例えばイスラエルのアイアンドームについて

パレスチナのハマスはイスラエルにロケット弾を打ち込んでいます。イスラエルは防空のためにアイアンドームシステムによる迎撃ミサイルでもって対応しています。迎撃ミサイルの映像を見るとミサイルラウンチャーから発射された迎撃ミサイルは最初は直線でコンピュータ誘導でロケット弾を追跡しています。驚くのはUターン軌跡を取っていることです。飛行体が翼で進路変更できるのは翼の持つ空気抵抗があって空気抵抗の少ない場へと物体は動くからです。迎撃ミサイルの運動エネルギーは強力で迎撃ミサイルの持つ小さな翼の効力は皆無のはず。
なぜUターン軌跡を取っているのですか。

No.6 回答者： 0_asuka 回答日時： 2023/06/18 18:35

＞なぜ運動物体にZ軸の要素を加味しなければならないんですか。

最初は「置いた鉛筆の尻を重心の方向へ押すと真っ直ぐ進みますが、重心から外れた斜めの方向へ押すと回転しながら進みます」といった感じの例を示して２次元で説明しようとしていたのですが、その回転がロール方向ではなくヨー方向だということを上手く説明することができず、面倒くさくなったので雑に３軸を使って説明しました。
ヨー方向の回転軸は鉛筆が置かれている平面と垂直になりますが、説明でそのことに触れなければならないと悩んだ結果がアレです。
（ロケットとかミサイルは三次元で動くし…と要らんところでも悩んだのです）
それ以上の深い意味はありません
そこで混乱したのならすみませんでした。

この回答へのお礼

説明に骨を折ってくれてありがとうございました。感謝します。

検索しましたがローとヨーは同じ回転としか思えません。それに揚力と空気抵抗があるのとなぜ軸を設けるのか理解できませんでした。

お礼日時：2023/06/19 04:25

No.5 回答者： Dendrocacalia 回答日時： 2023/06/17 19:56

ご質問のアイアンドームは、ロケット弾など（速度はマッハ2くらい）に対する防空システムです。

弾道ミサイル（マッハ20前後）に対しては有効ではなく、また別の防空システムがあります。
ご存知のように、ロケット弾は弾道ミサイルよりはるかに安価で、パレスチナの強硬派（ハマス）はこれでイスラエルを攻撃します。対するイスラエルは、タミルミサイルでロケット弾を撃ち落とす、それがアイアンドームということです。

> なぜUターン軌跡を取っているのですか。

（コンピューターで誘導するとはいえ、）出会い頭にぶつかるよりも、回り込んで追いかけてぶつかるほうが、命中しやすいからでしょう。前述のようにロケット弾は比較的低速なので、タミルミサイルはこれを追いかけて、追い付くことができます。

> 迎撃ミサイルの持つ小さな翼の効力は皆無のはず。

皆無ではないものの、あたらずといえども遠からずでしょう。ウィキペディア（https://ja.wikipedia.org/wiki/）の「推力偏向」の項から引用します。ウィキペディアをソースに挙げるのは気が引けますが。
〔引用開始〕
推力偏向（すいりょくへんこう）とは、〔中略〕噴流ないしその反作用によって推力を得るメカニズムにおいて、〔中略〕噴流の向きをノズルで変えることで行われる。これにより〔中略〕補助翼や方向舵などの動翼だけに頼らずに機体の姿勢制御を行うことができ、〔中略〕
特に、方向舵など空気力学的な機体制御は超音速領域では効果が小さく、超音速域においても高い機動性を発揮するには、推力偏向は必須の機能である。
〔引用終り〕

このように、「方向舵など空気力学的な機体制御は超音速領域では効果が小さ」いので、マッハ2を超えるタミルミサイルの場合、推力偏向すなわちノズルを動かして機体を制御するわけです。
専門的な理論は知りませんが、高校物理で考えたって、動翼よりもノズルで制御するのが効果が大きいことは分かると思います。ミサイルが飛ぶのは、燃料が燃焼してノズルから噴出するとき、ノズルの内壁を強く押すからですね。それが推進力の源のため、ノズルの向きを変えることで推進方向は大きく変わるわけです。特に、超音速の場合はそれが有効です。

この回答へのお礼

ロケット弾に追いつき爆破させるというのは正しい認識だと思う。

余談だが、昔は推力を得るために複数のエンジンとそれに伴う複数のノズルを有し得ざるを得なかったらしい。それでも可変ノズルではなかった。現在は単発のエンジンで事足りているようだ。H2Aは単発エンジンと単発ノズルだ。他に補助ブースターが2基備えられている。それぞれに噴射ムラがあるはずだ。どうしてまっすぐ上昇できるのだろうか。

アイアンドームがエンジン数やノズル数はともかくとして可変ノズルを有していたとしよう。それでも強い円弧を描くような飛行制御ができるだろうか。ベクトルとして捉えてみても疑問だな。

お礼日時：2023/06/18 05:09

No.4 回答者： 0_asuka 回答日時： 2023/06/17 11:01

近年のジェット戦闘機もノズル偏向で姿勢制御をしていますが、ロケットでもやっているのです。

（つーか、戦闘機がそれをしているのはロケットで実用化された技術が持ち込まれた結果ではなかったかと）

雑に説明していくと、

盛大に噴射しながら真っ直ぐ飛んでいるロケットを想定し、そのロケットから見て先端と後端をつなぐ軸をX軸、そのX軸と垂直な軸の一つをY軸、X軸とY軸の両方と垂直な軸をZ軸とする。
ロケットは推進剤を噴射する反作用で推進力を得ているのだから、噴射ノズルをZ軸方向へ傾けて噴射するとロケットは重心から離れた後端をZ軸方向から押されるような力がかかり、Y軸を中心として回転するようになる。
それで望んだ方向まで回転したところでノズルを戻せば方向転換ができる。

…って感じ。
（車のドリフト走行みたいなことを空中の三次元機動でやっている感じだと想像すればそれほど間違っていないはず）
これなら翼による空力制御だけでやるより短距離でUターンが可能です。

ミサイルには前側にサイドスラスターがあるものもあり、そういうものは方向転換などの姿勢制御時にそこから横向きに推進剤を噴射しているそうです。
これも横向きに噴射することでミサイルを進行方向と垂直の軸で回転させる力をかけて向きを変えているわけです。


とはいえ迎撃ミサイルも、人工衛星に手が届くような高度で標的を破壊するものならともかく、アイアンドームみたいな十分空気が濃い大気の底で使われることがほとんどなものは、翼による空力制御もある程度やっているんじゃないかな。
実際、Wikipedia英語版「Iron Dome」の頁にはこうあります。
---一部引用---
Missile Firing Unit: the unit launches the Tamir interceptor missile, equipped with electro-optic sensors and several steering fins for high maneuverability.
---引用終了---
出典：https://en.m.wikipedia.org/wiki/Iron_Dome#Specif …

この回答へのお礼

ジェット戦闘機が可変ノズルを有しているのはいくら真っ直ぐ飛ぼうと操舵しても左右に進路を変えてしまうから。ノズルで制御している。

なぜ運動物体にZ軸の要素を加味しなければならないんですか。

車の移動は地面とタイヤの摩擦であって迎撃ミサイルのような空気という流動体の中ではないと思われるが。

お礼日時：2023/06/17 11:20

No.3 回答者： himagene 回答日時： 2023/06/16 17:54

＞飛行体が翼で進路変更できるのは翼の持つ空気抵抗があって空気抵抗の少ない場へと物体は動くからです。

これは完全に間違っています。翼が発生する「空気抵抗ではなく」揚力でミサイルのモーメントを調整しています。高速(最大速度M2.2)のため小さくても効果は大きいのです。
なお、Army Technology, May 14 (2021)によると、「アイアンドーム（Iron Dome）は、検知と追跡のためのレーダー、 戦闘管理と兵器制御（BMC) 、ミサイルh発射ユニット (MFU)の三つから成っています。ミサイルシステムは光電センサーと連動した高い操縦性を有する数個の翼を備えています。射程は5km~70kmで一度に数個の目標に対応可能です」と書いてあります。予測軌道上で迎え撃つように軌道修正しているのです。

この回答へのお礼

飛行機は方向舵を失うと左右のコントロールを失いますよ。
迎撃ミサイルの写真をよく見ると方向舵が見当たらない。
これでますます分からなくなった。

お礼日時：2023/06/17 06:19

No.2 回答者： 0_asuka 回答日時： 2023/06/16 16:14

人工衛星とかを打ち上げるロケットも数秒で空気の薄い大気上層まで上がった後にかなりの角度の方向転換をするのだけど、それはノズルの向きを傾けて進行方向からずれた方向へ燃焼ガスを噴出させることで行っているみたいです。

ミサイルもロケットも基本的には同じ技術が使われているので、たぶん迎撃ミサイルとかも同じようにやっているのではないかな。

この回答へのお礼

エンジンノズルを動かすのは戦闘機じゃなかったっけ。
人工衛星の宇宙空間で曲がるのは地球の回転のエネルギーで曲がるのだと思う。たとえ迎撃ミサイルでも噴射ノズルを変えてたとしてもノズルが小さすぎて追いつかないと思う。

お礼日時：2023/06/17 06:11

No.1 回答者： kantansi 回答日時： 2023/06/16 14:50

アイアンドームシステムは、イスラエルがロケット攻撃やミサイル攻撃に対して防御するための迎撃システムです。

迎撃ミサイルがUターン軌跡を取る理由については、以下の要因が考えられます。

対象の追跡と誤報の回避: 迎撃ミサイルは初期段階では対象の軌道予測が確定していない場合があります。Uターン軌跡を取ることで、追跡中に対象の位置や速度情報を正確に取得し、誤報や予測の誤りを最小限に抑えることができます。

着弾点の最適化: 迎撃ミサイルは、発射されたロケット弾やミサイルを破壊するために接近する必要があります。Uターン軌跡を取ることで、より効果的に対象に接近し、正確に迎撃することが可能となります。

爆発による破片の散布防止: 迎撃ミサイルは対象を破壊するために自爆します。Uターン軌跡を取ることで、自爆時に生成される破片や破片の散布範囲を制御し、周囲の地域や人々への被害を最小限にすることが狙いです。

これらの要素を組み合わせることで、アイアンドームシステムは高い迎撃成功率を実現しています。ただし、具体的な技術や戦術の詳細については公に開示されていないため、正確な情報を提供することは難しいです。

この回答へのお礼

質問と違う回答をする人間のなんと多いことか。

お礼日時：2023/06/17 06:02