米国関連

F-35の設計は根本的に冷却要件を見誤り、エンジン寿命に問題を抱えている

F-35ジョイント・プログラム・オフィス(JPO)は議会の公聴会で「開発の初期段階でF-35の冷却要件はエンジンの設計を超えていた」と明かし、F135の定期メンテナンスサイクルは2,000時間から1,600時間に減少している。

参考:F-35 Engine Running Too Hot Due To ‘Under-Speccing,’ Upgrade Now Vital

F-35は根本的に「サブシステムの要求する電力供給や冷却能力を見誤った」という事実に驚いている

米国の国防予算に関する議会審議は安全保障分野の議員に加え、国防総省、陸軍、海軍、空軍の高官、進めている各プログラムの担当が出席して非常に突っ込んだ話し合いが行われており、この様子はリアルタイムで公開されているため非常に興味深く、F-35ジョイント・プログラム・オフィス(JPO)はBlock4に関する「具体的な問題点」と「今後の展望」を議員に提供して関心を集めている。

出典:U.S. Air Force photo by Brian G. Rhodes

F-35プログラムは現在、4つのアップグレード=F-35の能力を強化するBlock4開発、システムインフラストラクチャーを刷新するTechnology Refresh3(TR3)開発、F135の能力を強化するEngine Core Upgrade(ECU)開発、電力・冷却システム(Power and Thermal Management System/PTMS)の改良を同時に進めており、F-35JPOのマイケル・シュミット中将は公聴会で「我々はエンジン関連の要求要件を過小評価していたため、プログラム当初からF135の設計寿命に問題を抱えていた」と明かした。

米シンクタンクのヘリテージ財団は以前「F135の冷却能力は15kwに設定されていたが既に要求は設計時の2倍=30kwに迫っており、F135はブリードエアをエンジンからより多く抜き取ることでサブシステムの冷却要件をカバーしているため推力は低下している。Block4が要求する冷却能力は47kw、レーザー兵器などの追加要素が実装されれば60kwに達するため、パワープラントに要求される冷却能力はF135の2倍以上だ」と指摘していたが、どうやら開発段階からF-35が要求する冷却要件はF135の設計要件を超えていたらしい。

出典:P&W F135

シュミット中将は「開発の初期段階で電子機器が要求する冷却要件はF135のブリードエア抽出量を超えてしまった」と明かしており、Block3やTR2で追加された新機能は追加の電力を消費し、これを冷却するためブリードエアの抜き取り量はどんどん増えて推力が低下、これをカバーするためF135は燃料消費が増加して設計を超える高温運転が続き「耐久性」に影響が出ている=メンテナンスサイクルが短くなってライフサイクルコストに無視できない影響が出始めたという意味だ。

どれだけメンテナンスサイクルが短くなったかは「1,600時間」という具体的な数値が公聴会で開示されており、つまりF135の定期メンテナンスサイクルは「2,000時間毎」と設定されていたが、現在は設計時の75%強しか稼働できないという計算になる。

出典:U.S. Army photo by Daniel Malta

Bloombergは先月30日「米軍で就役しているF-35の準備率は53.1%(対応任務の一部に対応したMission Capable Rateの数値なのか、全ての任務に対応したFull Mission Capable Rateの数値なのかは不明)で目標より10%以上低い」と指摘しており、結局のところF-35の即応性が目標値に到達しないのはスペアパーツやメンテナンスを担当するエンジニア不足といった問題に加え、F135のメンテナンスサイクルが短くなり、要求される作業量が想定を超えているのだろう。

米空軍はAETPへの移行を断念してF135EEP採用を議会に報告、今のところF135EEPへのアップグレード(ECUのこと)をベースに話し合いが進んでいるが、Block4、TR3、ECU、PTMSがいつ実装されるのかについても「具体的なスケジュール」を提供した。

出典:Pratt&Whitney

Block4の完全なアップグレードパッケージ提供は2029年以降、TR3の開発は1年遅れで2024年4月の作業完了が予定され「F-35への組み込み」はLOT15以降にずれ込む可能性が高く、ECUは2030年~2032年の間に組み込みが始まり、ECUと密接な関係にあるPTMSの改良時期は未定だ。

つまりECUの提供が2032年頃になると、Block4は当面F135で作動することになるためブリードエアの抜き取り量がさらに増加し、F-35の基本的な飛行性能とメンテナンスコストを直撃するという意味で、Block4、TR3、ECU、PTMSの問題が全て解決して既存機への適用が始まるのは2030年代中頃になるのかもしれない。

出典:U.S. Air Force photo by Airman 1st Class Isabelle Churchill

因みに管理人もF-35の事情に詳しくない頃は「まもなくBlock4が完成してF-35が強化される」と思っていたのだが、何年も諸事情を追っていくと「Block4の提供は当分先の話だ」ということに気づき、F-35は根本的に「サブシステムの要求する電力供給や冷却能力を見誤った」という事実に驚いている。

関連記事:国防総省がLOT15~17をカバーするF-35製造契約を発表、3年間で最大398機を調達
関連記事:F-35Block4のエンジン問題、米空軍長官はAETPではなくF135EEPを支持
関連記事:答えが出ないF-35のエンジン問題、P&WがF135EEPの予備開発契約を獲得
関連記事:F-35Block4実用化に向けたマイルストーン、TR3搭載の試験機が初飛行
関連記事:F-35向けの次世代レーダー、ノースロップ・グラマンがAPG-85を開発中だと発表

 

※アイキャッチ画像の出典:U.S. Air Force photo by Senior Airman Joshua Hastings

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コメント

    • DEEPBLUE
    • 2023年 4月 03日

    軽量化のためにケーブルを数十kg単位とか削りまくったと聞いて大丈夫かなあと思ってましたが、やっぱり・・・。JSF自体に無理があったでしょうコレ

    19
    • lang
    • 2023年 4月 03日

    下方修正ばかりですね 
    多国間開発でしかも開発しながら生産するというからびっくりでした どうやって成功するんだろうかって
    そもそも今の時代こんなに多額の資金と労力がいる戦闘機なんて足を引っ張るだけじゃないでしょうか
    ステルス機はすぐ退役させられるのに、戦力化までが時間かかり過ぎた
    時間がかかるからインフレや人手不足、経済ショックが直撃してるってのもあるかもしれませんね

    まあ結構F-35には懐疑的な人はいたものの、疑う奴は親ロ親中か反日左翼だと袋叩きにされる逆ポリコレみたいな状況で声を上げにくい状況が真の病なのかもしれません 

    22
      • TKT
      • 2023年 4月 03日

      要するに一番の問題は
      「電子化のしすぎ」
      で、テスラのEVの設計などと共通する話です。雪道をEVで走ると電力消費が増えすぎて、暖房が使えなくなって危険、というのと同じです。電子化、自動化、多機能、多目的を優先しすぎて、基本的な設計がおろそかになっている、軽視されているのです。
      「トップガン マーヴェリック」
      で警鐘を鳴らしているのもまさにそういうところです。こんなことではAIが操縦する無人戦闘機とかいうのも不可能でしょう。

      JAXAのH3ロケットもそうですが、基本的な設計に無理があるものは、電子的に何をどう変更しても結局失敗するわけです。

      これだけ長年、ステルスだ、第五世代戦闘機だ、と言い続けた末に、今のウクライナ空軍の切り札は結局、使いやすい、整備しやすいと言われる
      「MiG-29」
      なのです。

      19
        • yamada
        • 2023年 4月 03日

        これではスクランブル任務にF-35は使えないですね。
        コスト的にもフェラーリで近くのコンビニに買い物に行くようなものです。
        自衛隊はどうするのだろうか。今からでも残りはキャンセルしてF-15EXかタイフーンとかにはならないだろうし。

        16
          • 匿名希望係
          • 2023年 4月 03日

          性能差ありすぎでならないと思う。

          15
          • ブルーピーコック
          • 2023年 4月 04日

          F-2じゃダメなんですか

          2
            • 名無し
            • 2023年 4月 04日

            その台詞、蓮舫議員の声で脳内再生した

            7
        • くらうん
        • 2023年 4月 03日

        >JAXAのH3ロケットもそうですが、基本的な設計に無理があるもの

        H3で着火しなかったLE-5エンジンは20年以上H-2Aで使用されている。
        新規開発ののLE-9は動作していたのだからH-3の打ち上げ失敗をF-35の設計ミスの引き合いに出すのは完全にスジ違い。

        85
        • 匿名
        • 2023年 4月 03日

        >これだけ長年、ステルスだ、第五世代戦闘機だ、と言い続けた末に、今のウクライナ空軍の切り札は結局、使いやすい、整備しやすいと言われる「MiG-29」

        ウクライナがMIG-29使ってるのはそれしか選択肢が無いからだろ。
        もしMIG-29の代わりにF-16やF-35の供与が期待できるならどちらを選ぶと思う?
        アビオ優先で基本設計が疎かというのはわかるけどね、だからといって同環境でMIG-29がF-35より役に立ちそうなニュアンスで語るのは違和感しかない。

        77
          • shkk
          • 2023年 4月 03日

          加速度的に要求される処理能力が増えてる理由を考えれば古い戦闘機でいいわけがないしなぁ…

          しかし開発初期時点でオーバーしてたのにそのまま突き進んだとはね
          後出しだから偉そうに言えるけどその時に抜本的にどうにかしようとしてればよかったのかな?

          そうしたほうが良いと思いつつも、動き出した巨大プロジェクトを止めるのは無理だったから今に至るんだろうけど…

          6
            • 名無し
            • 2023年 4月 03日

            >しかし開発初期時点でオーバーしてたのにそのまま突き進んだとはね

            忖度して難航さをより深刻なモノにする事、日本だけではないのですね。
            同じ人間なんだと、妙な所で感心しちゃいました。

            16
      • HY
      • 2023年 4月 04日

      >まあ結構F-35には懐疑的な人はいたものの、疑う奴は親ロ親中か反日左翼だと袋叩きにされる逆ポリコレみたいな状況で声を上げにくい状況が真の病なのかもしれません

       別に声を上げにくい状況とは思わないけどな。出始め当初は散々叩かれてたし、そのネタに飽きた頃に西側各国が採用を決めていっている中で徐々にもてはやされていた感じがする。

      13
    • 鼻毛
    • 2023年 4月 03日

    むかしはF35は一生飛ばない欠陥機みたいに言われてましたが、そこから量産に漕ぎつけるために大きな代償を支払っていたんですね

    32
      •    
      • 2023年 4月 03日

      開発計画が遅延に遅延を重ねた為、各国の機体更新、配備計画に間に合わないので、未完成のまま生産に移行したんだよ
      量産といっても、フルレート生産に移行できる目処は立っていない
      修正しながらバージョン違いの機体を、配備計画には程遠いスローペースで生産している状況

      10
      • DEEPBLUE
      • 2023年 4月 03日

      議会とLMが頑張っただけで普通にコスト超過で中止でおかしくないですからね。F-35の性能とは別に、JSFはC型が海軍から逃げられた段階で三軍計画としては失敗ですよ。

      6
    • emp
    • 2023年 4月 03日

    どうすんのよこれ
    今更双発にしたり、極端に大きいエンジンを積むのは無理だし…
    革新的な新型エンジンが開発されないと、block4に移行できないってことだしょ

    あと日本も運用状況を議会に報告しろよ

    32
      • 名無し
      • 2023年 4月 03日

      その「革新的な新型エンジン」は出番待ちだけど、
      エンジン換装での対処した場合、価格は高めな代わりに寿命が長めな西側エンジンの利点が、結局相殺されますね。

      3
      • HY
      • 2023年 4月 04日

       次世代戦闘機の実戦配備次第によってはblock4に行かずに退役という可能性もありますね。

      >あと日本も運用状況を議会に報告しろよ

       自衛隊の制服組が国会で証言できるように世論を盛り上げましょう。

      3
    • 無題
    • 2023年 4月 03日

    単発で無理やり双発分のパワー出してる時点でなんとなくこうなる気はしてた

    27
      • HY
      • 2023年 4月 04日

       F-16の時はうまくいたのにね。

      1
    • 霞ヶ浦
    • 2023年 4月 03日

    正直電子機器のアップグレードより冷却の問題に関わらない搭載ミサイル増加を優先してもらいたいんだが…

    8
    • chase
    • 2023年 4月 03日

    第5、第6世代機への投資や研究は必要だけど技術的にも資金的にもまだまともに運用出来ないか…
    アメリカでさえジリ貧なのに日本はどうなんだろ?
    ライフサイクルコスト等の問題があるとはいえ、しばらくの間はF-15EXが1番使い勝手良さそうなイメージ。

    14
    • XYZ
    • 2023年 4月 03日

    最近のアメリカはギリギリを狙いすぎているように感じます。
    これは旅客機でも同様(こちらはいかに改修せずに済むか?ですが)です。

    今回の問題を解決するには

    ・電子機器の低消費電力化
    ・置き換え可能でより高出力のエンジンに換装
    ・エンジン出力低下を我慢してアップグレード
    ・これ以上の改良を諦めて新規開発

    これくらいでしょうか?
    性能や改良を諦める以外は相当な時間と費用がかかりそうです。

    過去の機体を見てもアメリカに限らず、その当時の水準でギリギリの性能を狙った機体で長寿命だった物は無いと思います。

    15
      • 全てF-35B
      • 2023年 4月 03日

      電子機器の低消費電力化に期待でしょうね。
      少なくともF-35Bの代えは他にないので、改修し続けるしかない。

      9
    • 58式素人
    • 2023年 4月 03日

    今のA/B/C型の他にD(仮称)型を作って、ある意味ステルス性を諦めて、
    爆弾倉の中に必要な発電機を載せたら、などど妄想します。
    EF111やEA18の代わりもしてもらう形で。
    武装は外装のみとなり、当然、ステルス性は喪失ですが。

    1
      • 名無し
      • 2023年 4月 03日

      ステルス機は気密性が高いので、ウェポンベイに発電機のような発熱原因を載せたら、冷却用に更にブリードエアを抜く必要が生じるかと。
      この場合載せるなら、冷却用のユニットだと思います。

      1
        • 名無し
        • 2023年 4月 03日

        一つ書き忘れてました。
        上記は、
         「ステルス性を諦めて」
        を前提にした話しです。

        3
          • 御影渦音
          • 2023年 4月 04日

          確かにステルスを諦めれば改修の余地も広がり、記事のエンジン問題はもちろん塗装などの運用コストも一段下がるワケですが…
          とはいえ、ウクライナで非ステルス機がコソコソ飛ばざるを得ない現状を見た後では、そのF-35D(仮)でどれほどの事ができるかと考えると、
          それくらいでいいという導入国もあるでしょうが、人民解放軍との殴り合いを視野に入れざるを得ない米軍や自衛隊は手を出せないでしょうね。

          4
            • 58式素人
            • 2023年 4月 05日

            表現が正しいかは不明なのですが。
            F35に期待される任務に”単座のAEW機”があると思います。
            いわば、指揮専用機ですね。
            (仮称)D型は、全てのF35に同じ機能を求めるのではなく、
            指揮機能だけ独立させる形ですね。
            必要なものを機体内に納めれば、ステルス性は維持されます。
            ですから、非武装(機関砲のみ)となります。
            そして、護衛機を随行させれば、使えるかなと期待します。

    • ブルーピーコック
    • 2023年 4月 03日

    こればっかりは運用してみないと分からなかった事だから仕方無い。
    ただ今後は、コスト低減にこだわるあまりに複数の機体を一つにまとめようとするのは金輪際止めた方が良いんじゃないか。F-111以降、それで何回失敗したかは覚えてないけど。

    32
      • 名無し
      • 2023年 4月 03日

      歴史って螺旋階段みたいな所があるようで、忘れた頃に同じような過ちで痛い目に遭うのは、人の性かも?

      3
    •  
    • 2023年 4月 03日

    電力不足はよく言われていたが、冷却能力の方にも問題があるんでだなあ
    これは結局機体設計レベルの話で何を積み換えればどうにかなるというものではないような
    電子機器がアップデートされて電力需要が増えればますます発熱量も増えてむしろ弱体化したりして

    4
      •   
      • 2023年 4月 03日

      冷却能力不足も初期から言われてたよ
      初期からエンジン再設計も言われてたし
      耳塞いでいた人らが多かったようだ

      7
        • DEEPBLUE
        • 2023年 4月 03日

        B型は成功作ですけど、後の二つはフレーム共有化に拘らず作った方が全員にとって良かったと思います。

        5
          • 匿名希望係
          • 2023年 4月 03日

          やるとしても三軍はやめて、A/BかB/Cにとどめるべきだった。

          7
    • もり
    • 2023年 4月 03日

    30年代中頃ってもう(多分無理だけど順調に行った場合の)F-3と同世代やんけ…
    しかも本国が優先で日本や韓国、欧州組のF-35がblock4相当になるのはいつになる事やら…

    超ハイエンド志向のF-3、欠陥抱えてランニングコストが高止まりしたF-35、寿命迎えるF-2、約70機のF-15JSI
    正直30年代後半~40年代の空自戦闘機部隊はマトモな数の準備機揃ってない未来しか見えない

    5
      •   
      • 2023年 4月 03日

      F3はイギリスも配備するし、NATO各国へのセールスも視野に入れてるだろうから価格は抑える方向だと思うよ

      8
    • Natto
    • 2023年 4月 03日

    風車式の発電機を胴体の下に付けるとか駄目かな?

    1
      • ネコ歩き
      • 2023年 4月 03日

      ステルス性を損なうのでダメです。
      電子機器類の冷却問題も外気取り込みのエアスクープ類がステルス性を損なうからダメなわけで、全面的にエンジンからの抽出ブリードエアを利用してるのが、
      推力・発電力低下→運転点を上げて対応→燃費悪化・負荷増大→メンテ間隔短縮
      という結果を引き起こしている。
      F-35のステルス性能を保持しつつ解決ないし改善するには、推力と発電力に十分な余裕があるエンジンへの換装しかない。

      10
      • HY
      • 2023年 4月 04日

       戦闘機はわからないけど、航空機には万が一すべてのエンジンが停止した時に機体外の空気流で発電するRATが搭載されています。けれど滅多に使うことはないそうです。

      2
    •    
    • 2023年 4月 03日

    ずっと言われてた事なんだが
    ようやく具体的に言及されただけ
    これを指摘するとF35信者が顔真っ赤にして怒り出す

    他にもシステム上完成してるのは対地モードだけ
    制空と海上モードは未完成ね
    で、いつ完成するのか目処が立ったいない
    対地モードにしても、冷却能力不足でフルスペックを発揮できましぇん

    色々言われてた不具合みんな合ってた
    答え合わせがどんどん出てきてるよ

    17
    •    
    • 2023年 4月 03日

    エンジン換装しないと能力が発揮できない未完成機がよく売れるもんだなあと危ぶんでいた
    エンジン換装、システムバージョンアップ考えたらいくら追加料金かかるか、本当に完成するのか分からないものに。

    主に対地任務に使うならまだマシだけど、制空や海上ミッション多い日本は大丈夫なのかね?

    7
    • lang
    • 2023年 4月 03日

    本当に闇が深いのはアメリカはずっと知ってたってことですよね
    売り込みまくって契約書結んだらこっちのものだって 本当にF-35が素晴らしい戦闘機ならアメリカの性格上素直に売るはずがない
    そいで開発国の米英は自分たちは調達数削減してさらに次世代の戦闘機に予算突っ込んでんじゃねって疑う人もいたけどあながち嘘とも言い切れないかも

    金融業界では不良債権を優良だって偽って売り抜けますが、最初から失敗を理解してた米英は故意にやってたってことですよね
    同盟国と友好国にこんなことしてるようじゃもうみんなから切り捨てられて米は終わりだと思いますよ

    15
      • XYZ
      • 2023年 4月 03日

      DC-4EやF-104の頃からアメリカは変わってないって事ですかね・・・。

      7
      • FF-X7
      • 2023年 4月 04日

      >同盟国と友好国にこんなことしてるようじゃもうみんなから切り捨てられて米は終わりだと思いますよ

      じゃあロシアや中国について行きますか?と問われて、素直に頷けるかと言うと…。
      身の回りでもそうですが、「理想的なお相手」なんてものはいません。
      よりマシなものを選ぶしかないとすれば、現時点ではアメリカが1番マシなんじゃないでしょうか?
      まぁ、納得できないかもしれませんが…。

      14
    • kitty
    • 2023年 4月 04日

    戦闘機用のエンジンの冷却能力=ブリードエアの供給能力ってあまり注目されない項目なのかあまり情報が無いのですが、
    アビオニクスに基本的に必要な電力や機器冷却用のブリードエアは単発機だろうが双発機だろうが、
    そんなに変わらないのに単発のエンジンなのでF-35は根本的な問題を抱えていると言うことでしょうか。
    F-22じゃ冷却不足とかなかったんでしょうか?
    アダプテイブ・エンジンになれば、発電機に取られたり、ブリードエアをたくさん抜くのを計算して
    タービンだけいつもよりたくさん回しております!みたいなことができるようになるのかな。

    1
      • DEEPBLUE
      • 2023年 4月 04日

      その辺の「ハード的に拡張できそうな部分」を軽量化でバッサバッサ削って、何とかロールアウトにこぎ着けた副作用として空調とかを広げられなくなったんだと思います。F8Fが拡張性に乏しくすぐ陳腐化したような物ですね。

      1
      • 名無し
      • 2023年 4月 04日

      F-3の要素開発で、下記の様に小型熱移送システムの研究が行われていました。
      その説明の中で少し触れていますが、F-22ではベーパ・サイクル・システム(液体の蒸発及び気体の凝縮により熱を移送させるサイクル・システム)を使用しているみたい。

      リンク
      >将来戦闘機用小型熱移送システムに関する研究

      >増大する発熱への対応にあたり、従来のエア・サイクル・システムでは、エンジンから一部の圧縮空気を抜き、冷却空気を作った上で熱交換するため、装置の大型化及びエンジン性能の低下を招く。

      >そのため、米国のF-22でも採用されている、小型で熱移送能力に優れたベーパ・サイクル・システムの研究を実施する。
      >排熱能力の拡張の為、空気への排熱だけでなく燃料への排熱に関する研究も行う。

      >また、レーダ以外にも、モータ、発電機等からも発熱するため、全機レベルで放熱できる能力が不足する可能性がある。
      > そこで全機レベルの熱収支管理技術も併せて研究を行う。
      >ミッション全体を通した全機の熱収支を管理し、最適な熱移送システム、排熱先を適宜選択し、機体性能を最大発揮することに資する。

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        • kitty
        • 2023年 4月 05日

        なるほど、F-22の設計の方が古いのにF-35より冷却性能にちゃんと着目していたのですね。
        F-35が設計ミスと言われるわけですな。

        5
    • れんちゃ
    • 2023年 4月 05日

    元々の思想がハイローミックスのロー側だったからね。それが計画の乱れによる高騰による空軍の考え方の変化で急遽(予算と使い方で)ハイ側になったしわ寄せかな?
    F-35がF-22を更新するハイ側になるってことは電力を大量に使う最新ユニットをガンガン取り入れるって事になるし、遅くて良いって話でもなくなるので、ローコスト機としての設計キャパ超えるのは自然な話かも。

    4
    • 名無し
    • 2023年 4月 05日

    もうさ、空軍と海軍が各々戦闘機を開発して終わりでいいんじゃない?(適当)

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