度は痛い目を見るのだと思います
楽しく読みました
興味深く読んだし、次の記事も楽しみ。以前は Harrierの整備士 だったのだが、2002〜2007年の服役中には F-35B 整備を学ぶことになると本当によく言われたものの、当然ながら実際にはそうはならなかった。
なので、元整備士で現役エンジニアとして、開発の話をもっと聞きたい。
「計測プロジェクト用の新しい XML 形式を作りたくないという純粋な怠惰だけで、プログラムの時間と金を節約してくれるエンジニアたち。世の進歩とはだいたいこういうふうに起こるものらしい」という一節に共感した。
医療、フィンテック、広告の分野で働いたことがあるが、3分野すべてで同じことをやっていた。新形式への合意を取り付けたくないがために、これまで 20言語 で XML パーサを書いたりデバッグしたりしてきた気がする。
素晴らしい記事。当時、新人ソフトウェアエンジニアとして IFLOLS に携わっていた。
政府を離れていくつものソフトウェアスタートアップで働くようになってからは、こういう現実世界のエンジニアリングが恋しい。
新しい空母には立派な 電磁式カタパルト があるのだから、ハイブリッド車のように回生ブレーキを使ったらどうだろうと思う。カタパルトのアキュムレータを再充電できて、かなりのエネルギーを節約できるはずだ。
もちろん冗談だが。
F-35C についての興味深い余談がある。発注・設計当時は、交換用エンジンを分解せずに空母まで運べる航空機が存在しなかった。C-2 Greyhound には入らず、かなり奇妙な見落としに思える。
Osprey の CMV-22B 派生型には入るが、現在は飛行停止中で、CH-53K King Stallion にも入ると理解している。ただし、そのような航空機が存在するようになったのは比較的最近のことだ。
訂正すると、C-2 が交換用エンジン一般を運べなかったという意味ではなく、F-35 のエンジンは収まらないので運べなかったという意味だ。
まず、航空機に交換用エンジンを届けられる CTOL 機はある。ただし F-35 の交換用エンジンはファンブレードの直径が大きいため無理なのだ。米海軍は以前、この任務に C-2 Greyhound を使っていたが、胴体が小さすぎ、しかも退役が進んでいた。退役した S-3B の一部を空母輸送機（COD）に改造し、その際 F135 を収容できるよう胴体を太くしようという話もあったが、実現しなかった。https://archive.ph/20150209193642/http://www.defensenews.com...
次に、Boeing Sea Knight を含め、F-35 の交換用エンジンを運べるヘリは多い。https://en.wikipedia.org/wiki/Boeing_Vertol_CH-46_Sea_Knight 米海軍が通常のヘリへの依存を避けたかったのは、比較的航続距離が短いからだと思う。
ひとつ気になった点がある。この記述のとおりなら、テールフック は実運用条件ではそもそも動作しえなかったように見える。ブログでは、メーカーが使ったコンピュータモデルが間違っていたと述べている。
だとすると、メーカーはハードウェアを実地試験しないということなのか？ それなら恐ろしい話だ。