SafeAvioプロジェクト（晴天乱気流事故防止機体技術の実証）の成果概要

宇宙航空研究開発機構 航空技術部門
航空システム研究ユニット ウエザーセイフティアビオニクス技術研究グループリーダ
町田 茂

１．研究開発の必要性
鳥衝突＋落雷 4件

機器不具合 9件

誤動作等
15件

乱気流等
42件

図１：我が国の大型航空機の事故（運輸安全委員会報告書（1990～2014）より）

 社会的必要性：
・過去10年の国内の航空機事故のうち50%超が乱気流を原因としており、早急な安全対策が求められている。
・また、国産機開発が進む中、航空装備品産業を育成するためにシステム技術の向上が急務となっている。

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２．プロジェクトの目的・目標
 目的：乱気流事故を半減するために必要な乱気流検知技術および情報提供技術の小型航空機による実証 目標：レーザを用いた搭載型乱気流検知装置の小型軽量・高機能化実現とパイロットへの適切な情報提供技術の研究開発と実証
 技術コンセプト：
 計測距離や搭載性で優位に立つJAXAのドップラーライダー技術を用いた晴天時の乱気流検知技術
 危険性判定・アドバイザリー機能を持つパイロットへの乱気流情報技術
光アンプ

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３．研究開発した技術
従来、現在航空機では、レーダーの電波が雲中の水滴に反射した信号を使って乱気流を検知しているため、晴天時の乱気流は見つけることができない。
水滴（直径約1㎜）
雲
乱気流

照射した電波雲中の水滴に反射したレーダ反射波

ライダー技術は、レーザー光が空気中の塵に反射した信号から前方にある乱気流を検知する技術で、晴天時の乱気流を見つけることができる。
空気中の微粒子（直径約1μm = 1/1000 mm ）空気中の微粒子に反射した散乱光

乱気流照射したレーザ光4４．開発した晴天乱気流検知・情報提供システムの概要
主要諸元■ 乱気流検知装置（ライダー）
光送受信装置
信号処理装置

光アンテナ装置

レーザ波長1.5 μm

光出力3.3 W

ビーム径150mm+50mm

重量83.7 kg

消費電力936 W

冷却装置■ 乱気流情報提供装置
ライダーの観測データに基づき、ウィンドシア、乱気流を検出・表示する装置を開発。

飛行試験時にウィンドシア警報が出た時の実画面

JAXA PROPRIETARY5５．乱気流検知装置の高機能化と小型軽量化
２０１２モデル（高高度モデル）

SafeAvioプロジェクトで開発した機器

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６．飛行試験の概要
 試験概要：乱気流事故防止システムの飛行実証 期間：平成28年12月17日～平成29年2月10日（フライト数：19回）
 実施場所：名古屋空港、G/K空域
 使用機体：実験用小型ジェット機（DAS社のガルフストリームGII） 確認項目① 観測レンジ：高度2,000～40,000ｆｔを水平飛行し、最大観測レンジを確認する。
② 乱気流情報提供：模擬進入飛行を行い、乱気流の危険性認識性能を確認する。
Ｇ空域

・名古屋空港Ｋ空域
JAXA PROPRIETARY

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７．飛行試験
実験用小型ジェット機（DAS社のガルフストリームGII）

機内風景

レーザー光照射窓
飛行試験時にウィンドシア警報が出た時にパイロットが見る画面
8８．SafeAvioプロジェクト成果 (1/2)

 飛行実証により得られた観測距離と装置重量は、競合相手である欧米と比べて優れた性能を有しており、国際競争力を有している。
 欧米が大出力のレーザーを小型化しようとしたのに対し、日本は元々小型の通信機器用デバイスを高出力化するコンセプトで先行に成功した。

観測距離[km]

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SafeAvioプロジェクト
飛行実証結果（平均値17.5km, 83.7kg）
SafeAvioプロジェクト
目標（平均値14km, 95kg）

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FY2012観測値
10500

欧州DELICAT(FY2013)小型のまま性能向上
5NMモデル(FY2007)
3NMモデル(FY2006)
100200欧州AWIATOR

装置重量

300

[kg]

JAXA PROPRIETARY

米国
WindTracer

2000
9８．SafeAvioプロジェクト成果 (2/2)■ 乱気流情報提供装置（ソフトウェア）： 計器表示の例
ウィンドシアー、乱気流の表示

対気速度の予測表示

既存の航空機規格に準拠した情報提供を行う。

エアラインへのヒアリング等に基づき、対気速度の変化傾向、速度逸⇒ 認証の効率化、パイロット訓練時間の短縮を狙う。 脱を防ぐ速度目標を示す表示を開発。
（東大との共同研究成果）⇒ 進入着陸中の失速や降下中のオーバースピードを防ぐ効果が期待される。（乱気流検知装置の用途拡大）⇒乱気流検知装置独自の表示として国際規格化を狙う。
L-TSPD (Lidar-Target Speed)• 速度逸脱を防ぐために自動で変化する
速度目標値
効果：一定速度を維持できるようにパイロットのエンジン操作を誘導

L-PSPD (Lidar-Predictive Speed)• ライダー観測値に基づく速度予測（3つの楕円：5/10/20秒後の速度）

ウィンドシアー、乱気流の位置を表示し、回避を促す

効果：風の変化傾向をパイロットに知らせ、風変化への素早い対処を促す

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９．プロジェクトの実施体制
 プロジェクトの実施に当たっては、JAXA中心となり、装備品メーカーおよび大学と連携し研究開発を推進
 特にエアラインの方々からは、計画段階からご意見いただくとともに、最終的な評価へもご参加いただいた 産学官コミュニティとして SafeAvio研究会：目的、目標、スケジュールおよび主要成果の共有、大学やエアラインを含めた民間事業者と連携・協力し、多様な人材や知見・知識を活用する体制
第4期科学技術基本計画

交通安全基本計画

文部科学省

国土交通省
総合政策局
航空局

宇宙開発利用課
航空科学技術委員会

耐空性証明手順・基準に関する委託研究「交通運輸技術開発推進制度」

エアライン
JAL
ANA
航空宇宙工業
SJAC
機体メーカー
三菱重工業

利用法意見

JAXA

航空技術部門
SafeAvio
プロジェクトチーム
公募型
共同研究

大学

東京大学

研究開発
契約
（製作）

乱気流検知装置製作

装備品メーカー

三菱電機
請負契約

実験用航空機改造・運用

ダイヤモンドエアサービス社
乱気流情報提供
装置製作

三菱スペース
ソフトウェアプロジェクトの実施主体

運用構想アドバイザー

SafeAvio研究会
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１０．SafeAvioプロジェクトの位置付け
FY1998～FY2012

第3期中期計画（FY2013 – FY2017)

標準化団体
機体メーカ

標準化団体主要構成員との事前調整

規制化
搭載、試用運用、実運用Boeing
ecoDemonstrator20
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JAXA仕様による実証装置開発

基礎研究

第5期中期計画

技術標準化

Boeing/JAXA共同研究(2010 –2016)

装備品メーカJAXA航空

第4期中期計画(FY2018 – FY2024)

技術移転後 実用化開発/試作/実用評価/量産化技術（TRL６）の実証 ▽SafeAvioプロジェクト
標準化活動支援、評価解析支援
機体動揺低減技術（SafeAvioプリプロジェクト、航空イノベハブ事業）a) 晴天乱気流検知技術の開発と実証b) 乱気流事故防止
システム技術の実証

最終目標：
晴天乱気流事故半減

機体動揺低減技術の研究
開発（その２）c) 研究開発の最終段階
実用化への架け橋d) 実用化注）2018年度以降は想定を含む

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１１．実用化に向けた活動 (1/2)
ボーイングecoDemonstoratorプログラム参画
 ボーイング社のecoDemonstratorプログラムは、航空機の安全飛行と環境性能の向上を実現するため、様々なテクノロジーを実際の航空機に搭載して、飛行試験を行うプログラム。
 大型機（ボーイング777）を使用して行なわれるボーイング社の ecoDemonstrator2018プログラムへ搭載する技術としてＪＡＸＡの開発したLIDAR搭載が採用された。
飛行試験の意義： 大型旅客機への実装の実現性の確認、実用化に向けた技術課題の確認、大手機体製造メーカの評価を得られる絶好の機会
 本装置に対するエアラインおよび他の機体メーカの意義価値認識の向上、標準化団体（RTCA、SAE等）
及び航空規制当局への必要性認識向上により標準化プロセスの加速が期待

Boeing 777 Freighter
8月2日 記者発表会（写真 ボーイング社ご提供 Photos courtesy of The Boeing Company ）13

１１．実用化に向けた活動 (1/2)
ボーイングecoDemonstoratorプログラム参画

飛行試験器、飛行試験担当者と胴体に取り付けられたフェアリング
（写真 ボーイング社ご提供 Photos courtesy of The Boeing Company ） 2017年11月より、ワシントン州シアトルのボーイングフィールドにて装置の単体試験
 2018年2月末までに機体への搭載および飛行試験準備 2018年3月から4月にかけて、ワシントン州を中心に飛行試験実施
 予定通りの飛行試験データが取得
 ボーイング社から、航空機アビオニクスとしての乱気流検知装置と情報提供装置の実用化に向けた評価取得
 航空機への搭載、搭載後の調整および運用に関する技術課題などの知見

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１１．実用化に向けた活動 (2/2)
新規航空機装備品の標準化活動
・2014年：航空機搭載用レーダーの標準化を行っているRTCA* 特別委員会230にコンタクト開始
・2018年7月：RTCAにおいて航空機搭載型晴天乱気流検知装置に関する技術標準作成に向けた調査・検討プロセスが開始されること決定
・新たなWGのCo-chair2名中1名は日本側が行う予定
・三菱電機とJAXAは、同装置の将来の実用化・製品化に向けて、RTCAの特別委員会による技術標準案作成のための調査・検討に参画

SafeAvio
プロジェクト
乱気流検知装置の開発・実証

ecoDemonstrator
2018プログラム
 ボーイング機を利用した実証 機体メーカの評価

製品開発

量産化

企業活動
規制化
標準化
への貢献
への貢献
JAXAの活動領域の拡大＊米国航空無線技術委員会（RadioTechnical Commission forAeronautics）
RTCAが作成する技術標準は、民間航空機に装備品を搭載する際に必須となる。
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まとめ晴天乱気流に起因する事故の現状
晴天乱気流を見つける技術
装置の開発と飛行実証
実用化に向けた活動
Boeing ecoDemonstrator2018→「研究開発」の最終段階
航空機搭載用乱気流検知装置の技術標準化→実用化のための必須プロセス
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ご清聴ありがとうございました。

（写真 ボーイング社ご提供 Photos courtesy of The Boeing Company ）17