2022年5月

第821号

令和3年度 第7回 SJAC 講演会を開催（一社）日本航空宇宙工業会（SJAC）は、令和4年3月24日（木）、SJAC革新航空機技術開発センター（革新センター）による技術動向調査研究事業の成果報告を目的として、SJAC講演会を開催した。
尚、本講演会は、新型コロナの感染状況とその影響を鑑み、オンライン開催とした。

1. はじめにの新しい航空機形態の構造的課題の調査結果

革新センターでは、将来出現が予想されるについて報告いただいた。（別紙第1）

高性能の革新航空機を開発するために必要とされる技術について調査及び実用化研究開発等を推進する活動として、革新航空機技術の動向調査を行い、その成果はSJAC講演会を通じて会員の皆様に広く共有している。
2. 講演会の概要

有薗

仁氏

今年度の調査項目として取り組んだ革新航空機技術3テーマについて報告を行った。
演題、講師および講演概要は以下のとおり。

（2）「高強度軽量新素材の開発の調査報告」
香川豊 氏（東京大学名誉教授）

尚、当日は26の会員企業及び団体などから航空機を構成する材料の技術開発において69名が参加した。

は、その更なる高性能化が期待されている。
（1）「BWB（Blended Wing Body）機やTBW

特にエンジンの軽量化や燃焼温度上昇のため（Truss Braced Wing）機などの新しい形態に、近年使用され始めた軽くて耐熱性のある機の構造的課題の調査報告」

セ ラ ミ ッ ク ス 複 合 材 料（CMC：Ceramic

宇宙航空研究開発機構

Matrix Composites）を中心とした高性能材料

航空技術部門の開発状況の調査結果について報告いただい航空環境適合イノベーションハブ
有薗仁氏た。（別紙第2）

近年、温室効果ガスの排出削減に向けた取り組みが世界中で行われ、Tube & Wingよりも空力的効率の高い航空機の形態が数多く提案されているが、構造的な観点では荷重をどのように受けもつかなど、軽量な構造を実現するには課題が多い。BWB機やTBW機など

香川豊氏
1トピックス（3）「飛行外部環境検知/予測技術の調査報告」
宇宙航空研究開発機構

航空技術部門

航空安全イノベーションハブ長神田

3. おわりに多くの参加者から、「次世代技術の情報を整理し掘り下げた話を聞くことは貴重な機会淳氏であった」、「テーマが現在の業務内容と関連があり参考になった」、「幅広い知識、情報を航空機運航を取り巻く外部環境のうち、気収集できた」等の理由で評価をいただいた。

象現象は航空事故の半数以上で何らかの主要今後も革新センターの活動を通じて、会員因あるいは背景要因になっており、安全上の企業の皆様方の事業活動において有益となる大きな課題である。特に影響の大きい乱気情報発信を目指していく。

流・火山灰・雷・雪の4種類の気象現象の調査結果について報告いただいた。（別紙第3）

神田淳氏〔（一社）日本航空宇宙工業会

2技術部部長松田圭介〕

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令和3年度革新センター技術動向調査研究

第821号

別紙第1

BWB（Blended Wing Body）機やTBW（Truss Braced Wing）機などの新しい形態機の構造的課題の調査に関する報告書
1. はじめにを発生させて揚抗比を向上させることがで近年、温室効果ガスの排出削減に向けた取き、燃費を大幅に改善できる可能性のある形

り組みが世界中で行われており、航空分野に態である。また、胴体幅を広く設定可能になおいても、ICAOにおいて燃費効率を毎年2%るため、Tube & Wing機よりもペイロードの改善することや2020年以降総排出量を増加さ空間を大きく取ることができるといったメせないことなどを定めた目標が策定されていリットがある。

る。燃費削減の1つの手段として、機体構造

BWB機では、胴体部の上下面の外板がほの軽量化が挙げられ、これまでは主に金属材ぼ直線的になるため、平板に近い外板構造で料を複合材料に置き換えることにより軽量化

与圧を曲げ荷重として支持することになり、を進めてきたが、材料だけでは軽量化の限界構造効率が大幅に低下する。さらに、主翼やに近づきつつある。一方、航空機の形態とし胴体の曲げ荷重が作用するため、複雑な荷重ては、1950年代にジェット旅客機が登場して条件においても荷重を効率良く伝達できる構以来、いわゆるTube & Wingと呼ばれる形態造として設計する必要がある。

が採用されており、これまで大きく変化していない。
新しい航空機の形態については数多く提案

BWB機の胴体断面形状としては様々な案が提案されているが、大きく分けて以下の3種類に分類される。

されてきたが、近年、Tube & Wingよりも空- Integrated Skin & Shell構造： 与圧による曲力的な効率の高いBlended Wing Body（BWB）

げ荷重を外板構造で支持する方法。従来のやTruss-Braced-Wing（TBW）などの研究が進設計手法を使えることや胴体内部の空間をめられているが、構造的な観点では、荷重を有効活用できる点はメリットだが、平板構どのように受けもつかなど、軽量な構造を実造で曲げ荷重を取る必要があるため、非常現するには課題が多い。に重量が増える点がデメリットとなる。

本報告では、BWB機やTBW機などの新し- Multi-Bubble構造： 円筒形を与圧荷重支持

く提案されている機体の概要および構造的課部材で分割する方法。与圧荷重を取る方法

題についてまとめる。

としては、最も効果的であるが、与圧荷重

2. Blended Wing Body機の概要および構造的- Oval構造： 楕円形状で与圧による曲げ荷重支持部材の設計が複雑になる。
課題を支持する方法。楕円の扁平率が大きくな

Blended Wing Body（BWB）機は、主翼と胴ると構造効率が低下することや、他の形状体の境目がなく一体化した航空機形態の1つと比較して内部空間を有効利用できないこである。主翼で主に揚力を発生させるTube &となどがデメリットとなる。

Wing機とは異なり、BWBでは胴体でも揚力3トピックス

3. Truss-Braced-Wing機の概要および構造的要がある。

課題
Truss-Braced-Wing（TBW）機 は、Tube &5. まとめWing機の形態で、主翼のアスペクト比を大本 報 告 で は、BWB 機、TBW 機、Double

きくして抵抗を低減することで燃費向上を

Bubble機、水素航空機の概要および構造的課

狙った機体形状で、主翼のアスペクト比が大題 に つ い て ま と め た。こ れ ま で の Tube &きくなることによる翼胴結合部の曲げモーメ

Wing機の機体開発では、概念設計から基本ントが大きくなることを防ぐために、スト設計に進み、空力設計された外形形状に対しラットにより荷重を分散させている。ていかに軽量な構造にできるか、といった観TBW機における構造的課題としては、ま点で既存機の構造様式等を参考にしながら構ず、ストラットの位置および強度設計が重要造設計が進められてきた。しかしながら、新であると考える。また、スパンの増加および形態の航空機では既存の情報がなく、より高翼厚の減少により剛性が低下し、空力弾性特性能な機体とするためには、構造設計のみな性が悪化すると考えられる。

らず、あらゆる分野が概念設計段階から考参画し、設計の初期段階から機体全体を最適化

4. その他の新形態航空機の概要および構造的課題
4.1 Double Bubble機の概要と構造的課題
機体形状としては、Tube & Wing機とBWB機の中間にあたる機体形状であり、上記で述
べたように、Double Bubble機では、胴体の設計が課題であると考える。
4.2 水素航空機の概要と構造的課題
近年、世界的に脱炭素化の取り組みが広がっており、航空機においてもこれまでのジェット燃料の代替として水素が注目されている。AirbusやAerospace Technology Instituteにおいて機体形状のコンセプトが発表されている。
水素航空機における構造的課題としては、ジェット燃料と比べてエネルギー当たりの体積が4倍で、マイナス253℃の極低温である液体水素をどのように貯蔵し供給するかが挙げられる。液体水素タンクの設計にあたっては、タンク本体の軽量化、熱設計、内圧の変化、スロッシング等に加えて、機体へどのように搭載するかも含めた多分野統合設計の必4していく必要があると考える。

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令和3年度革新センター技術動向調査研究

第821号

別紙第2

高強度軽量新素材の開発の調査に関する報告書

1. はじめにンセラミックス協会が行った。

航空機に要求される様々な性能を満たすためには数多くのアプローチがあり、実際に行3. SiC/SiCに関する研究開発われているものも多種多様である。その中のSiC系の繊維の開発では強度とクリープ特ひとつに、航空機を構成する材料の技術開発

性 の 両 立 が 大 き な 課 題 に な っ て い る。

がある。本調査報告書では、このような航空

Sylramic-iBN繊維のような繊維も製造されて機用材料として、近年使用され始めた材料をいるが、現在のSiC/SiCに用いられているも対象として調査を行なった。特に、セラミッのはニカロンSiC繊維とチラノSiC繊維が大多

ク ス 複 合 材 料（CMC：Ceramic Matrix数である。ドイツや中国でもSiC繊維の製造Composites）に関して詳細な調査を行うととが開始されている。

もに、プラスチックス系材料に関しても今後これまでのSiC/SiCの研究開発では、SiCを重要となりうるものについて国内外の最近の作製してその諸特性を測定するという研究スタ文献をもとに調査を行った。

イルが行われてきた。近年では工業的に用いられるSiC/SiCの製造方法のほとんどがRMI法

2. 報告書の構成と内容（溶融Si含浸反応法）であるため、それに伴い、CMCに関する章（第2章）ではCMCの概要

SiC/SiC材料の繊維、h-BN界面コーティング、と研究開発動向（2.1節）、実用化に欠かせなマトリックスがほぼ決定され、繊維構造を除いい耐環境コーティング（EBC：Environmental

た標準的な複合化 組 織が 確定されつつある。

Barrier Coatings）（2.2節）、航空機関連におけ製造方法に関してはSi合金の利用による含 浸る応用技術（2.3節）、新しい技術分野として温度低減や金属間化合物生成による未反応Siのコンピュータシミュレーション技術の動向を極力少なくする試みが行われている。

（2.4節）を調査した結果を示した。さらに、最近の研究開発は、SiC/SiCを使用すると現時点での諸特性を付録にまとめて示した。

きの問題点を調べ解析する方向に移行してお第3章ではプラスチックス系材料に関するいり、従来型の単に材料の特性を測定するといくつかの技術を取り上げた。

う研究はCMC先進国では極めて少なくなっ作成においては、CMC関連及び取りまとている。そのかわりに高温水蒸気雰囲気下でめを東京工科大学・香川豊教授、EBC関連技の疲労挙動やクリープ挙動に関しての研究が術を（一財）ファインセラミックスセンター進められている。特に、高温水蒸気存在下で材料技術研究所・北岡諭副所長、コンピューの損傷と劣化の機構を解明する研究が多く

タ関連技術を一橋大学・七丈直弘教授が担当なっている。SiC繊維とSiCマトリックス間のした。プラスチックス系材料に関しては、科インターフェイズであるh-BNコーティング

学技術ライター・時本扶美氏が調査を行っ層の高温水蒸気存在下での耐久性についてはた。全体の取りまとめは（一社）日本ファイ

様々なモデルが提案され、レーザによるSiC/
5

トピックス

SiCの加熱に関する研究なども行われるようになった。

6. SiC/SiC及びOx/Oxの応用技術開発
SiC/SiC及びOx/Oxは民間航空機用エンジン製造企業において様々な用途開発が行われて

4. SiC/SiC以外のCMCに関する研究いる。GE社やSafran社のSiC/SiCシュラウド、SiC/SiC以外のCMCでは①酸化物系繊維をパネル、エクゾーストコーンなどへの応用分酸化物マトリックスと複合化したOx/Ox、②野を紹介した。最近では、SiC/SiCの動的部力学的機能に加えて電気的機能を付与したも品への適用も考えられるようになっている。のがある。

アメリカで行われているCLEENプロジェク

Ox/OxはSiC/SiCと並んで様々な用途が検討されている。SiC/SiCと異なる点は、Ox/OxはトにおけるCMC関連のものについても紹介した。

汎 用 的 な CMC と し て、ド イ ツ、イ ギ リ ス、
アメリカなどで製造されているとともに、国7. コンピュータを利用した新しいCMC研究内でも古くから開発が行われ、汎用品としてCMCの新たな技術分野の展開として、計入手できる点である。Ox/Oxに用いられる繊算機技術の応用がある。ここでは、実際の維はムライト系のものが一般的になってい

CMC 組 織 の デ ジ タ ル モ デ ル 化 技 術、コ ンる。Ox/Oxの特徴としては、高温保持によるピュータシミュレーションを利用したSiC/酸化物系繊維の劣化現象があり、最大使用温SiCの力学的挙動（損傷）の評価、コンピュー度は〜1000 ℃程度に留まっている。1000 ℃

タによる大規模なデータ解析と非破壊検査へであっても長時間曝露後には酸化物系繊維をの応用を紹介した。深層ニューラルネット形成する結晶粒の増加により力学特性が低下ワーク（DNN： Deep Neural Networks）を用することなどが観察されている。

いた学習やデジタル・ツインなどのCMC分電気的機能を付与するCMCは、主にレドームへの応用を目標にしたものであり、BN繊野に対する有力なコンピュータ技術に関しても説明した。

維やSiO2繊維を強化素材として用いたもの
8. プラスチックス系注目材料技術の報告がある。

航空機への各種プラスチックス系複合材料
5. 耐環境コーティング（EBCs）の研究開発の適用箇所が広がっている一方で、新しい材SiC/SiCを航空機用エンジン部品として使料技術としての適用可能性が未だ検討段階に用する場合には、高温水蒸気からSiC/SiCをあるものもある。現在、複合材料の軽量化・守る機能を持つ耐環境コーティング（EBCs）高性能化を実現するために、国内外においてが 必 要 に な っ て い る。ム ラ イ ト と BSAS

数多くの技術開発がされている。極めて多く（1-xBaO･xSrO･Al O ･2SiO 、0≤x≤1）をコーの研究報告が行われている分野であるため、ティング層とし、Siを結合層に用いるものがプラスチックス系複合材料に用いられる新材古くから開発されている。近年では、高温水料技術の中から、①炭素繊維複合材の超臨界蒸気に加えてCMAS対策も重要になってい（SCF）状 態 を 用 い た 微 細 発 泡 成 形 技 術る。最近では、Yb2SiO5、Yb2Si2O7、Al6Si2O13、（MuCell®）、②ナノカーボン技術、③PEEK等

ムライトなどを組み合わせたコーティングがの新材料、を中心として、新規材料技術のも開発されている。

つポテンシャルについて調査した。

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令和3年度革新センター技術動向調査研究

第821号

別紙第3

飛行外部環境検知/予測技術の調査に関する報告書

外部環境の中でも特殊気象が航空機運航に先行機のPIREP（Pilot Weather Report）、主要

大 き く 影 響 し、国 際 航 空 運 送 協 会 IATA

空港周辺ではドップラーレーダによる乱気流（International Air Transport Association）のの検知・観測が行われている。米国や欧州でReportによれば、2016年〜2020年の5年間には航空機搭載用のライダー開発を行っていた発生した航空死亡事故の内、実に53%の事例が、実用化には至っていない。JAXAで開発において何らかの気象現象が事故の主要因あした乱気流検知用ドップラーライダーは、小るいは背景要因となっている。また特殊気象型光アンプをレーザ光の増幅に用いて搭載性は運航効率性においても大きな問題となって向上を目指したもので、2002年に飛行試験をおり、巡航中の悪天域の回避、離着陸時の悪開始し、2018年には、SafeAvioプロジェクト

天候による待機、機材の不具合など、特殊気で開発したドップラーライダーを大型ジェッ

象は運航へ甚大な影響を与えている。航空機

ト機（ボーイング777F型機）に搭載して実証運航に影響する特殊気象として代表的なものしている。さらにドップラーライダーをベーに、氷（過 冷 却 水 含 む）、雪、雷、雨（水 をスとする乱気流検知と突風応答軽減制御を組含む）、霧、乱気流、火山灰（砂塵を含む）、み合わせた機体動揺低減技術の飛行実証に取電磁波（宇宙線）の8種類が挙げられた。さり組んでいる。

らに、安全性、効率性（運航、整備）の観点

火山灰がジェットエンジンの熱で溶解し内から運航会社が直面している航空機への気象部で粘着することによりエンジンが全発停止影響が33種類あることがわかった。本調査研する事故が発生するなど、火山灰はエンジン究では、飛行外部環境として気象環境に焦点推力低下・喪失につながる要因となる。現在、をあてることとし、その中で航空機運航に特電波を用いたレーダ、光波を用いたライダーに影響の大きい乱気流・火山灰・雷・雪の4によって噴出量推定を行い、拡散予測モデル種類の気象現象を対象とした。この気象現象によって測定火山灰の移動予測を行っていに対して発生する問題点、論文等の文献調査る。研究としては、後方散乱係数を用いた火に基づいた世界の問題解決に向けた研究開発

山灰濃度推定が行われているほか、観測対象状況、世界に先駆けJAXAで研究開発を実施の球形性に依存して特性が出る偏光解消度をしている最新技術の概要と実証計画について用いた火山灰検知、多波長を用いることに示す。

よってその精度を高める試みが行われてい乱気流事故は、我が国における大型飛行機る。衛星から見える最上層にある火山灰を対の事故（2001-2020年）のうち約3分の2を占象に、1000㎞以上にわたって流れていく火山めている。機体動揺による客室内事故や、機灰の特性・成分分析を、衛星の赤外チャネル

体姿勢が不安定になりハードランディングすデータから行う試みも行われている。しかるなどが代表的な乱気流事故である。現在、し、離着陸を行う経路や、圏界面より下層の一部の乱気流については搭載気象レーダや、航空路における飛行可否を、火山灰濃度の観7

トピックス測値により判断するには、ライダーによる観着陸が可能であった場合でも、滑走路が局所測が必要となる。JAXAでは航空路の火山灰的に非常に滑りやすい状態になる状況では、濃度観測にむけて、火山灰からの後方散乱強オーバランなどのインシデントが発生する可度および偏光成分を計測するための航空機搭能性もある。現在、運航会社は人手によって載用火山灰観測機器の研究開発を進めてお得られた雪氷情報に基づいて運航方針を決定

り、2022年度には鹿児島県桜島周辺で火山灰している。雪氷情報を定量的に得ることが必

検知ライダーの機能確認飛行試験を行う予定

要とされており、その取得方法や研究が機体である。

メーカを中心に行われているが、いずれも着航空機被雷が発生すると、検査および応急陸した機体の運動状況から滑走路状態を推測修理によって、次便に遅延が生じることがしするものである。一方で、雪氷状態（雪氷厚ばしばある。新しい航空機では炭素繊維複合さ や 雪 質）を 直 接 計 測 す る セ ン サ は 無 い。

材の使用率が高くなっており、損傷部分がア

JAXAでは、レーザの雪氷内散乱光画像をAIルミ材に比べて広くなる傾向があることが知で解析し滑走路上の雪氷状態（雪質・雪厚）られている。また炭素繊維複合材は、複雑なをリアルタイムに同定する、埋設型の雪氷モ構造をしているため、修理に要する工数や時ニタリングセンサの開発に取り組んでいる。

間が多くなる問題がある。
航空機被雷に対する現状の対策としては、
気 象 庁 が 配 備 す る LIDEN に よ る 観 測 情 報、
LIDENなどの観測情報と数値気象モデルによる予測情報を用いた雷ナウキャストが広く用いられている。米国においては、航空機運用の た め の 発 雷 検 知 装 置 と し て、USPLN やNLDN が用いられている。また雲放電に伴い放射される電磁波をLF帯やVHF帯の受信機で捉える装置が開発されており、米国では一部すでに現業で使用され始めている。さらに数値気象モデル内において電荷分離を模擬し、雲内の電荷分布を直接算出する試みがおこなわれている。JAXAでは、自然雷と異なり航空機自身が誘雷する現象に着目し、空港周辺で利用可能な観測装置によって得られた観測データに基づいて、数キロメートルの空間分解能を有する被雷危険性予測情報を生成する手法の研究開発を実施している。
滑走路上の雪氷は運航上の大きな問題となる。必要滑走路長に対し滑走路長が足りない場合は、ダイバート（目的地変更）や欠航になるため、運航効率が大きく低下する。また
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