F-35シリーズのF-35BライトニングIIは、米国海軍の第5世代戦闘機で、優れた空力性能と統合されたアビオニクスを備える次世代のステルス機であり、短距離離陸／垂直着陸（STOVL）可能です。
ここでは、F-35BライトニングIIの短距離離陸／垂直着陸（STOVL）を実現する、リフトファンと推力偏向ノズルについて写真をつかいながら説明します。
F-35BライトニングIIの姿勢制御やF-35シリーズの違いについては、以下の記事をご参照ください。
F-35BライトニングIIの短距離離陸／垂直着陸（STOVL）の仕組み
F-35BライトニングIIは、短距離離陸、ホバリング、垂直着陸が可能ですが、これを実現しるハードウェアは、次の3つです。
ここでは、この3つをまとめてリフトファンシステムということにします。
- リフトファン（ペガサスエンジンの出力をドライブシャフトでリフトファンに伝えます。）
- 推力偏向ノズル（3ベアリング・スイーベル・モジュール）
- ロールポスト（機体のロール軸を制御する）
F-35BライトニングIIのリフトファンシステムを説明します。
下図は、F-35BライトニングIIのリフトファンシステムのイメージ図です。
- リフトファンは、コクピットの後方にあります。
- 下図では、推力偏向ノズルが下方に向いています。
- ロールポストは、左右の主翼にあり、機体のロール軸（左右の傾き）のバランスを取ります。
210111-N-BT681-1049 PHILIPPINE SEA (Jan. 11, 2021) An F-35B Lightning II assigned to the 31st Marine Expeditionary Unit (MEU) lands on the flight deck of amphibious assault ship USS America (LHA 6). America, lead ship of the America Amphibious Ready Group, along with the 31st MEU, is operating in the U.S. 7th Fleet area of responsibility to enhance interoperability with allies and partners and serve as a ready response force to defend peace and stability in the Indo-Pacific region. (U.S. Navy photo by Mass Communication Specialist Seaman Jonathan Berlier)
図1 F-35BライトニングIIのリフトファンシステム（その1）
引用先：US NAVY（米国海軍）のWebサイト＜Home > Resources > Photo Gallery＞からの画像（加工しています）。
下図は、機体の下から見たリフトファンシステムです。
Test flight completed after F-35B modifications A Marine Corps F-35B Lightning II completes its first short takeoff and vertical landing check flight at Hill Air Force Base, Utah, June 18, 2015. The aircraft was undergoing a functional check flight following modifications at the Ogden Air Logistics Complex. (U.S. Air Force photo/Alex R. Lloyd)
図1 F-35BライトニングIIのリフトファンシステム（その2）
出典：USAF（米国空軍）のWebサイト＜Home > News > Photos＞からの画像（加工しています）。
F-35BライトニングIIのリフトファン
F-35BライトニングIIのリフトファンについて、説明します。
写真で見るF-35Bのリフトファン
下図は、F-35BライトニングIIのリフトファンを上方から見た図です。
- コクピット後方の上方に扉が開いている部分がリフトファンです。
- 左右に扉が開いているのは補助インテークです。
- リフトファンは、エンジンからドライブシャフトで駆動されるため、リフトファンと補助インテークから、ジェットエンジンとは別系統の外気（冷たい空気）を取り込むことができます。
図2 F-35BライトニングIIのリフトファン（その1）
出典：USAF（米国空軍）のWebサイト＜Home > News > Photos＞からの画像（加工しています）。
下図は、F-35BライトニングIIのリフトファンを下方から見た図です。
- リフトファンの下方にフィンがあることが分かります。
図2 F-35BライトニングIIのリフトファン（その2）
出典：USAF（米国空軍）のWebサイト＜Home > News > Photos＞からの画像（加工しています）。
リフトファンと推力偏向ノズルによる推力方向
下図は、リフトファンと推力偏向ノズルの可動範囲、つまり、推力を向けられる範囲のイメージ図です。
- リフトファンと推力偏向ノズルの推力を調整して、機体の姿勢を保ちます。
- リフトファンの推力は、ピッチ方向に41.75～104度の範囲を毎秒40度で向きを変えることができます。
図3 F-35BライトニングIIのリフトファンシステムの推力範囲
出典：USAF（米国空軍）のWebサイト＜Home > News > Photos＞からの画像（加工しています）。
参考：機体の3つの回転軸について
機体の3つの回転軸について下図に示します。
- ロールは、機体の左右方向のバランスにより発生し、機体の左右の傾きです。
- ピッチは、機体の上下方向のバランスにより発生し、機首を持ち上げたり下げたりする機体の前後方向の傾きです。
- ヨーは、機体の平面内のバランスにより発生し、機首が左右に動く平面内の傾き（機首を左右に振る動き）です。
図4 機体の回転軸のイメージ
F-35BライトニングIIの推力偏向ノズル
F-35BライトニングIIの推力偏向ノズルについて説明します。
写真で見るF-35Bの推力偏向ノズル
下図は、強襲揚陸艦USS Tripoliから発艦するF-35BライトニングIIを後方から見た写真です。
- 推力偏向ノズルが下方に向いています。
- 補助翼なども下方に向いてます。
- 推力偏向ノズルは、ピッチ方向に95度、ヨー軸方向（左右方向）に±12.25度に推力の方向を変えることができます。
- ピッチ方向に推力方向を変えることで、垂直離陸（下方向）、短距離離陸（斜め後方）、巡航時（水平方向）に対応します。
- ヨー軸方向は、ノズルを左右に振る形になるので機首を左右に振ることができます。
図5 F-35BライトニングIIの推力偏向ノズル（その1）
引用先：US NAVY（米国海軍）のWebサイト＜Home > Resources > Photo Gallery＞から（加工しています）。
F-35BライトニングIIの巡航時とSTOVL時の推力偏向ノズルの様子をみていきます。
下図は、巡航時のF-35BライトニングIIの推力偏向ノズルです。
- 巡航時は推力偏向ノズルは、F-35AやF-35Cと外観では見分けがつきません。
図5 F-35BライトニングIIの推力偏向ノズル（そ2）
出典：USAF（米国空軍）のWebサイト＜Home > News > Photos＞からの画像（加工しています）。
下図は、STOVL時のF-35BライトニングIIの推力偏向ノズルです。
- 推力偏向ノズル下部の扉が左右に開いています。
- 推力偏向ノズルが、斜め後方に向いていることが分かります。
- 扉の形状もステルスを意識したギザギザの形状となっています。
図5 F-35BライトニングIIの推力偏向ノズル（その3）
出典：USAF（米国空軍）のWebサイト＜Home > News > Photos＞からの画像（加工しています）。
推力偏向ノズルの動作イメージ
F-35BライトニングIIの推力偏向ノズルは、3ベアリング・スイーベル・モジュールにより実現されています。
ここでは、推力偏向ノズルが、巡航時（水平方向）から垂直着陸時（下方）に推力方向を変える仕組みについて説明します。
正確な説明ではなく、こんな風になっていますよというイメージです。
メカ的によくできた構造です。
下図は、F-35BライトニングII巡航時（推力偏向ノズルが水平方向）の推力偏向ノズルのイメージ図です。
- 下図左が機首側、で機体の横方向から見た図です。
- 推力偏向ノズルは円筒形状です。
- 下図水色の部分が、ベアリングで回転します。
- 下図の矢印は、各ノズルの回転方向を示しています。
F-35BライトニングIIの推力偏向ノズル：巡航時（水平方向）
図6 F-35BライトニングIIの推力偏向ノズル：巡航時（水平方向）
下図は、F-35BライトニングII垂直着陸時（推力偏向ノズルが下方向）の推力偏向ノズルのイメージ図です。
- 上図の巡航時の状態から、各ノズルが回転すると、下図の様に下方向にノズルCの向きが変わります。
- 指定したい方向に推力を向けるため、3つのノズルを回転させる構造となっています。
- 短距離離陸時には、写真をみると斜め45度程度で離陸しているようです。
F-35BライトニングIIの推力偏向ノズル：垂直着陸時（下方向）
図7 F-35BライトニングIIの推力偏向ノズル：垂直着陸時（下方向）
参考資料
リフトファンシステムについて、Lockheed Martin社の以下の資料を参考にしています。
「F-35 Air Vehicle Technology Overview（10.2514/6.2018-3368）」
AIAA AVIATION Forum
June 25-29, 2018, Atlanta, Georgia
2018 Aviation Technology, Integration, and Operations Conference
まとめ
F-35シリーズのF-35BライトニングIIは、米国海軍の第5世代戦闘機で、優れた空力性能と統合されたアビオニクスを備える次世代のステルス機であり、短距離離陸／垂直着陸（STOVL）可能です。
ここでは、F-35BライトニングIIの短距離離陸／垂直着陸（STOVL）を実現する、リフトファンと推力偏向ノズルについて、以下の項目で説明しました。
- F-35BライトニングIIの短距離離陸／垂直着陸（STOVL）の仕組み
- F-35BライトニングIIのリフトファン
- 写真で見るF-35Bのリフトファン
- リフトファンと推力偏向ノズルによる推力方向
- 参考：機体の3つの回転軸について
- F-35BライトニングIIの推力偏向ノズル
- 写真で見るF-35Bの推力偏向ノズル
- 推力偏向ノズルの動作イメージ
- 参考資料
