WEATHER-Eye ビジョン
WEATHER-Eye Vision

WEATHER-Eye コンソーシアム
2016 年 10 ⽉制定

改訂履歴

改訂履歴

版数

発⾏⽇

改訂履歴

初版

2016 年 10 ⽉ 17 ⽇

---

第2版

2016 年 12 ⽉ 12 ⽇

はじめに及び 5.2 節基本⽅針に⽂⾔追加

2

執筆担当

執筆担当

岡⽥ 孝雄 国⽴研究開発法⼈宇宙航空研究開発機構
航空技術部⾨次世代航空イノベーションハブ航空安全技術研究チーム
⼩倉 隆⼆ 株式会社 JAL エンジニアリング
技術部システム技術室 室⻑
神⽥ 淳

国⽴研究開発法⼈宇宙航空研究開発機構
航空技術部⾨次世代航空イノベーションハブ航空安全技術研究チーム

⽶⾕ ⾂司 ⽇本航空株式会社
運航本部運航技術部 副部⻑
杉⽥ 淳

全⽇本空輸株式会社
整備センター技術部構造技術チーム リーダー

⽴花 繁

国⽴研究開発法⼈宇宙航空研究開発機構
航空技術部⾨次世代航空イノベーションハブ航空安全技術研究チーム

⻄頭 浩明 全⽇本空輸株式会社 オペレーションサポートセンター
フライトオペレーション推進部運⽤技術チーム リーダー
原留 直秀 国⽴研究開発法⼈宇宙航空研究開発機構
航空技術部⾨次世代航空イノベーションハブ航空安全技術研究チーム
平⽊ 恵

富⼠重⼯業株式会社
航空宇宙カンパニー研究部機体研究課 課⻑

平野 義鎭 国⽴研究開発法⼈宇宙航空研究開発機構
航空技術部⾨次世代航空イノベーションハブ航空安全技術研究チーム
守⽥ 克彰 国⽴研究開発法⼈宇宙航空研究開発機構
航空技術部⾨次世代航空イノベーションハブ航空安全技術研究チーム
横関 智弘 国⽴⼤学法⼈東京⼤学⼤学院
⼯学系研究科航空宇宙⼯学専攻 准教授
吉川 栄⼀ 国⽴研究開発法⼈宇宙航空研究開発機構
航空技術部⾨次世代航空イノベーションハブ航空安全技術研究チーム（敬称略、⽒名の五⼗⾳順、下線はビジョン検討ワーキンググループメンバ）

3

⽬次

⽬次

はじめに...................................................................................................................................71.

現在の状況と問題 .............................................................................................................8
1.1.

航空機運航における問題 ..........................................................................................8

1.2.

気象の問題 ..............................................................................................................10

1.3.

気象が航空機運航に及ぼす影響 .............................................................................121.3.1.

気象影響の概要................................................................................................121.3.2.

問題点リスト ...................................................................................................13

1.4.

2.

3.

4.

4

⽇本の特殊事情 .......................................................................................................16

1.4.1.

⽇本の気象 .......................................................................................................16

1.4.2.

⽇本の運航環境................................................................................................18

問題の解決に向けて考慮すべき事項 ..............................................................................22
2.1.

ステークホルダ .......................................................................................................22

2.2.

関連機関・団体 .......................................................................................................23

2.3.

基準や規定 ..............................................................................................................24

2.3.1.

機体着氷関連 ...................................................................................................25

2.3.2.

滑⾛路の雪氷関連 ............................................................................................27

2.3.3.

雷関連 ..............................................................................................................29

2.3.4.

ウィンドシア関連 ............................................................................................31

2.3.5.

⽕⼭灰関連 .......................................................................................................33

研究開発の動向...............................................................................................................34
3.1.

世界の研究開発の動向 ............................................................................................34

3.2.

⽇本の研究開発の動向 ............................................................................................36

個別課題の分析...............................................................................................................39
4.1.

個別課題の項⽬ .......................................................................................................394.2.

機体着氷に関する課題 ............................................................................................40

4.2.1.

背景と問題 .......................................................................................................40

4.2.2.

現状の対策 .......................................................................................................40

4.2.3.

現状の問題点 ...................................................................................................424.2.4.

課題 ..................................................................................................................42

4.2.5.

世界の動向 .......................................................................................................42

4.2.6.

制約事項...........................................................................................................43

4.2.7.

⽬標 ..................................................................................................................43

4.2.8.

効果 ..................................................................................................................45

⽬次

4.3.

滑⾛路雪氷に関する課題 ........................................................................................46

4.3.1.

背景と問題 .......................................................................................................46

4.3.2.

現状の対策 .......................................................................................................46

4.3.3.

現状の問題点 ...................................................................................................47

4.3.4.

課題 ..................................................................................................................47

4.3.5.

世界の動向 .......................................................................................................48

4.3.6.

制約事項...........................................................................................................50

4.3.7.

⽬標 ..................................................................................................................50

4.3.8.

効果 ..................................................................................................................50

4.4.

雷気象に関する課題................................................................................................51

4.4.1.

背景と問題 .......................................................................................................51

4.4.2.

現状の対策 .......................................................................................................51

4.4.3.

現状の問題点 ...................................................................................................52

4.4.4.

課題 ..................................................................................................................52

4.4.5.

世界の動向 .......................................................................................................52

4.4.6.

制約事項...........................................................................................................53

4.4.7.

⽬標 ..................................................................................................................54

4.4.8.

効果 ..................................................................................................................55

4.5.

対被雷に関する課題................................................................................................56

4.5.1.

背景と問題点 ...................................................................................................56

4.5.2.

現状の対策 .......................................................................................................56

4.5.3.

現状の問題点 ...................................................................................................57

4.5.4.

課題 ..................................................................................................................58

4.5.5.

世界の動向 .......................................................................................................59

4.5.6.

制約事項...........................................................................................................59

4.5.7.

⽬標 ..................................................................................................................60

4.5.8.

効果 ..................................................................................................................604.6.

エンジンの特殊気象に関する課題 ..........................................................................61

4.6.1.

背景と問題点 ...................................................................................................61

4.6.2.

現状の対策 .......................................................................................................63

4.6.3.

現状の対策の問題点 ........................................................................................63

4.6.4.

課題 ..................................................................................................................64

4.6.5.

世界の動向 .......................................................................................................65

4.6.6.

制約事項...........................................................................................................66

4.6.7.

⽬標 ..................................................................................................................66

4.6.8.

効果 ..................................................................................................................66
5

⽬次

5.

全体ビジョン ..................................................................................................................67
5.1.

⽬指す社会 ..............................................................................................................67

5.2.

基本⽅針 ..................................................................................................................67

5.2.1.

現状の認識 .......................................................................................................67

5.2.2.

研究開発の⽅針................................................................................................68

5.2.3.

ステークホルダのあり⽅ .................................................................................70

5.3.

全体ロードマップ ...................................................................................................71

5.3.1.

TRL ..................................................................................................................71

5.3.2.

ロードマップ ...................................................................................................72

5.4.

重点課題 ..................................................................................................................73

5.4.1.

影響度評価 .......................................................................................................73

5.4.2.

重要な問題点の抽出 ........................................................................................73

5.4.3.

重点課題...........................................................................................................74

5.5.

⽬標 .........................................................................................................................77

5.5.1.

⽬標設定の範囲................................................................................................77

5.5.2.

⽬標設定の考え⽅ ............................................................................................77

5.5.3.

短期的⽬標（〜5 年程度） ..............................................................................78

5.5.4.

中期的⽬標（5〜10 年程度） ..........................................................................78

5.5.5.

⻑期的⽬標（10〜15 年程度） ........................................................................78

おわりに.................................................................................................................................79
参考⽂献.................................................................................................................................80

6

はじめに

はじめに

我が国の航空輸送量の規模は世界でも有数であり、航空輸送は重要な公共交通機関となっている。航空需要は年々増加の傾向にあることから、その重要性はますます増している。
⼀⽅で、航空機運航にとって特殊気象（雪氷・雷・⽕⼭灰等の航空機に影響を与える気象）は⼤きな問題となっている。航空機の安全性（耐空性）は⾮常に⾼いレベルで維持されているものの、世界に⽬を向けると特殊気象が要因となる事故が発⽣している現状がある。航空
輸送において安全性が何よりも最優先されるべきものであることは論じるまでもない⼀⽅、
公共交通機関としての使命を果たす為には、安全性を確保した上で運航機会の拡⼤も望まれるところであり、特殊気象下においても運航効率を低下させないことも視野に⼊れる必要がある。このように安全性および効率性の観点から、特殊気象に対する運航安全性及び運航効率向上のための技術−気象影響防御技術−の研究開発が重要となってきている。また、新たな技術を開発することは我が国の航空機関連産業の競争⼒強化の源泉となり得るという点でも重要である。
この気象影響防御技術の実証を⽬指した研究開発にあたっては、従来技術の延⻑では限界があり、さまざまな分野の知⾒を糾合したイノベーションが必要となる。そこで航空⼯学の枠を超えた異分野協働を含むオールジャパン体制で推進するため、運航会社・メーカ・⼤学・研究機関が集まり「気象影響防御技術の研究開発に関する連携協定」を 2016 年 1 ⽉ 15⽇に締結し、国⽴研究開発法⼈宇宙航空研究開発機構の次世代航空イノベーションハブを互恵の精神に基づく連携協⼒の拠点とする「気象影響防御技術コンソーシアム（別称：WEATHER-Eye※コンソーシアム）」を設⽴した。
WEATHER-Eye コンソーシアムの活動の⼀環として、気象影響防御技術の研究開発の指針とする我が国としてのビジョンを作成するため、2016 年 3 ⽉にビジョン検討ワーキンググ
ループを設置し、検討を重ねてきた。WEATHER-Eye ビジョンは、この検討結果をまとめたものである。
※ WEATHER-Eye:
Weather Endurance Aircraft Technology to Hold, Evade and Recover by Eye

7現在の状況と問題

1.

現在の状況と問題

航空機の運航において気象がどのように問題となるのか、どのような気象がどのような影響を与えるのか、さらに⽇本の特殊事情について⽰す。
1.1.

航空機運航における問題

航空機の運航を取り巻く環境のうち、最も重要な要素の⼀つが気象現象である。⽇本が位置しているユーラシア⼤陸東岸域は、北⽶⼤陸東岸域などと同様に、温帯低気圧の急激な発達、活発な前線活動、寒帯気団と亜熱帯気団の収束、世界で最も強いジェット気流の存在、台⾵など熱帯低気圧の襲来など、種々の激しい運航障害気象現象が通年で頻繁に発現する
典型的な空域である。このような空域において航空機を運航するには、充分な気象情報を収集、的確に理解し、適切な判断を⾏うことが求められる。しかし、気象学や気象観測・予報
技術が⼤きく進歩した現代においても、気象予報は未だ 100％の精度を持っていない。
このような中、航空機を安全に運航するためには、運航中に遭遇した悪天候や、刻⼀刻と変わる気象現象に対して迅速かつ適切な判断と対応が求められる。
国際航空運送協会 IATA（International Air Transport Association）の Safety Report 20151.1)によれば、2011 年〜2015 年の 5 年間に発⽣した航空死亡事故 68 件の内、実に 44%の事例において、何らかの気象現象が事故の主要因あるいは背景要因となっているとの分析結果がある。

Fig.1.1 事故要因の分析
例えば、空港や航空路における気流の乱れ、霧の発⽣や台⾵の接近などは、航空機の運航に影響を与え、最悪の場合には航空事故を引き起こす恐れがある。事故に⾄らずとも、巡航中に悪天域に遭遇または予想された場合はその悪天域を回避する、滑⾛路もしくは離着陸
8現在の状況と問題

経路上に悪天域が存在している場合はそれが解消されるまで待機するなど、気象による運航の効率と定時性への影響は⼩さくない。また、特殊気象によって引き起こされる航空機の不具合により機材の修理・修復が発⽣し、その間は航空機を運航できなくなるなど、運航会
社にとっての経済的なインパクトは甚⼤である。
安全性を⾼め航空事故を防⽌するため、ハイテク技術を導⼊した航空機の設計技術の向上、点検整備分野の信頼性の向上、さらに空港や航空交通管制などの運航環境の信頼性向上
等、これまでに幅広い取り組みがなされてきた。その結果、最近の航空事故の調査結果では、気象に起因あるいは気象が⼀因となる事故が相対的に多くなっていると報告されている。
今後の航空輸送のますますの増⼤に伴い、さらなる安全性の向上と事故防⽌の観点から、気象による事故を防⽌する技術の⾼度化がいま求められている。そして、運航効率や定時性、さらには利⽤者の快適性の観点から、気象による影響を防御する技術開発への関⼼、期待が⼤きくなっている。

9

現在の状況と問題

1.2.

気象の問題

航空機の運航は、何トンの乗客や貨物を搭載して出発できるかを算出する離陸性能を例にとっても、⾵向⾵速や外気温、滑⾛路⾯が乾いているか湿潤状態か等によって⼤きな影響を受けるため、あらゆる気象条件が航空機の運航に影響を与えるといっても過⾔ではない。
そこで、本項では気象現象の中でも特に運航の安全性や効率性に⼤きな影響を与えるものを取り上げる。
(1) 雪氷降雪現象や地上待機中および⾶⾏中の航空機への着氷は揚⼒の低下等、⾶⾏に⼤きな影響を及ぼす。特に出発空港/到着空港における降雪、積雪は航空機および空港（滑⾛路、誘導路）の双⽅に⼤きな影響を与え、運航上の制約を受けるばかりか航空機の離着陸そのものが禁⽌される場合も発⽣する。
(2) 雷
航空機に装備されている気象レーダでは雷雲の活発な空域を検知することができ、そうした空域は強い乱気流に遭遇する可能性もあることから、運航の安全性および快適性の観点から雷雲域は極⼒避けて⾶⾏するのが基本である。しかしながら、離着陸の⾶⾏経路付近に雷雲が存在する場合、雷雲付近を⾶⾏することによりしばしば航空機が被雷し損傷を受ける。
(3) 氷晶（Ice crystal）
氷晶（Ice crystal）による Icing は ICI（Ice Crystal Icing）と称され、⼀般的には 22,000 フィート以下の⾼度で遭遇するとされている過冷却⽔によるものとは異なる性質の Icing である。ICI を引き起こすのは対流性の気象現象（Convective weather）において存在する Ice crystalのうち、その上部にある⾮常に粒⼦が細かいものである（直径 0.04mm ほどで⼩⻨粉の粒程
度の⼤きさしかない）。
(4) ⽕⼭灰
⽕⼭灰中の⾶⾏は⾮常に危険であり、⽕⼭活動の活発な地域周辺の⾶⾏は避けなければならない。
(5) ウィンドシア/ダウンバースト/マイクロバースト
⾶⾏経路に沿った短区間における⾵速、⾵向の変化をウィンドシアという。ウィンドシア
は通常の運航において遭遇するものであるが、運航において問題となるのは離着陸時に遭遇するシアの程度（⾵速⾵向の変化）が⼤きいものである。特に、低⾼度（⼀般的に⾼度 1,500
フィート以下）のウィンドシアをローレベルウィンドシアと称する。
また、積雲や積乱雲の減衰期に発⽣する下降気流をダウンバースト、ダウンバーストのうち特に局地的な規模で発⽣するものをマイクロバーストと称し、いずれも航空機の離着陸時に遭遇した場合、運航の安全性に⼤きな影響を及ぼす。

10

現在の状況と問題(6) 乱気流
乱気流とは⼤気の擾乱により航空機に動揺を与える気流の乱れを称し、ジェット気流の近傍など⾼⾼度で巡航中に遭遇する乱気流、雲中で発⽣する乱気流、⼭岳波など地形や建造物の影響により発⽣する乱気流など、乱気流が発⽣する原因や⾼度により分類される。
航空機に装備されている気象レーダは空気中の微⼩な⽔滴を検知することにより乱気流の存在をその強度含めて検知することができるが、⽔滴を伴わない晴天乱気流は現在の航空機レーダでは検知することができない。

11

現在の状況と問題

1.3.

気象が航空機運航に及ぼす影響

気象はさまざまな形で航空機および航空機運航に影響を及ぼす。その影響の概要および問題点リストを⽰す。
1.3.1.

気象影響の概要(1) 雪氷
雪氷が航空機の運航に与える影響は以下のように⼤別される。
① 滑⾛路への積雪、凍結による航空機の制動⼒の低下
航空機の運航において着陸性能は⾔うまでもなく、離陸性能も制動距離（停⽌距離）に⼤きな影響を受ける（離陸性能の算出においては航空機が離陸（浮揚）に必要な距離と共に、離陸滑⾛中に重⼤な不具合が発⽣し⾼速域で制動操作を⾏っても滑⾛路内で停⽌できることも考慮されている）。
雪氷路⾯における制動⼒の低下により、雪氷滑⾛路における離着陸では許容される
離陸重量、着陸重量が⼤きく制限されるだけでなく、通報（計画）された滑り易さ（摩擦係数）よりも実際の路⾯が滑り易い状態であった場合、滑⾛路内に停⽌できずにオーバーランに⾄るリスクもある。
② 航空機、とくに主翼部への着雪氷による揚⼒の低下
機体表⾯に雪、氷が付着していると空気抵抗が増加して揚⼒が減少し、航空機の性
能や操縦性に⼤きな影響を与える。特に Critical surface と呼ばれる翼の上⾯、前縁および動翼に雪氷が付着した場合にその影響は⼤きい。そこで、降雪時には機体の除雪作業を⾏い、駐機中に機体に付着した雪氷を除去すると共に、出発から離陸までの地上⾛⾏中に雪氷が付着することを防ぐ為の防氷液（Anti-ice fluid）を必要に応じて散布する。防氷液には防氷効果の有効持続時間を⽰す Holdover time という散布から離陸までの許容時間が外気温や降雪強度に応じて定められている。航空機はこの Holdovertime を超えた場合や Holdover time 内であっても気象状況の変化により防氷効果に疑義が⽣じた場合、客室の窓から主翼上⾯の状態を点検し防氷液の有効性を確認するか、もしくは再度の防除氷作業を⾏わなければ離陸してはならない。
③ エンジンやフラップ等、着氷による機体の損傷
地上⾛⾏中にエンジン内部に氷塊を吸い込むことによりエンジンブレード等が損傷を受ける。また、フラップ等の動翼のヒンジ部に氷が付着した状態で動かすことに
より機材を損傷してしまうこともある。
(2) 雷
航空機の電気系統や搭載されているコンピュータは雷撃に対して多重の冗⻑性を有しており、雷撃が⾶⾏の安全性を脅かすことはないが、雷撃による機体の外板等への損傷は、その程度によっては⼤掛かりな修理作業が必要となる場合もある。

12

現在の状況と問題

Fig1.2翼端部への被雷(3) 氷晶（Ice crystal）
Ice crystal の粒は冷たい機体表⾯やエンジンの表⾯には付着せずに跳ね返る。しかしエンジンのファン部を通り抜けてコア部分に⼊ると、暖かい表⾯で溶かされ付着する。付着、蓄積した Ice が剥がれ落ち、コンプレッサーや燃焼室を通過することによりエンジンの Surge
や Stall、Vibration などを引き起こす。
(4) ⽕⼭灰
航空機が⽕⼭灰中を⾶⾏した場合、1 分も経たないうちにエンジンのフレームアウト（停⽌）を引き起こす可能性がある。また、エンジン、操縦室の窓、コンピュータ等の電装品等に深刻な損傷を与える可能性がある。
(5) ウィンドシア/ダウンバースト/マイクロバースト
⾼⾼度におけるウィンドシアの遭遇に伴い、機体動揺の発⽣に加え巡航中や降下中には急激な対気速度の増⼤による運⽤限界速度（Vmo/Mmo）の超過を引き起こす。また、ダウンバースト/マイクロバーストでは局所的な気流の急激な変化によりフライトパスの維持が困難となるばかりか、強度のダウンバースト/マイクロバーストに遭遇した場合は航空機の失速、更には墜落に⾄ることから、極めて危険な気象状態である。
(6) 乱気流
乱気流が予想される空域を⾶⾏する場合、機⻑はシートベルトサインを点灯させ、客室乗務員および乗客を着席させることにより安全を確保する。しかしながら、晴天乱気流等、検知の困難な乱気流に不意に遭遇した場合、サービスカート等の物品や搭乗者⾃⾝の浮き上がり、転倒などの受傷事故を引き起こす。また、シビアタービュランスに遭遇した場合、到着後に整備点検を⾏い、機材の健全性を確認する必要がある。
1.3.2.

問題点リスト

安全性、効率性（運航、整備）の観点から運航会社が直⾯している気象影響について主要なものを Table 1.1 に⽰す。表中、気象分類・発⽣する現象、発⽣する事象、発⽣する問題、搭乗者や機体への影響を⽰す。
13

14

滑⾛路上の積雪

誘導路上の積雪

氷晶吸い込み過冷却⽔滴吸い込み

機体着氷

機体着氷

機体着氷

雹の衝突

⾬⽔のピトー管、静圧管

雪氷

雪氷

雪氷

雪氷

雪氷

雪氷

雪氷

雪氷

⾬

霧

滑⾛路上の積雪

雪氷

霧への遭遇

への侵⼊

発⽣する現象気象・推⼒低下・エンジンセンサーの誤作動

・振動・客室内異臭低下
・内部圧低下によるオイルの漏れ・視程不良・ピトー管、静圧管の閉塞・複合材に凹み発⽣

・着陸装置/翼下⾯等への着氷

・遅延、⽋航、引き返し、⽬的地変更

・誘導路上での衝突・誘導路逸脱

・⾃動操縦装置不作動

・速度・⾼度・昇降率表⽰の誤り

・機体制御性低下

・氷塊落下

・燃料消費量増加

・機体制御性低下

・機体、翼⾯への着氷、着霜・防氷システムの作動・視界不良

・コックピットウィンドウへの着氷・エンジン後部の発煙・発⽕・推⼒低下・堆積による空気流量の低下、圧縮効率の・燃焼室での溶解・エンジン内部で氷塊化し剥離・速度表⽰の誤り・なし

・不要な整備処置

・動翼交換

・構造修理

・建物・⼈への被害

・なし

・動翼作動不能・エンジン内部損傷

損傷

・エンジンコンプレッサーブレード

・地上物件（誘導路灯等）の損傷

・誘導路からの逸脱
・ピトー管への吸い込み

・誘導路閉鎖・機⾸偏向・⽋航・誘導路でのすべり

・滑⾛路閉鎖なし

・着陸装置の損傷（搭乗者の負傷）・⽬的地変更・滑⾛路閉鎖・滑⾛路逸脱搭乗者/機体/設備への影響

・オーバーラン発⽣する問題・離着陸の必要滑⾛路⻑が不⾜・制動⼒低下発⽣する事象Table 1.1 問題点リスト

現在の状況と問題

乱気流遭遇（晴天乱気流、後⽅乱気流、⼭岳

⾵/乱

気流

（ダウンバースト）

エンジン流⼊空気の乱れ

気流

⾵/乱

機体への⽕⼭灰衝突

⽕⼭灰

エンジンの⽕⼭灰

吸い込み

エンジンの⼤気汚染物質

吸い込み

宇宙線によるフラッシュ

メモリデータ反転

⽕⼭灰

/砂

⽕⼭灰

/砂

電磁波

/熱

/砂

被雷

雷

気流

低層ウィンドシア遭遇

⾵/乱波、建物による乱気流）

発⽣する現象気象・粒⼦衝突によるメモリー内ビット反転

着により硫化腐⾷発⽣・⼤気汚染物質（含、⽕⼭灰、砂等）の付・Stall・装備品の作動停⽌・冗⻑性の低下

・推⼒低下・タービンブレード損傷

・推⼒低下、停⽌・排気ガス温度（EGT）上昇

ードの損傷

積

・冷却能⼒の低下によるエンジンブレ

・機器の誤作動・エンジン燃焼室等への⽕⼭灰の付着、蓄・エンジンブレードのエロ―ジョン

・機体損傷

・ピトー管の閉塞
・腐⾷

視程悪化

・コックピットウィンドウ損傷による

・運航停⽌

・推⼒低下

・機体制御性低下

・ハードランディング・機体制御性低下

発⽣する問題・静電気

・エロ―ジョン

・装備品作動停⽌・機体構造の⽋損・溶融等

・Surge やフレームアウト

・揚⼒低下

・設計以上の荷重が作⽤・機体が動揺発⽣する事象Table 1.1 問題点リスト（続き）

・装備品交換・エンジン内部損傷

・エンジン内部損傷

・エンジン交換

クピットウィンドウ等の修理・交換

・エンジン、主翼・尾翼前縁、コッ・装備品交換・⻑時間に亘る構造修理

・なし

・機体損傷

・機体損傷

・乗員・乗客の負傷

搭乗者/機体/設備への影響

現在の状況と問題

15

現在の状況と問題

1.4.

⽇本の特殊事情

⽇本固有の特殊事情（気象・運航環境）について⽰す。
1.4.1.

⽇本の気象(1) 雪氷航空機の運航における安全性や効率性を低下させる気象要因として、第⼀にあげられるのが雪氷である。雪氷に関しては、機体への着氷はもちろん、滑⾛路の積雪・着氷も問題となる。これらに関連して地上における機体や滑⾛路の除雪氷作業、機体の防除雪氷剤散布作業なども、運航会社や空港管理者にとって⾮常に⼤きな課題となっている。滑⾛路上に積雪や着氷がある場合には、航空機と滑⾛路の間の摩擦係数が極端に⼩さくなり、滑りやすい状態となる。滑⾛路表⾯の滑りやすさは航空機の離着陸に⼤きく影響する。滑⾛路が滑りやす
くなれば、着陸時には制動距離が⻑くなるのはもちろんのこと、離陸滑⾛中にエンジンの故障で離陸を中⽌した場合の制動性能にも影響を与える。つまり必要となる離着陸滑⾛路⻑
が⻑くなるため、雪氷滑⾛路は運航上の⼤きな問題となる。必要離着陸滑⾛路⻑が⼗分に無い場合は、ダイバート（⽬的地変更）や⽋航につながり、運航効率が⼤きく低下する。また着陸できたとしても、滑⾛路終端が局所的に⾮常に滑りやすい状態になる状況では、オーバーランなどのインシデントも発⽣する。
雪氷滑⾛路⾯の分類を Table 1.2 に⽰す。乾燥した雪（DRY SNOW）よりも湿った雪（WET
SNOW や SLUSH）の⽅が滑りやすく、⽇本ではこの湿った雪が多いことが特徴として挙げられる。
Table 1.2 雪氷滑⾛路⾯分類
雪氷滑⾛路⾯ICE
COMPACTED SNOWDRY SNOWWET SNOW

SLUSH

概要
路⾯が氷におおわれている状態のときで、加速度の抵抗は無い
状態
除雪機材等によって押し固められた雪が路⾯に残っている状態のときで、加速度の抵抗は無い状態
⽐重 0.35 未満の雪で、⼿袋をした⼿で雪⽟が作れない程度のサラサラとした雪、もしくは、⼿袋をした⼿で雪⽟ができても⽔が滲み出ない程度の⽔分をあまり含まない雪が路⾯に積もっている状態で、加速度の抵抗はあるものの、その程度は WET
SNOW や SLUSH 状態よりも⼩さい
⽐重 0.35 以上、0.50 未満の雪で、⽔分をかなり含んでおり、⼿袋をした⼿で雪⽟を作ると⽔が滲んだり染み出る雪が路⾯に積もっている状態で、加速度の抵抗はあるものの、その程度は
SLUSH 状態よりは⼩さい
⽐重 0.50 以上の雪で、⽔分を充分に含んでおり、⾜の踵や⽖先で踏みつけたり、蹴ったりするとスプラッシュがあがる状態
で、正に「雪解け」状態であり、加速度の抵抗がある(2) 冬季雷
雷の中でも冬期に発⽣するエネルギーの⾼い雷も⽇本の特殊な気象現象である。通常の16

現在の状況と問題

雷は主に夏季に発⽣するが、世界の限られた地域（⽇本の⽇本海側、ノルウェーの⻄海岸、
アメリカの五⼤湖東側）では冬季にも発⽣し、冬季雷と称される（Fig.1.3）。冬季雷の特徴
として、⼣⽅だけでなく 24 時間常に発⽣する可能性があり、上向きの放電である。電荷量が⼤きく、夏季雷の 100 倍以上にも及ぶ。また通常の夏季雷は 3,000〜5,000m の上空で発⽣するが、冬季雷は 300〜500m という⽐較的低空で発⽣するという違いもある。冬季雷は限られた地域に発⽣する⼤変珍しい現象であり、電荷量が⼤きいため、航空機が被雷した場合の影響も⼤きく、⽇本の運航会社にとっては運航上の⼤きな脅威となっている。

Fig.1.3 雷の発⽣地域(3) 氷晶（Ice crystal）
Ice crystal は 20,000ft を超えるような⾼層の⼤気中に多く存在している。氷の粒であることから機体には付着せず、機体の着氷センサで Ice crystal の状態を捉えることは難しく、気象レーダのエコーによる検知も困難である。しかし、エンジンが Ice crystal を吸い込んだことで、ファン後⽅のエンジン内部に蓄積し、氷が形成され、その氷が剥がれて圧縮機内部に⼊り込み、内部損傷、振動、Surge や Stall を発⽣させる事象が発⽣している。また、TAT（Total Air Temperature：全温）センサやピトー管まわりの熱で溶けた Ice crystal により計測
エラーを発⽣させ、エンジンの推⼒喪失事象も発⽣している。
Ice crystal をエンジン内に吸い込んだのが原因でエンジンの推⼒喪失や停⽌等が発⽣した
件数は、1990 年以降全世界で 100 件以上あり、そのほとんどが⾼度 22,000 フィート以上の⾼々度⾶⾏中に発⽣している。特に、⽇本の南から東南アジアの空域でその約 60%の事例が発⽣している（Fig.1.4）。

17

現在の状況と問題

Fig.1.4 Ice Crystal による推⼒喪失事象発⽣地域(4) ⽕⼭灰
世界有数の⽕⼭国である⽇本では⽕⼭灰による航空機の運航への影響も⾒逃すことはできない。⽕⼭灰による航空機への影響は、・航空機のエンジンに吸い込み、エンジン停⽌・コックピットウィンドウに⽕⼭灰が衝突、擦りガラス状になり、視界不良
・⾶⾏場への⽕⼭灰堆積による離着陸不可と、多岐にわたる。過去の国内⽕⼭による航空機被害では、幸いにエンジンの停⽌には⾄っていないものの、コックピットウィンドウに被害が集中している。
⽇本は国⼟が狭いこともあり、⽕⼭近傍を避けて航空路を設定することは難しい。したがって、⼀旦⽕⼭活動が始まるとその影響は直ちに航空路や空港に及ぶことになる。航空路⽕⼭情報センターVAAC（Volcanic Ash Advisory Centre）が気象庁内に設置されており、VAAC
は全国の活⽕⼭の状況を監視し、航⾏中の航空機や静⽌気象衛星などから⽕⼭に関する情報を集め、⽕⼭灰雲の最新の実況と予測を⽰した航空路⽕⼭灰情報を配信している。
1.4.2.

⽇本の運航環境⽇本の特殊な気象環境に対し、⽇本の航空環境は世界的にみても厳しい環境にある 1.2)。
(1) 国内航空交通の過密化
航空交通量は増加の⼀途にあり、航空交通は過密化している。例えば、東京国際空港では、
2010 年に新滑⾛路の供⽤が、また、2011 年には国際定期便の運航がそれぞれ開始され、⾸都圏空域における航空機の交通量は、ますます増加している。よって、ひとたび東京国際空
港が強⾵や雷⾬、⼤雪などによって離着陸ができなくなるような気象状態となった場合、多数の航空機が空中で待機、もしくは出発を⾒合わせることとなり、⽇本全体の航空機の運航に影響を及ぼす。
⽶軍空域や⾃衛隊訓練空域が隣接し、⺠間航空機が使⽤する空域に制約がある中、このよ
18

現在の状況と問題

うに航空交通の過密化によって、ひとつの局地的な悪天候が、全国の航空交通の流れに影響を及ぼす場合がある。
また航空路が⾮常に混み合っているため、気象現象による乱気流以外に、航空機による後⽅乱気流に起因する事故も報告されている。この問題は今後さらに顕著になっていくと考えられる。
航空交通量が拡⼤する環境において、気象現象が多岐にわたり運航への影響が⼤きい⽇
本では、気象現象による航空機運航への影響の低減が望まれる。
(2) 滑⾛路⻑
滑⾛路⻑の短さも特殊な環境として挙げられる。国⼟交通省東京航空局の管内空港を
Fig.1.5 に⽰す。北海道・東北・北陸地⽅では新千歳・函館・⻘森・三沢・仙台の各空港は3,000m 級の滑⾛路があるが、これら以外の空港の滑⾛路は 2,000m 級およびそれ以下の⻑さであることがわかる。北海道・東北・北陸以外の降雪がある地⽅空港（松本、⿃取、⽶⼦、
⽯⾒、出雲など）にも 2,000m 級滑⾛路は存在する。
雪氷滑⾛路において必要離着陸滑⾛路⻑が⻑くなる問題は⽇本に限ったことではないが、国内空港ではその影響を受けやすいと考えられる。
(3) 機材
離着陸距離をより必要とする⼤型機・中型機の割合が、運航している航空機全体に対して多いことも特徴として挙げられる。2015 年末における世界の各地域での機材区分別の運航
機数を Table 1.3 に⽰す 1.4)。なお機材区分について、ここでは⼤型機（300 席以上）、中型機（200〜300 席）、⼩型機（100〜200 席）、リージョナルジェット機（100 席以下）、ター
ボプロップ機に分類している。⽇本の運航会社が運航している航空機の内、⼤型機・中型機の合計割合がおよそ 45%となっており、世界の他の地域に⽐べて⾼いことがわかる。同様な積雪の問題がある北⽶、欧州、CIS（ロシア他）と⽐較すると、⼤型機・中型機の割合が⾼いことが明⽩である。
近年、機材を⼩型化する傾向が⾒られるが、国内の航空需要を⽀える上で⼤量に旅客を運べる効率性の点から、依然として⼤型機・中型機の需要は衰えていない。

19

現在の状況と問題

Fig.1.5 東京航空局管内空港分布図 1.3)

20

合計

ターボプロップ

RJ

小型機

中型機

大型機

30
(1.4%)
190(9.0%)
1023

318(3.9%)
1557(19.2%)
3188

244(5.4%)

80

CIS

415

(19.9%)

527

ｱﾌﾘｶ

中東

2646

550

892

(17.2%) (16.6%) (15.7%)922(9.5%)

511

欧州

295

(8.2%)

72(5.7%)

50

豪州
110

日本

526

165

(14.5%) (17.8%)

423

アジア

4657

(8.4%)

2259

世界計

1975

1405

238

12212

(19.5%) (18.0%) (26.7%) (17.2%)

566(7.2%)

210

中国

309
560

760

(9.9%)

534
362(16.1%)

238
564(9.4%)

249
356(11.9%)

104

8100

2112

5373

1474

2647

877

(14.9%) (26.5%) (14.1%) (24.6%) (21.3%) (40.6%)

1203(22.6%) (14.6%)

1834

2904

(0.8%)

23(4.5%)

1302923(17.2%)

504(2.2%)

65618(9.9%)

61(7.1%)

4427028(16.3%)

4393(13.0%)

3507(39.4%) (48.4%) (49.2%) (37.3%) (33.7%) (33.6%) (68.0%) (48.1%) (38.5%) (45.2%)

中南米

北米

Table 1.3 機材区分毎の地域別運航機数

現在の状況と問題

21

問題の解決に向けて考慮すべき事項

2.

問題の解決に向けて考慮すべき事項

1 章で述べた現在の問題を解決するにあたり、考慮しなければいけないステークホルダや基準、規定について記載する。
2.1.

ステークホルダ

認証機関、運航会社、航空機メーカ、メーカ、⼤学、研究機関の関係を Fig.2.1 に、その役割を Table 2.1 に⽰す。
ニーズ

研究機関

製品提供

製品提供

共同研究等

認証機関

メーカ

装備品等
認定

Fig 2.1 ステークホルダの関係
Table 2.1 ステークホルダとその役割
ステークホルダ

22

運航会社

型式認定

共同研究
（基礎研究）

⼤学

航空機メーカ

共同研究等

役割

運航会社（エアライン/整備会社）

ユーザ

航空機メーカ（OEM）

ユーザ

メーカ（機体/部品/装備品）

技術提供、製品製造

研究機関

研究開発

⼤学

研究開発

認証機関（JCAB/FAA/EASA）

認証機関

運航/整備承認問題の解決に向けて考慮すべき事項

2.2.

関連機関・団体

関連機関・団体とその概要を Table 2.2 に記載する。
Table 2.2
略称
JCAB
FAA
EASA
RTCA

関連機関・団体

正式名称

概要

Japan Civil Aviation Bureau

⽇本における型式/装備品、運航/

航空局

整備等の認証機関

Federal Aviation Administration

⽶国における型式/装備品、運航/

⽶国連邦航空局

整備等の認証機関

European Aviation Safety Agency

欧州における型式/装備品、運航/

欧州航空安全庁整備等の認証機関

Radio

Technical

Commission

for

Aeronautics

航空機電⼦/電気システムの標準化団体

⽶国無線技術委員会
SAE

Society of Automotive Engineers

航空機の標準化団体。近年はInternational

⾃動⾞/航空等の標準化団体

Military Spec も統合されている。

ISOInternational

Organizationfor

国際的な標準である国際規格を策

standardization

定するための⾮政府組織。⼯業製

国際標準化機構

品や技術から、⾷品安全、農業、医療までの全ての分野をカバーし
ている。

ICAO

International Civil Aviation Organization

航空運送業務に関する条約の作

国際⺠間航空機関

成、国際航空運送に関する国際基準、勧告、ガイドラインの作成等を⾏っている。また、国際航空分野における気候変動問題を含む環境保護についても議論及び対策が進められている。

23

問題の解決に向けて考慮すべき事項

2.3.

基準や規定

関係する基準や規定（FAR、SAE、RTCA、ISO、ICAO 等）の関係と概要を Fig2.2 及びFig.2.3 に⽰す。
国内
航空法 [法]
航空法施⾏規則 [省令]
耐空性審査要領
機種ごとの機能要件
航空機検査業務サーキュラー
主に運航⽅法や特別な機器の承認要件
Fig.2.2 国内の基準/規定の関係とその概要

⽶国
航空機/運航の規定
CFR Tile14（FAR）で規定される
航空機/運航の基準
FAA の AC で基準が⽰される

搭載装置の基準
FAA の TSO で基準が⽰される
仕様/試験等の標準機器の機能・性能は以下の業界標準で標準化されている。
・RTCA：環境条件（DO-160）等
・SAE：表⽰仕様（APR4102）
Fig.2.3 ⽶国の基準/規定の関係とその概要
24

問題の解決に向けて考慮すべき事項

次項より各個別課題に関連する⽶国の基準や規定、仕様についてまとめる。
2.3.1.

機体着氷関連耐空性基準
CFR14（FAR）
25.773

Pilot compartment view

25.775

Windshields and windows

25.929Propeller deicing

25.975

Fuel tank vents and carburetor vapor vents

25.1323

Airspeed indicating system

25.1325

Static pressure system

25.1326

Pilot heat indication system

25.1327

Magnetic direction indicator

25.1403

Wing icing detection lights

25.1419

Ice protection

25.1438

Pressurization and pneumatic systems

25.1581

General（Airplane Flight Manual）
Appendix C to CFR14（FAR）25

Part I

Atmospheric Icing Conditions

Part II

Airframe Ice Accretions for Showing Compliance with Subpart B

関連規格
Specifications
MIL-A-9482

Anti-Icing Equipment for Aircraft, Heated Surface Type,
General Specification for

MIL-E-18927

Environmental Control Systems, Aircraft, General Requirements
For

MIL-E-87145

Environmental Control Airborne

MIL-E-87231

Engines, Aircraft, Turbojet and Turbofan

MIL-P-5518

Pneumatic Systems Aircraft, Design, and Installation, GeneralSpecification for

MIL-P-8564

Pneumatic System Components, Aeronautical, General Specification for

MIL-E-5007

Engines, Aircraft, Turbojet and Turbofan, General Specification for25

問題の解決に向けて考慮すべき事項

MIL-T-5842

Transparent Areas on Aircraft Surfaces（Windshields and Canopies）,
Rain Removing and Washing Systems for, De-Frosting, De-Icing,
Defogging, General Specification for
Handbooks

MIL-HDBK-

Global Climatic Data for Developing Military products

310
DOT/FAA/

Aircraft Icing Handbook

CT-88/8-1
SAE Reports
SAE

SAE Aerospace Applied Thermodynamics Manual Ice, Rain, Fog, andAIR1168/4

Frost Protection

SAE AIR4367

Aircraft Inflight Ice Detectors and Icing Rate Measuring Instruments

SAE

Engine Bleed Air Systems for Aircraft

ARP1976
SAE AS18607

Thermal Anti-Icing Equipment, Wing and Empennage

SAE AS5498

Minimum Operational Performance Specification for Inflight Icing
Detection Systems

SAE AS6625

Spray Equipment, Aircraft Windshield Anti-Icing

SAE AS8181

Detector, Ice, Air Intake Duct, Aircraft Engines and Airframe Systems,
General Specification for

SAE AS8804

26

Deicing System, Pneumatic boot, Aircraft, General Specification

問題の解決に向けて考慮すべき事項

2.3.2.

滑⾛路の雪氷関連

耐空性基準
CFR14（FAR）
139.313

Snow and ice control

ガイドライン
Advisor Circular
AC 150/5200

Airport Winter Safety and Operation-30C
AC 91-79A

Mitigating the Risks of a Runway Overrun Upon Landing

関連規格
Specifications
SAE AMS

Fluid, Generic, Deicing/Anti-Icing, Runway And Taxiways

1435:2012
SAE AMS

Compound, Solid Runway And Taxiway Deicing/anti-icing

1431:1998
SAE

Sand, Airport Snow and Ice Control

AMS1448A
SAE AS6138

Airport Runway Deicer

SAE AS6065

Snowmelter
SAE Reports

SAE

Stationary Runway Weather Information System（In-Pavement）

APR5533A
SAE

Multi-Tasking Equipment（MTE）for Airfield Snow Removal HighAPR5548

Speed, Multi-Tasking Snow Removal Unit to include Carrier Vehicle,
Snow Plow, Rotary Broom High Velocity Air Blast

SAE

Solid De-Icing/Anti-Icing Material Spreader for Airport Application

APR6059
SAE

Mobile Digital Infrared Pavement Surface, Ambient and Dew Point

APR5623

Temperature Sensor System

SAE

Airport Runway Brooms

APR5564
SAE

Runway Liquid Anti-icing Spreaders

APR555927

問題の解決に向けて考慮すべき事項

SAE

Snowplows and Hitches

APR5943
SAE

Rotary Plow With Carrier Vehicle

APR5539SAE
APR5533

28

Stationary Runway Weather Information System（In-Pavement）

問題の解決に向けて考慮すべき事項

2.3.3.

雷関連

耐空性基準
CFR14（FAR）
25.954

Fuel system lightning protection

25.981

Fuel tank ignition protection

25.1700

Electrical Wiring Interconnection Systems

25.581

Lightning Protection

25.899

Electrical bonding and protection against static electricity

25.1316

Electrical and Electronic system lightning protection

ガイドライン
Policy Statement
PS-ANM-

Policy on Issuance of Special Conditions and Exemptions Related to

25.981

Lightning Protection of Fuel Tank Structure and Systems-02
Advisor Circular
AC 25.981-1C

Fuel Tank Ignition Source Prevention Guidelines

AC 25.981-2A

Fuel Tank Flammability Reduction Means

AC 20-155A

Industry Documents to Support Aircraft Lightning Protection
Certification

AC 25.1701-1

Certification of Electrical Wiring Interconnection Systems on Transport
Category Airplanes

AC 25.899-1

Electrical Bonding and Protection against Static Electricity

AC 20-136B

Aircraft Electrical and Electronic System Lightning Protection

関連規格
Specifications
SAE

Aircraft Lightning Environment and Related Test Waveforms

ARP5412B
SAE

Aircraft Lightning Zoning

ARP5414B
SAE

Aircraft Lightning Test Methods

ARP5416A
SAE

Aircraft Lightning Direct Effects Certification

ARP557729

問題の解決に向けて考慮すべき事項

SAE AS4373

Test Methods for Insulated Electric Wire

SAE AS50881

Wiring Aerospace Vehicle

SAE AS70991

Terminals: Lug and Splice, Crimp

SAE AS7928

Terminals; Lug: Splices, Conductor; Crimp

SAE AS81824

Splices, Electric, Permanent, Crimp

SAE

Guideline for Wire Identification Marking

ARP5369
SAE

Aircraft Electrical Installations

ARP4404
SAE

Users’ Manual for Certification of Aircraft Electrical/Electronic Systems

ARP5415A

for the Indirect Effects of Lightning

RTCA

Environmental Conditions and Test Procedure for Airborne Equipment –Do160G

Lightning Induced Transient Susceptibility

Sec22

30

問題の解決に向けて考慮すべき事項

2.3.4.

ウィンドシア関連

耐空性基準
CFR14（FAR）
25.1301

Function and installation

25.1309

Equipment, system, and installations

25.1329Flight guidance system

91.1055

Pilot operating limitations and paring requirement

91.1065

Initial and recurrent pilot testing requirements

91.1101

Pilots; Initial, transition, and upgrade ground training

91.1107

Recurrent training

121.101

Weather reporting facilities

121.344

Digital flight data recorders for transport category airplanes

121.358

Low-altitude windshear system equipment requirements

121.407

Training program: Approval of airplane simulators and other training
devices121.407

Training program: Approval of airplane simulations and other training
devices121.419

Pilots and flight engineers: Initial, transition, and upgrade ground training

121.424

Pilots: Initial, transition, and upgrade flight training

121.427

Recurrent training

121.433

Training required

121.438

Pilot operating limitations and pairing requirements

121.601

Aircraft dispatcher information to pilot in command: Domestic and flag
operations

ガイドライン
Advisor Circular
AC 00-54

Pilot Windshear Guide

AC 25-12

Airworthiness Criteria for the Approval of Airborne Windshear Warning
Systems in Transport Category

AC 20-155A

Industry Documents to Support Aircraft Lightning Protection
Certification

AC 120-41

Criteria for Operational Approval of Airborne Wind Shear Alerting and
Flight Guidance

AC 120-50A

Guidance for Operational Approval of Windshear Training Programs
31

問題の解決に向けて考慮すべき事項

AC 120-88A

Preventing Injures Caused By Turbulence

AC 20-151

Airworthiness Approval of TCASII, Version 7.0 & 7.1 and Associated
Modes S Transponders

AC 25-1329-

Approval of Flight Guidance Systems

1B
AC 120-28D

Criteria for approval of Category III Weather Minima for Approach

AC 20-182

Airworthiness Approval for Aircraft Weather Rader Systems

関連規格
Specifications
TSO-C63d

Airborne Weather Rader Equipment

TSO-C117a

Airborne Windshear Warning and Escaping Guidance Systems forTransport Airplanes

RTCA Do-220

Aircraft Lightning Test Methods

SAE Reports

32

ARP 4102-7

Electric Displays

ARP 4102/8A

Flight Deck Head-Up Displays

ARP 4102/9A

Flight Management System

ARP 4155A

Human Interface Design Methodology for Integrated Display Symbology

ARP 5288

Transport Category Airplane Head Up Display System

ARP 4102/11

Airborne Windshear Systems

問題の解決に向けて考慮すべき事項

2.3.5.

⽕⼭灰関連

耐空性基準
CFR14（FAR）
25.903Engines

ガイドライン
Advisor Circular
AC 25-7A

Flight Test Guide For Certification Of Transport Category Airplanes

33

研究開発の動向

3.

研究開発の動向

気象に対する航空機の安全性・効率性に関する研究開発の世界の動向および⽇本の動向について⽰す。
3.1.

世界の研究開発の動向

気象が航空機の安全性・運航効率・航空機整備に及ぼす影響は⾮常に⼤きく、欧⽶では、
FAA や EASA といった公的機関との協⼒の下、研究開発を国家戦略的に進めている。ここでは、⽶国、欧州の研究開発プロジェクトに関しての概観を述べる。
⽶国の将来交通システムに関する NextGen 計画には気象情報の共有といった気象影響に関する⽬標・計画が⽴てられている。NextGen の⽬標を達成するために、FAA、NASA（National
Aeronautics and Space Administration：アメリカ航空宇宙局）、運航会社、⼤学等の連携体制に
より、気象予測技術、運航への気象影響の低減技術、安全性確保に関する研究開発プログラム（NextGen Weather）が進⾏中である。その中で FAA を中⼼とした AWRP（Aviation Weather
Research Program）や NASA を中⼼とした AOSP（Airspace Operations and Safety Program）な
どの研究プログラムが存在する。AWRP の中では、NWS （National Weather Service）と協⼒
して、乱流発⽣（Fig.3.1）、着氷、視界の予測ツールやそれに対応した⾶⾏計画・ナビゲー
ションツールの開発などが実施されている。また、AOSP においても、各種気象条件による運航遅延を防ぐ技術や安全性確保・向上技術の開発が実施されている。

Fig.3.1 ⽶国での乱流発⽣（場所・強度）予測ツールの例 3.1)

34

研究開発の動向

⼀⽅、欧州では、FP7（7th Framework Program）までの研究開発プログラムにおいて、航空機運航に関連した安全性に関する各種研究開発プログラムが実施されており、引き続きHorizon2020 においても実施予定である。EU では FlightPath 2050 ビジョンを掲げ、各種気象条件下での航空機の運航安全を達成するための個別課題及びシステム開発に関する研究
開発を、EASA との協⼒の下、産学官での連携で進めている。Fig.3.2 に FP7 までの研究開発プログラムをまとめたものを⽰す。乱流検知、着氷、雷撃防御、⾶⾏制御、損傷許容・ヘル
スモニタリング、ヒューマンファクタなど、各課題に対して、複数の研究開発プログラムを並⾏して継続的に実施している。Horizon 2020 においても中⻑期的な基礎研究技術に加え、
Clean Sky 2 や SESAR2 でのより TRL（Technology Readiness Level）の⾼い技術開発も実施予定であり、実装に向けたシステム開発も含め、戦略的に研究開発を進めている。この他、気象予測、気象影響評価技術に関するプログラム（例：EWENT）も FP7 の中で実施されている。

Fig.3.2 欧州での航空安全に関する研究開発プログラムの流れ 3.2)
なお欧州では航空安全技術に関する拠点形成等、研究開発への総合的な取り組みを⾏っている例は無いが、個別要素技術毎の研究開発（例えば防氷コーティング技術など）は個別
機関で進められている。

35

研究開発の動向

3.2.

⽇本の研究開発の動向

⽇ 本 で は 、 国 ⼟ 交 通 省 の 将 来 航 空 交 通 シ ス テ ム に 関 す る ⻑ 期 ビ ジ ョ ン CARATS（Collaborative Action for Renovation of Air Traffic Systems）において事故発⽣件数の半減、5倍の安全性向上達成を⽬標に掲げており、⽂部科学省の航空科学技術に関する研究開発の推進のためのロードマップにおいて、雷や雪氷、⿃衝突といった外的要因に対応する技術研
究、及び乱気流事故を低減する技術といった、安全性向上のための技術開発が必要であることを⽰している。
⽇本における研究体制・プログラムは欧⽶に⽐べ、⼈的・予算的にやや⾒劣りするものの、個別課題に注⼒した研究開発が実施されてきている。具体的な研究開発としては、⽇欧研究の枠組みである JEDI-ACE（Japanese-European De-Icing Aircraft Collaborative Exploration）プ
ロジェクト 3.3) （Fig.3.3）において、防除氷コーティング及び防除氷装置、着氷センサを組合せた、統合的防除氷システムの⾰新的なコンセプトを開発するための研究が進められた例がある。経済産業省における航空機⽤先進システム基盤技術開発として、耐雷帯電特性解析技術開発 3.4) （Fig.3.4）も産官学の体制で進められており、航空機の落雷時における複合材構造の耐雷・防爆技術及びその評価技術に関する研究が⾏われている。

Fig.3.3

36

JEDI-ACE の概要 3.3)

研究開発の動向

Fig.3.4 耐雷帯電特性解析技術開発 3.4)
このような状況の中で、本格的に研究開発を進めるために⽂部科学省のロードマップに沿って、JAXA（Japan Aerospace Exploration Agency：宇宙航空研究開発機構）が研究開発プ
ログラム「機体安全性マネジメント技術の研究開発」を 2013 年に開始した。本プログラム
では、外的要因（⿃を含む異物衝突・着氷・落雷・ハードランディング・突⾵等の機体に有害な突発的事象）に対し、機体の安全性を効率的に維持することを⽬的とした。システム構
想を Fig.3.5 に、運⽤イメージを Fig.3.6 に⽰す。

Fig.3.5 機体安全性マネジメント技術におけるシステム構想

37

研究開発の動向

Fig.3.6 運⽤イメージ
2015 年からは、機体安全性マネジメント技術のプログラムのスコープを⾒直して気象に対する安全性・運航効率向上の技術課題等を拡張し、新たなプログラム「航空機事故防⽌技術の研究開発」を開始している。本プログラムは⼤きく、気象に関する気象影響防御技術（Fig.3.7）と、ヒューマンファクタに関する脅威予知防御技術に分類される。このうち
気象影響防御技術は下記の 5 課題で構成されている。
(1) 機体防着氷技術：機体の着氷を防ぐコーティング技術による運航安全性の確保、および機体の着氷をリアルタイムでモニタリングして離陸判断を可能とする技術(2) 雪氷滑⾛路技術：滑⾛路の雪氷状態をリアルタイムでモニタリングし、機体の滑りやすさを同定して安全・効率的な離着陸判断を可能とする技術(3) 気象事前検知技術：航空機前⽅や経路上の着氷気象状態や雷気象状態を事前に検知して、運航経路の変更判断を可能とする技術(4) 対被雷技術：機体損傷時の検査を迅速に⾏うとともに、構造損傷を軽減し運航効率を向上する技術(5) 耐特殊気象エンジン技術：エロージョン・着氷によるエンジン性能低下を抑制するコーティングと翼設計による運航効率の向上技術、着氷によりエンジン性能低下を予測するシミュレーション技術
各課題の詳細は次章に⽰す。

Fig.3.7 気象影響防御技術におけるシステム構想
38

個別課題の分析

4.

4.1.

個別課題の分析

個別課題の項⽬

気象影響防御技術に関連して現在研究開発を進めている課題は下記のとおりである。次節以降でそれぞれの概要を⽰す。
(1) 機体着氷に関する課題(2) 滑⾛路雪氷に関する課題(3) 雷気象に関する課題(4) 対被雷に関する課題(5) エンジンの特殊気象に関する課題

39

個別課題の分析

4.2.

機体着氷に関する課題

4.2.1.

背景と問題

空気中に浮遊する⽔（主に直径数 µm〜数 mm の⽔滴）が氷点以下に冷却され、氷結せずに過冷却⽔（Supercooled-water）となる。それが物体に衝突し、その衝撃をきっかけに過冷
却⽔が氷結する現象を着氷という。着氷は、主として寒冷地で問題となる。⽊々、電線、建築物、船、航空機等、様々な分野に⾒られ、それにより引き起される事故の被害は甚⼤である 4.2.1)。特に航空分野では、寒冷地で問題となる地上での着氷に加え、⾶⾏中の気候条件、
主に雲中で起こり、寒冷地に限らず着氷が⽣じる。 上空では、計器類の測定不能や翼の形状の変化により、⾶⾏に必要な揚⼒を得られず失速、墜落する問題等がある。 ⼀回の事故による被害は甚⼤であり、現在でも航空機において⼤きな問題となっている（気象影響で発⽣した航空機事故のうち約 7%は着氷が原因である 4.2.2)）。

Fig.4.2-1 着氷概要図

Fig.4.2-2 機⾸（左）翼（中）スピナー（右）への着氷（右）4.2.3) - 4.2.5)
4.2.2.

現状の対策

航空機における着氷防⽌対策は、⼤きく分けて地上の着氷防⽌対策と上空の着氷防⽌対策に分けられる。着氷個所で特に問題となるのは、主翼尾翼等、ファン、ナセル、ノーズコ
ーン、着氷センサ、ピトー管／静圧孔、失速警報検出器などがあげられ、主に熱により防除
氷を⾏っている。

40

個別課題の分析(1) 地上の着氷防⽌対策
航空機離陸直前に翼表⾯の雪氷を取り除く除氷作業を実施し、雪氷の再付着を防⽌する
為防氷作業を実施後、離陸を⾏う。その作業に⽤いられる防除氷液は、Type I〜IV と呼ばれるプロピレングリコールやエチレングリコール等を主成分とした液体が⽤いられ、その時の気候状況により、散布する配合⽐や温度が決定される。この効果が持続する時間はHoldover time と呼ばれており、その時間内に離陸しなければならない。

Fig.4.2-3 使⽤される防除氷液（左）と地上での防除氷作業（右）4.2.6)(2) 上空の着氷防⽌対策
⼤型機においては、ブリードエア⽅式が⽤いられエンジン等で作られた⾼圧圧搾空気をピッコロチューブに流すことで翼内部に送り込み、翼の内部から翼表⾯を⾼温にすることにより防除氷を⾏っている。（⼀部電熱⽅式も⽤いられている。）
中型機においては、ブリードエア⽅式⼜は、電熱⽅式が⽤いられ機体表⾯に埋め込まれた線や膜状の電気ヒータに通電し、熱を発⽣させることにより防除氷を⾏っている。
⼩型機においては、ニューマティック⽅式が⽤いられ翼前⾯に伸縮⾃在なゴムブーツの膜を設置し、これを膨張、伸縮させることで氷を剥離し防除氷を⾏っている。
翼以外（ピトー管等）は主にブリードエア⽅式や電熱⽅式が採⽤されている。

Fig.4.2-4 翼の防除氷装置（ブリードエア（左）電熱（中）ニューマティック（右））4.2.7) - 4.2.9)

41

個別課題の分析

4.2.3.

現状の問題点(1) 地上の着氷防⽌対策
エチレングリコールやジエチレングリコールは無害ではなく、プロピレングリコールも少量では問題ないが多量であれば有害となり、粘性も⽔に⽐べ⾼いため川や海に流れ出すと⽣態系にも影響を及ぼす可能性がある。このプロピレングリコールは全⽶で年間約 8000
万リットルが使⽤されており、係る使⽤コスト、作業機械、作業員のコスト（全⽶で年間約600 億円）も問題である。また Holdover time による時間的な制約があることから、防氷作業のやり直しの問題があり定時運航の障害ともなっている 4.2.10), 4.2.11)。
(2) 上空の着氷防⽌対策
ブリードエア⽅式は、エンジン等で作られた⾼圧圧搾空気を⽤いるため、エンジンの推⼒低下が発⽣して燃費の低下につながる。またブリードエアの配管等に伴う機械的システムの設置重量増加により燃費が悪くなるとともに、システムの維持管理や不具合発⽣時のメンテナンスコストも発⽣する。
電熱⽅式、ニューマティック⽅式についても同様で、ブリードエア⽅式ほどではないが、機械的システム設置重量により燃費が悪くなることに加え、メンテナンスコストが発⽣する。またこれらのシステムを稼働させるために多くの機体には着氷状態をセンシングするシステム（着氷検知装置）が搭載されているが、翼⾯の着氷状態を直接検知するものではな
く、翼⾯の着氷状態を完全に検知できるわけではない。
4.2.4.

課題(1) 地上の着氷防⽌対策
⼈体及び環境に配慮した安全な防除氷液及び使⽤⽅法等の研究開発は⾏われているが、研究例が少ない。当然ながらその防除氷液は、現状の防除氷液を上回る性能を持つ防除氷液
でなければならない。現状と同等以上でかつ、⼈体及び環境に対して無害な防除氷液の研究開発か、防除氷液を必要としないシステムの研究開発が必要である。
(2) 上空の着氷防⽌対策
ブリードエア⽅式、電熱⽅式、ニューマティック⽅式に代表されるシステムは第⼀次から
第⼆次⼤戦中までに確⽴した技術で、現在に⾄るまでシステム改良（⼩型化や消費電⼒や消費燃料の抑制のための改良）が主に⾏われている。近年、ボーイング 787 では、ブリードエ
ア⽅式に代えて電熱⽅式が採⽤されている。併せて、着氷検知装置の改良も⾏われている。
ただし、従来の⼿法にとらわれない、防除氷コーティング（Icephobic coating）などの新たな⽅式が近年着⽬されている。
4.2.5.

世界の動向

着氷防⽌技術としては、主に GKN Aerospace 社や Goodrich 社が既存のシステムである⾼効率の電熱⽅式の改良研究を⾏っている。特に近年（2013 年〜）では、化学材料の性能向42個別課題の分析

上が⾏われているため、様々な化学コーティングに着⽬しており、防除氷コーティング（Icephobic coating）も例外ではない。企業では GKN Aerospace 社や GE（General Electronics）
社、Honeywell 社等、研究機関では Fraunhofer や DLR（Deutschen Zentrums fur Luft- undRaumfahrt）等、⼤学では University of Quebec、University of Michigan 等でも防除氷コーティ
ングに取り組み始めている。また実証のため、防除氷コーティングの実証試験（ecoDemonstrator プログラム（2014）（2016））等も⾏われている。
改良された現システムにおいても、着氷による影響及びインシデントが完全に除去されることがないため、このような⾰新的な防除氷技術が待望されている。

Fig.4.2-5 JAXA が開発した防除氷コーティング⾯上の⽔滴の様⼦
4.2.6.

制約事項

・ 着氷に関する制約：FARS 14CFR Part121 Section629、Part 135 Section227 等
・ 航空機塗料に関する制約：MIL-PRF-85285、 AMS 3095A 等
4.2.7.

⽬標(1) 短期的⽬標
防除氷コーティングと電熱ヒータを併⽤したハイブリッド防除氷システムを構築する。
防除氷コーティングを併⽤することで、電熱ヒータの消費電⼒削減効果が期待できる。短期間においてこれらのシステムを、⼩型及び⼤型着氷⾵洞試験においてその効果を実証する。

Fig.4.2-6 ハイブリッド防除氷システム（左）と概要図（右）43個別課題の分析

Fig.4.2-7 神奈川⼯科⼤学（KAIT）着氷⾵洞（⼩型）Fig.4.2-8 NASA 着氷⾵洞（⼤型）4.2.12) - 4.2.14)(2) ⻑期的⽬標
FAA 及び MIL スペックの基準を満たし、塗料だけに絞れば現状の機体に塗布しその効果を実証するためにフライトテストを⾏う。
ハイブリッド防除氷システムとして取り扱うのであれば、機体メーカと組んでシステムを実装する。

44

個別課題の分析

Fig.4.2-9 ハイブリッド防除氷システム搭載イメージ
4.2.8.

効果(1) 地上の着氷防⽌対策
問題解決により、⼈体及び環境への影響を低減や防除氷液のコスト削減、それに係る設備費⽤の削減などが考えられる。
(2) 上空の着氷防⽌対策
現システムの改良により、燃費の向上、それに係る設備費⽤の削減などが考えられる。
また防除氷コーティングの実現が可能となれば、防除氷液の削減、現システム以上の燃費の向上、それに係る設備費⽤の削減などが考えられる。

45

個別課題の分析

4.3.

滑⾛路雪氷に関する課題

4.3.1.

背景と問題

航空機の離発着が可能かを決める指標の⼀つに必要滑⾛路⻑がある。必要滑⾛路⻑は摩擦係数に基づく離着陸距離に安全余裕を⾒込んで計算される。算出された必要滑⾛路⻑が実滑⾛路⻑内に収まれば離着陸可能となる。ここで滑⾛路表⾯に雪や氷があると、航空機と滑⾛路の間の摩擦係数が⼩さくなり滑りやすい状態となる。滑⾛路が滑りやすくなれば離着陸に必要な距離が⻑くなるため、滑⾛路上の雪氷は運航上の⼤きな問題となる。必要滑⾛路⻑に対し滑⾛路⻑が⾜りない場合は、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。また着陸が可能であった場合でも、滑⾛路が局所的に⾮常に滑りやすい状態になる状況では、オーバーランなどのインシデントが発⽣する可能性もある。
雪氷滑⾛路に関しては、世界で運航上の問題になっているが、⽇本の航空環境は世界的にみても厳しいため特に⼤きな問題である。その⼀つ⽬の理由として、空港建設に適した⼟地が少ないことに起因して⽇本の空港における滑⾛路が短いこと、⼆つ⽬の理由として過密
⼈⼝の移動に対応するため、離着陸距離がより必要な⼤型機・中型機の割合が⽇本では圧倒的に多いことが挙げられる。三つ⽬の理由として、乾燥した雪よりも湿った雪の⽅が滑りやすく、⽇本ではこの湿った雪が多いことが挙げられる。
4.3.2.

現状の対策

運航会社は雪氷情報に基づいて運航⽅針を決定する。雪氷情報は雪氷調査を⾏うことに
よって得られる。雪氷調査は空港管理者（例えば国が管理している第 1 種空港では空港事務所）が⾏う。調査を⾏うタイミングは、積雪時や除雪後、滑⾛路⾯監視装置（埋めこみセンサ）でモニタリングして状況が変わったとき、パイロットレポート等による。雪氷調査には、
滑⾛路積雪等の状態（積雪量、積雪等の種類、ブレーキングアクション、積雪⼜は凍結の割合）、滑⾛路⾯の状況、滑⾛路のスノーバンクの状態、エプロンのブレーキングアクション、除雪の状況、総合的な予想、各誘導路のブレーキングアクションが含まれる。なお雪氷情報の提供⽅法は世界各国で異なるが、我が国では NOTAM（Notice to Airmen）で配信される。
雪氷情報の中でもっとも重要なのがブレーキングアクションである。ブレーキングアクションは、滑りやすさを摩擦係数によって分類したもので、航空局による分類を Table 4.31 に⽰す。航空保安業務処理規程では、ブレーキングアクションの測定（実際には摩擦係数の測定）に Tapley Meter または SFT（Surface Friction Tester）を⽤いることになっている。
Tapley Meter は減速度計の⼀種であり、⾞両に搭載し、フルブレーキング時の減速度を計測する装置である。減速度は重⼒加速度の単位で表⽰され、そのまま摩擦係数値となる。SFT
は連続式摩擦係数測定計の⼀種であり、測定輪にかかる荷重から摩擦係数を計測する専⽤の⾞両装置である。SFT は⾮常に⾼価であるものの、計測員の技量によるばらつきが⼩さく
信頼性の⾼い摩擦係数が得られる。SFT は主だった空港に配備されており、Tapley Meter は
SFT の補助⽤として⽤いられている。
46

個別課題の分析

Table 4.3-1 ブレーキングアクション
ブレーキングアクション（良好）

0.40 以上（概ね良好）

0.36〜0.39

MEDIUM（普通）

0.30〜0.35

MEDIUM TO POOR

（不良）

0.26〜0.29（極めて不良）

0.20〜0.25（極めて不良で危険）

0.20 未満GOOD
MEDIUM TO GOOD

POOR
VERY POOR

4.3.3.

摩擦係数（μ）

現状の問題点

航空機が離着陸可能かどうかの判断は運航規程に基づいて⾏われる。運航規程では、SFT
等の地上摩擦計測装置で計測したブレーキングアクションから、最⼤着陸可能重量を算出する。このため運航規程は、予め地上計測装置と航空機の摩擦係数の相関データを組み⼊れて設定されている。
問題点としては、滑⾛路状況をリアルタイムにモニタリングする仕組みがなく、雪氷情報
をリアルタイムで正確に得ることができない点が挙げられる。別の問題点として、相関デー
タの精度がある。本来であれば運航規程には当該航空機と SFT の間の摩擦係数の⾼精度の相関データが組み⼊れられているべきであるが、理論解析が⾮常に困難であることから、安全性には少し余裕を持たせた相関データとなっている。運航の安全性という観点での問題は無いが、効率性という観点では向上の余地があると⾔える。冬期における⽇本の航空環境が厳しいことは前述のとおりであるが、規程上の安全性が運航環境をやや厳しくしているという側⾯もある。
4.3.4.

課題

従来は滑⾛路の状況をリアルタイムに把握する仕組みがないことが問題であった。雪氷
滑⾛路の問題に対応するためには、滑⾛路のすべりの状況を⾼精度に把握することが重要である。そこで、滑⾛路⾯の積雪状況をリアルタイムにモニタリングするとともに降雪予測による積雪予測を⾏う。得られた積雪データに基づいて摩擦係数を⾼精度に推定し、航空
機・空港管理者にデータを提供、離着陸の判断に供するシステムを提案する（Fig.4.3-1）。このシステムの核⼼部分は滑⾛路⾯の積雪状況をモニタリングする技術である。滑⾛路の積
雪状況が分かるだけでも概略の摩擦係数に換算することで、必要滑⾛路⻑がリアルタイム
で算出できるため運航効率を向上させることが可能となる。さらに摩擦係数を推定することでより精度の⾼い必要滑⾛路⻑を求めることができ、運航効率のさらなる向上につながる。加えて滑⾛路の積雪分布状況がわかれば滑⾛路の局所的な状況を予め把握することが可能となるため、オーバーランの事故を防ぐことができ、より安全な着陸が可能となる。
47

個別課題の分析

雪氷モニタリング技術については、いくつかの研究開発が進められており、実⽤化されている技術もある。雪氷滑⾛路のモニタリングに必要な要件として、航空機の離着陸に障害となる装置が滑⾛路⾯に存在しないことが重要である。加えて、すべりに影響を与える雪の厚さ（数 mm 程度の分解能）や雪質を計測できることも重要である。例えば道路⾯などの積雪深を計測するセンサが既に実⽤化されているが、本研究の対象である雪氷滑⾛路に対しては、厚さの計測精度が充分ではなく、路⾯の上⽅に設置しなければならないことから適⽤できない。現在のところ要件を満⾜するモニタリング技術は存在しない。

Fig.4.3-1 システム構想
4.3.5.

世界の動向

雪氷モニタリングセンサに関しては、Vaisala 社が滑⾛路埋設型センサで雪氷検知が可能なモニタリングシステムを商品化しているが、雪氷の厚さや質を判別できない。センサの⽐較を Fig.4.3-2 に⽰す。
滑⾛路のすべり状況把握に関しては、Boeing は着陸時のオーバーラン防⽌のためのパイロット⽀援ツールとして、RSAT（Runway Situation Awareness Tools）を開発している。オー
バーラン事故防⽌を⽬的として、滑⾛路⾯状態を Dry/Good/Medium/Poor の 4 段階表現で表し、着陸距離を予測する機能追加を検討している。ただし、路⾯状態をリアルタイムに把握するための機能は備えていない。技術の⽐較を Table 4.3-1 に⽰す。

48

個別課題の分析

Fig.4.3-2 雪氷モニタリングセンサの⽐較
Table 4.3-1 滑⾛路のすべり状況把握に関する技術の⽐較
JAXA

VaisalaBoeing RSAT

雪氷モニタリング

◎

○

−

ポイント数

10×2〜3 箇所程度

数箇所程度

（各空港の路⾯状態

センシング項⽬

分布、量、雪質

⾬雪氷の判別のみ

計測の運⽤に依ると思われる）

滑⾛距離予測△×○（現在 TRL3 以下）
除雪作業判断⽀援（実⽤化間近）○◎除雪判断⽀援機能

気象情報と連動した

追加予定

トレンド予測機能に−よる判断・作業の早期化
備考・オーバーラン防・国内の⼤空港で既・オーバーラン防⽌⽌、過度な安全余裕

導⼊との情報ありを狙うの排除による運航効（出所：運航会社有・路⾯状態も含め率向上を狙う識者）

た、多数の因⼦の複・雪氷計測精度向上

合的な解析から必要から始め、必要滑⾛

滑⾛距離計算を⽬指

距離計算を⽬指すす49

個別課題の分析

4.3.6.

制約事項

ICAO で滑⾛路⾯状態の評価・計測・報告に関する規定の改定が検討されており、Runway
Surface Condition Assessment, Measurement and Reporting に関する Circular の DRAFT が作成されている。
滑⾛路⾯状況は滑⾛路状況評価マトリクス RCAM（Runway Condition Assessment
Matrix）により評価され、滑⾛路⾯の雪氷状態に応じてブレーキングアクションが設定されるようになる。2017 年 5 ⽉に正式に公布され、2020 年 11 ⽉から適⽤となる。
4.3.7.

⽬標(1) 短期的⽬標
滑⾛路の積雪分布状況をリアルタイムでモニタリング可能となる埋設型センサを開発する。
(2) 中期的⽬標
積雪状況から摩擦係数を⾼精度に推定する技術を開発する（滑⾛路ブレーキングアクシ
ョン推定技術の開発）。
積雪状況の短期予測技術を開発する。
4.3.8.

効果(1) 離着陸判断⽀援
滑⾛路に埋設したセンサにより積雪分布状況をリアルタイムでモニタリングすることで、概略の摩擦係数に換算して運航効率を従来よりも向上させることが可能となる。さらに、推定した摩擦係数により、より⾼精度の離着陸距離を算出することが可能となり、運航効率の⼀層の向上が可能となる。結果として⽋航・ダイバートの低減が期待できる。
滑⾛路の積雪分布をモニタリングすることで、滑⾛路の局所的な状況を予め把握することが可能となり、オーバーラン事故を防⽌できる。
(2) 滑⾛路の除雪判断⽀援
滑⾛路に埋設したセンサにより積雪分布状況をリアルタイムでモニタリングすることで、滑⾛路の除雪が必要かどうかを客観的に判断可能となる。

50

個別課題の分析

4.4.

雷気象に関する課題

4.4.1.

背景と問題

航空機の被雷は、⾃然雷を航空機が横切った場合と、航空機が雷を誘発した場合の⼆種類に⼤別されるが、そのほとんどは後者に分類される。航空機が雷を誘発するか否かについては、1940 年代から⽶国で議論が交わされ始めた。そのきっかけは、それまで雷を起こしていない雲の近くを航空機が⾶⾏した際に、突然被雷するという事象が多く確認されたことによる。これはおそらく、対流活動によって電荷がたまり、しかし単体ではまだ放電に⾄らない程度の雷雲に、⾦属の⾶⾏物体が接近したことで、雷が誘発されたものと考えられる。
科学的な⼿法を⽤いて航空機誘発雷が観測されたのは、1980 年代の Mazur らによる観測実験が最初である。そこでは、航空機そのものもしくはその⾮常に近くから放電が始まり、正と負の放電が双⽅向に伝搬したことが、UHF レーダの観測によって⽰された 4.4.1) 。
航空機誘発雷が⺠間航空機を襲う頻度は、おおよそ 1,000 から 20,000 ⾶⾏時間当たりに⼀回、と⾔われている。従って航空機の利⽤が多くとも、⾶⾏中に被雷を経験した⼈は少ないと思われる。⼀⽅、60,000 から 100,000 時間といわれる航空機の設計寿命を考慮すると、
航空機はその⼀⽣の中で、数⼗から数百回被雷することが分かる 4.4.2) 。運航会社の統計によると、国内における年間の被雷件数は合計数百件に上ると推定される。航空機被雷が発⽣すると、航空機機体と運航それぞれに影響が現れる。航空機機体は被雷を想定した設計がなされているため、被雷が直接重⼤事故につながる可能性は極めて低い。しかしながら、被雷が機体外板に及ぼす種々の損傷によって、修理費⽤は国内で年間数億円規模に上ると推算される。これは⼩修理のみの費⽤であるため、恒久修理を含めるとより⼤きな費⽤が発⽣すると想像できる。また、被雷を受けた機体の検査や応急処置には少なからず時間を要するため、⼩規模な損傷でもしばしば次便の遅延につながることはもちろん、⼤規模な損傷の場合は⽋航に⾄り、運航スケジュールに⼤きな影響を及ぼす。更に雷に関しては、我が国固有の問題も存在する。冬の⽇本海沿岸で発⽣する、冬季雷と呼ばれる世界的にも珍しい現象がそれである 4.4.3) 。冬季雷は夏に発⽣する通常の雷に⽐べて放電エネルギーが何倍も⼤きいた
め、航空各社はこの時期⾮常に繊細な航空機運航の実施を余儀なくされる。
4.4.2.

現状の対策

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（LIghtning DEtection
Network system）で取得された情報が広く利⽤されている 4.4.4) 。LIDEN は、落雷があった場
合、その位置を評定するシステムであり、その観測範囲はほぼ⽇本全域をカバーしている。
また、気象レーダのデータ等と併⽤することで、雷雲を判別することが可能である。気象情報⽀援の観点から航空機運航は巡航フェーズと離着陸フェーズに⼤別できるが、LIDEN に基づく気象情報⽀援は、上記の観測領域や適性から、特に巡航フェーズに有効であると考えられる。統計によると、巡航中の被雷は、そのほとんどが回避されており、被雷件数全体の10%以下を占めるに留まっている。
51

個別課題の分析

4.4.3.

現状の問題点

4.4.1 節に述べた被害の発⽣に対して、ここでは⼤きく三つの問題点を指摘する。第⼀に、離着陸フェーズに対して有効な⼿段に乏しいことが挙げられる。巡航フェーズにおいては、
現状の対策によってほとんどの被雷が回避されていると考えられる。その結果、離着陸フェーズの被雷が被雷件数全体の 90%以上を占めるのが現状である。各被雷事例において被害の⼤⼩はあるものの、これはそのまま 4.4.1 節に述べた被害のほとんどが離着陸フェーズにおけるものであると考えてよい。しかしながら、離着陸フェーズの⽤途を⽬的とした被雷に対する気象情報⽀援は、これまでのところ実現していない。第⼆に、離着陸フェーズにおいて、落雷検知のみに基づく気象情報⽀援は、その効果に乏しいことである。1940 年代の⽶国にて議論が起こった経緯にも⾒られるように、それまで雷を起こしていない雲であっても、その近くを航空機が⾶⾏した際に被雷することは多い。これは航空機誘発雷が⾃然雷よ
りも発⽣しやすい、⾔い換えると雲内電荷の蓄積が少なくても放電に⾄る、ということを⽰唆している。したがって、雷検知のみに基づく気象情報⽀援では、こういったケースに対処できない。そして第三に、雷を発⽣する気象が局所的な現象であることが挙げられる。広く知られているように、雷の元となる積乱雲等の気象は、空間的にも時間的にも局所的な現象である。こういった局所気象を識別することやその特徴を捉えるためには、時間的にも空間的にも⾼解像の観測を⾏うことが望ましい 4.4.5) 。しかしながら、⾼解像の観測技術はこの⼗年でようやく実現してきた技術であり、⾼解像の計測値を⽤いた気象情報⽀援は未成熟な段階にある。
4.4.4.

課題

4.4.3 節で述べた三つの問題点それぞれに対応して、課題を設定した。第⼀に、離着陸フ
ェーズの避雷⾶⾏⽀援を実現すること、第⼆に、（落雷の検知だけでなく）雷気象状態（被雷の危険性が⾼い状態）の検知を実現すること、第三に、雷の元となる局所気象に対応することである。離着陸フェーズの避雷⾶⾏⽀援及び雷気象状態検知は、いずれもこれまでに実現していない課題である。局所気象への対応は、従来の観測技術では難しいことが知られており、⾼解像の観測技術では、ゲリラ豪⾬対策において⼀部実現しつつあるものの、雷を含めたその他の気象に対しては、未だ実現していない。
4.4.5.

世界の動向

⽶国における離着陸フェーズに対する気象情報⽀援は、1980 年代から取り組まれている
ITWS（Integrated Terminal Weather System）に代表される 4.4.6) 。ITWS は、空港周辺の気象観測に基づいて、離着陸フェーズに問題となる種々の気象に対応している。欧州では、ドイツの DLR（Deutschen Zentrums fur Luft- und Raumfahrt）において、RadTRAM や CbTRAM という離着陸フェーズの気象情報⽀援の研究が⾏われている 4.4.7) 。これらは、雷検知のトラッ
52

個別課題の分析

キング情報から今後の積乱雲の動きを正確に予測するものである。航空機上搭載のシステ
ムとしては、⽶国 Rockwell-Collins 社の最新の機上搭載レーダでは、レーダ反射強度の強い領域周辺を危険領域として指⽰することで、積乱雲に伴う種々の脅威を避けることを促す機能が付加されている 4.4.8) 。ここに述べた技術はいずれも、積乱雲をターゲットにしており、雷そのものに対応したものではない。積乱雲に対する気象情報⽀援はこの他にもすでに⼗分に活⽤されており、その状況下でも 4.4.1 節に述べた被害が発⽣している。したがって被雷に限って⾔えば、積乱雲をターゲットにした気象情報⽀援の⾼度化よりも、より雷そのものに着⽬した技術開発が有効であると考えられる。
防衛⽤途では、我が国の⾃衛隊が LiDAS（Lightning Detection Acquisition System）というシステムを 1970 年代に⽯川県⼩松基地に配備した 4.4.9) 。LiDAS は、これまでに世界で唯⼀実現した、雷そのものをターゲットにした気象情報⽀援システムであり、配備以降、⾃衛隊機の被雷件数ゼロを達成している。雷そのものに着⽬した技術開発が被雷件数削減に効果を発揮した好例である。ただし、LiDAS は防衛⽤途に開発された経緯から、離着陸の
GO/NOGO の判定を前提としているため、⺠間航空の避雷⾶⾏⽀援においては、4.4.6 節に述べる制約事項に留意する必要がある。
4.4.6.

制約事項

避雷⾶⾏⽀援において制約事項として留意すべきは、その利⽤性である。まず、離着陸の
GO/NOGO の判定は、⺠間航空において利⽤性が乏しい。NOGO 情報の利⽤⽤途は、航空機の着陸中断もしくは空港の閉鎖しかない。これでは、空港周辺の交通流は著しく乱されてしまうし、空港の容量を著しく損なうことになる。⺠間航空の避雷⾶⾏⽀援に求められるのは、離着陸における経路選択や、タイミング、上空待機場所の適切な判断に資する情報である。
このためには例えば、雷気象状態にある領域をチャートマップ上に⽰すことが必要ある。もう⼀つは、専⾨的な気象物理量の表⽰を可能な限り避ける必要があることである。専⾨的な気象物理量の表⽰では、実際に航空機に及ぶ危険性を、即座に読み取れない場合や、⾒落としてしまう可能性がある。更には、読み解くための学習が必要とされ、結果的に⼀部の専⾨知識を有した⼈材にしか利⽤できない状態に陥る。これを避けるために、取得される気象物
理量を元に、運航者が負うべきリスク、例えば被雷する損傷の程度や乗客や次便への影響に
発⽣確率を考慮したもの、に変換することが望ましい。
これらの制約事項を満たした雷気象情報のイメージを Fig.4.4-1 に⽰す。ここでは、航空機運航で⼀般に⽤いられるリスクマネジメントの概念に則った被雷リスクの表⽰を例⽰している。気象観測装置は降⽔強度や乱流強度、雷放電電流、上空気温といった気象物理量を取得するわけであるが、それら気象物理量を元に、確率とインパクトから推定される実際の運航リスクを算出し、⼆次元マップ上に表⽰することで、気象の専⾨知識の習熟なしに、適切な判断が可能となると考えられる。

53

個別課題の分析

Fig.4.4-1
4.4.7.

制約事項を満たした雷気象情報のイメージ

⽬標

4.4.4 節に述べた課題を、4.4.6 節に⽰した制約事項を満⾜した上で、達成することを⽬標とする。想定している運⽤イメージを Fig.4.4-2 に⽰す。雷気象状態に関連する種々の気象データを取得し、取得した気象データを統合処理することによって算出された雷気象情報（Fig.4.4-1 に例⽰）を提供することで、離着陸における経路選択や、タイミング、上空待機
場所の適切な判断に貢献する。

Fig.4.4-2

避雷⾶⾏⽀援の運⽤イメージ

具体的には、雷気象状態を検知するために、雷発⽣過程の主要三要素である降⽔・雷放電・
上空気温を計測し、これらを統合的に解析処理する⼿法を検討する。これら主要三要素を空54

個別課題の分析

港周辺の気象観測装置にて計測することで、離着陸フェーズへの適性を保持させる。気象観測装置は、可能な限り⾼解像で主要三要素を計測し、局所気象に対応する。例えば、⾼分解性能を有する最新の気象レーダと、落雷だけでなく、初期段階の積乱雲に発⽣する微弱な雲内放電を検知する、⾼い検出率および⾼い位置標定制度を有する雷検知装置と、さらには上
空気温の直接計測値を得る SSR モード S データを利⽤する。主要三要素について観測実験
を通して計測し、同時期・場所の⺠間⾶⾏実績から得られた種々の運航リスクと⽐較検証することで、統合解析処理結果を運航リスクと結びつける。
4.4.8.

効果

被雷や避雷による航空便の遅延やキャンセルを削減し、また空港の利⽤効率を向上させることで経済効果を⽣む。また、国産の空港気象システムに、避雷のための気象プロダクトという、他国にない付加価値をもたらし、国際競争⼒を⽣むことが期待できる。

55

個別課題の分析

4.5.

対被雷に関する課題

4.5.1.

背景と問題点⽇本における航空機の被雷は、夏季の積乱雲による被雷、冬季は特に⽇本海側における冬季雷による被雷がある。⽇本海側の冬季雷は、夏季雷と⽐較して数⼗倍から百倍のエネ
ルギーと⾔われている。この⽇本海側の冬季雷は、他にはノルウェー⼤⻄洋沿岸、五⼤湖周辺、ブリテン諸島でしか⾒られない、世界的にみても特殊な雷現象とされている。⽇本の運航会社における年間の被雷件数は、年によるばらつきはあるものの数百件にのぼる。
航空機が被雷した際には、次の⾶⾏を⾏う前に雷撃を受けた場所と雷が抜けた場所を特定する必要がある。また、被雷による損傷が構造健全性に影響を与える場合には必要な処置を講ずることが求められている。同じ⽇における機体の運航間隔は国内線では 50 分程
度、国際線では 2 時間程度であり、空港での給油時間を考慮すると、整備に割くことが可
能な時間はこれよりも短くなるなり、被雷は運航効率を下げる要因の⼀つとなっている。
被雷に対する運航効率低下を抑えるためには、運航⾯では、機体整備に影響を与える損傷を⽣じうる雷撃を避けることが必要と考えられる。また、構造⾯では、被雷後に迅速に被雷位置を特定することの他、被雷による損傷⾃体の軽減、修理時間の短縮等が重要と考えられる。
4.5.2.

現状の対策

現在航空機の主要構造への適⽤が急速に進みつつある炭素繊維強化複合材料 CFRP
（Carbon Fiber Reinforced Plastic）は、従来のアルミニウム合⾦に代表される⾦属材料と⽐較して導電性、熱伝導性が著しく低い。また、CFRP は⼀⽅向繊維材料を積層して作られることから、⾯内の繊維⽅向と繊維直交⽅向、⾯外の繊維⽅向と板厚⽅向に⼤きな電気的、熱的異⽅性を有する。これらの特性は、航空機が被雷した際のジュール発熱（抵抗発熱）による構造損傷、雷電流経路の複雑化、ファスナ等⾦属部への電流集中、およびそれらの影響によるインテグラルタンク内でのスパークの可能性など、CFRP 航空機構造設計、開発時に特に考慮すべき重要な課題の要因となっている。
この問題に対し、現在は CFRP 構造表⾯に LSP（Lightning Strike Protection）と呼ばれる
銅あるいはアルミニウム合⾦製の⾦属メッシュや箔（Fig.4.5-1）を適⽤して、表⾯の雷電流の経路を確保することや、CFRP 構造と⾦属構造をファスナ締結し、更にファスナと⾦
属材料を被覆電線で電気的に接続（電気的ボンディング）することで構造内部の電流の経路を確保するカレントリターンネットワークを設置する等の対策が取られている。インテ
グラルタンクのようにスパークの発⽣が重⼤なインシデントに繋がる可能性がある部位については、構造内部のギャップやエッジ、ボルト、ファスナやナット等の突起物をシール
材やキャップを使って完全に覆うなど（Fig.4.5-2）の対策が取られている。

56

個別課題の分析

Fig.4.5-1 LSP の例（Dexmet Co.）

Fig.4.5-2 スパーク防⽌キャップの例 4.5.1)

⾦属構造については、CFRP と⽐較して導電率、熱伝導率が⾼いことから被雷による損傷
は⼩さいものの、ファスナーピッチなどの設計パラメータ及び近年導⼊が進みつつある接合構造様式における被雷損傷に関する知⾒はほとんど公開されていない。
4.5.3.

現状の問題点

前節に⽰した対策によって、現在の CFRP 航空機構造の安全性は⼗分に確保されている。しかしながら、開発プロセスやコスト、メンテナンスを含めた航空機の運⽤サイクル
全体を俯瞰した場合、現状の雷害対策は多くの問題点を残している。
LSP としての⾦属材料の使⽤、およびインテグラルタンク内のシーラント、ファスナキ
ャップ等の適⽤は構造重量の⼤幅増加、製造⼯数の増⼤によるコスト増につながっている。また、表⾯に LSP を施した CFRP の加⼯は難しく、⼯具の損耗を⼤幅に早めるといった問題がある、また、材料の異⽅性は電流経路の設計を難しくしており、⼤幅な安全余裕を持った電流経路設計が必要となっている。更に、CFRP の雷電流による損傷メカニズム
は完全には理解されておらず、構造開発には試⾏錯誤による膨⼤な数の要素試験、構造試
験を⾏う必要があり、開発コストの増⼤を引き起こしている。
実際の運航にあたっては、着雷箇所から遠く離れたファスナラインで⽬視検知可能な⼤きな損傷が⽣じるなど、運航後の点検で着雷点と電流経路を簡単に特定できないといった問題もある、さらに、メンテナンス時の雷損傷部位の補修にあたっては、補修箇所に再度
LSP を適⽤することによる⼯数の増⼤や、電気的ボンディングの保障作業など、補修作業の複雑さ、難しさが問題となっている。
⾦属構造についても、設計パラメータと被雷損傷に関する知⾒がないことから、⽇本の航空機開発では、海外の機体と同程度の耐雷性を有する機体を開発するには、これらのデータの蓄積が今後必要と考えられる。

57

個別課題の分析

4.5.4.

課題

前節の問題点を解決するため、CFRP 航空機構造の雷害問題では、⻑期的、短期的に以下の課題を克服する必要がある。
(1)

CFRP の電気的、熱的特性および異⽅性の改善

航空機構造材料として適⽤可能な導電性樹脂の開発、あるいは導電性を付与可能なナノフィラー等の適⽤により、電気的、熱的特性に優れた CFRP 材料を開発する。これにより、被雷時の損傷を⼤幅低減することで、LPS の適⽤の廃⽌、あるいは LPS 適⽤時の雷損
傷の⼤幅抑制を実現する。電気的、熱的特性に優れた炭素繊維の適⽤および、組み合わせ
による材料設計の可能性も考慮する。
加えて、⾯内⽅向、⾯外⽅向の電気的、熱的異⽅性を緩和することで、構造設計を容易

Damage size mmにし、接合部等における集中電流の影響を削減する。

現在の複合材 4.5.2)
損傷低減

Threshold

導電性複合材 4.5.2)

damage size

Specific Energy
Fig.4.5-3 導電性複合材の耐雷性に関するポンチ絵(2)(1)に⽰す材料の、適⽤部位の選定

実機構造において、上記材料を適⽤可能な部位を選定する。短期的に電気、熱特性の⼤幅改善と主要構造部材に適⽤可能な強度特性および環境耐性の両⽴は難しいことから部分
的に開発材料を適⽤可能な部位を選定し、適⽤可能性を⽰すことが求められる。
(3)

CFRP 雷撃損傷現象の解明と数値シミュレーション技術の獲得

CFRP の雷損傷問題は、電気、熱、流体、衝撃波、電磁波、材料⼒学、化学変化、破壊⼒学等様々な問題が複雑に絡み合う分野横断的問題であり、その理解は容易ではない。
個々の問題を分離し、その原理を理解するための実験技術、計測技術の獲得と、数値シミュレーションによる損傷挙動の予測技術は、今後の CFRP 構造/材料開発を⾏う上での最重要課題である。特に、現在膨⼤な雷撃試験を要する CFRP 構造開発の数値シミュレーショ
ンによる置き換えは急務である。
(4)58

体系的な CFRP 雷撃損傷挙動の把握と知識の蓄積

個別課題の分析

航空機構造開発⽤の雷撃試験波形は規格によって定められているが、使⽤する試験設備の個体差が CFRP の損傷挙動に与える影響は詳細には明らかになっていない。また、材料単体ではなく、構造要素となった場合に、電気的・熱的材料特性に求められる要求値が異なる可能性が指摘されているが、具体的な指針などは存在していない。雷撃試験装置や条件の違い、構造様式の違いによる電流計路や損傷挙動、材料への要求値の違いなどを体系的に調査し、データベース化する事が求められる。
⾦属材料については、以下の課題に取り組む必要がある。
(5)構造様式、設計パラメータと雷撃損傷挙動の把握と知識の蓄積

前節で述べた通り、CFRP と同様に、⾦属構造についても、構造様式や設計パラメータ
が雷撃損傷に与える影響は体系的に把握できていない。このため、体系的な調査を⾏い、挙動の把握を⾏うとともにデータベース化することが求められる。
その他、複合材、⾦属に共通の課題として、以下が必要と考えられる。
(6)

着雷、出雷位置の早期判定

運航効率の低下を抑制するために、被雷時の着雷点と出雷点を短時間で特定する技術が必要である。
4.5.5.

世界の動向

複合材の被雷損傷を低減させるために、先に述べた通り、既に Cu メッシュやカレント
リターンネットワークが採⽤されている。また、Al メッシュの開発や、塗料により雷撃電流を流すための導電性塗料の開発 4.5.3)、樹脂の導電率向上のための CNT（Carbon NanoTube）⼊り樹脂の開発 4.5.4)が⾏われている。また、JAXA はこれまで外部機関と連携し、CNT によらない導電性複合材の開発を進めている 4.5.2)。
被雷損傷の早期検知については、ドローンを⽤いた機体検査に関する研究が進められている 4.5.5)。
4.5.6.

制約事項

本研究を進める上では、以下の制約がある。
航空機に使⽤される雷撃波形を再現可能な試験装置を有する機関は、現在国内に 2 社のみである。次に、構造様式、設計パラメータの影響の体系的評価に⽤いる構造供試体の設計には、実機 CFRP 航空機構造の設計、開発経験を持つ重⼯等との連携が必須である。

59

個別課題の分析

4.5.7.

⽬標

被雷による損傷を従来の 1/5 以下にする導電性複合材の開発を⾏う。中期的な⽬標として、同複合材の部分的な適⽤検討及び開発を⾏う。⻑期的な⽬標として導電性複合材の適⽤範囲を拡張するための諸特性の改良を進め、適⽤範囲の拡⼤を図る。
CFRP 複合材および⾦属材料について、構造様式、設計パラメータが被雷損傷に与える影響を把握するとともに、体系的評価を実施し、結果をデータベース化する。
被雷損傷を短時間で検出する技術を開発する。
4.5.8.

効果

導電性複合材の適⽤により、被雷による機体損傷を低減させ、損傷の補修による運航効率の低下を抑制する。
構造様式、設計パラメータが被雷損傷に与える影響を把握しデータベース化することにより、より耐雷性の⾼い機体開発を可能として、被雷損傷を低減させ、損傷の補修による運航効率の低下を抑制する。
被雷損傷を予測する数値シミュレーションの開発により、材料の電気、熱特性の変化が雷撃損傷挙動に与える影響を評価可能とすることで、材料開発における各物性の⽬標値を設定可能とする。

60

個別課題の分析

4.6.

エンジンの特殊気象に関する課題

4.6.1.

背景と問題点2010 年のアイスランドにおける⽕⼭（Eyjafjallajökull）の噴⽕では、欧州の空域が６⽇間にわたって閉鎖されるなど、航空運航に⼤きな影響を及ぼし、経済活動に多⼤な混乱が⽣じたことは記憶に古くない。1983〜2003 年の間で、100 機の航空機が⽕⼭灰に遭遇し、うち 8機がエンジンパワーロスに陥っている 4.6.1) 。1985 年 12 ⽉には、KLM867 便がリダウト⼭噴⽕による⽕⼭灰雲に遭遇し、全 4 基のエンジンが停⽌する事故が発⽣した。数度の再着⽕ト
ライアルの後、最終的にエンジン再始動に成功し無事着陸に成功した 4.6.3) 。幸いこれまで
⽕⼭灰吸込みによる致命的な事故は発⽣しておらず、また、エンジン停⽌のような重⼤事故の発⽣頻度は低い。しかしながら、⽕⼭灰雲に遭遇し、⾼濃度の⽕⼭灰を吸い込んだ場合にエンジンが受ける影響を防御するのは容易でなく、安全性に与える影響が多⼤であるため、⽕⼭灰雲は回避して運航することが対策の⼤原則となっている。⼀⽅、⽇常の航空機運航における砂塵や汚染物質（CMAS（Calcium, Magnesium, Aluminum and Silicon）を含む）の吸込
みは、より⻑期的なタイムスケールで、部品の短寿命化につながるコスト上の課題となっている。このように、⽕⼭灰や砂塵の吸込みは、航空機の安全性・信頼性に深く関わる問題である。
冒頭に述べたアイスランド⽕⼭噴⽕問題がトリガーとなって、⽕⼭灰吸い込み問題への対策は、2010 年以降活発になっている。NASA と AFRL（⽶国空軍研究所）が中⼼となって進めている VIPR（Vehicle Integrated Propulsion Research）プロジェクトはその⼀例である（Fig.4.6-1）。実エンジン（F117（PW2040, ~40k lbf））を⽤いた⽕⼭灰吸い込み試験を実施し、エンジン性能の変化や圧縮機・燃焼器・タービンそれぞれの部位に与える影響を報告している 4.6.4) 。旅客機⽤ターボファンエンジン開発では、近年、熱効率向上のために全体圧⼒⽐やタービン⼊⼝温度が増加傾向にある。⼀⽅、粒⼦の付着温度のような熱的性質は、従来考えられていたよりも砂塵や⽕⼭灰の種類によって⼤きくばらつくことが報告されている 4.6.5)（Fig.4.6-2）。従って、エンジン内部の温度や速度条件、吸込み物質のサイズ、形状、熱的特
性、化学特性（CMAS 等）など様々なパラメータがエンジン部品に与える影響（エロージョ
ン、デポジッション、コロージョン）、及び、それがエンジン全体性能に与える影響の把握に努めながら、同時に解決策に取り組む必要がある。
エンジン着氷の問題も、砂塵・⽕⼭灰の吸込みと同様に、航空機の安全上重要な課題である。Mason ら 4.6.6) ,4.6.7) は、1990 年から 15 年の間において、⾼度 22,000 フィート（過冷却⽔存在域の上限）以上の⾼度で、少なくとも 100 件以上のエンジンパワーロスイベントが発⽣していたことを指摘した。着氷を引き起こす気象は、FAA において、機体着氷と共通して定義されているが、従来の過冷却⽔滴の規制に加えて、2015 年には、SLD（Super cooled Large
Drop）、Mixed phase & Ice crystal（本節ではまとめて氷晶と呼ぶ） という新たな分類に対する規制が施⾏された。Fisher4.6.8) によれば、1988-2003 年の 16 年間で、59 回の SLD イベン
トの報告があった（うち 46 回が地上もしくは離陸時に発⽣）。⼀⽅、Mixed phase & Ice crystal
61

個別課題の分析が原因のエンジンパワーロスが 1988-2010 の 23 年間で 153 回記録されている。内訳は、降下時 73 回、上昇／巡航時 71 回、地上 9 回であった（ここで、”パワーロス”は、少なくとも
1 基のエンジンにおいて、Surge、Stall、減速、失⽕イベントが発⽣したことを指している）。
特に氷晶は、エンジン内部の物体表⾯温度によって、氷晶の融解付着、再氷結を起こし、コ
アエンジンの内部まで影響を及ぼす場合がある。氷晶の存在する上限⾼度は 47,000 フィー
トと、過冷却⽔の上限⾼度 22,000 フィートを⼤幅に超えており、機体着氷では問題とならない⾼度でエンジンに問題を与える可能性がある。パイロットの視認性も悪い。これらのことから、氷晶の吸込み問題が最も難解な問題として取り上げられることが多い。また、気象
条件的に、東南アジア〜オーストラリア圏での発⽣が多い（エンジンパワーロスの約 60％）
ことが知られている 4.6.9) 。
以下、エンジンが受ける具体的な問題を⽰す 4.6.8) 4.6.10) 4.6.11) （Fig. 4.6-3 も参照のこと）。
・ 砂塵／⽕⼭灰の⾼濃度短期的な吸込みによる問題：圧縮機のエロージョン（効率低下、Surge マージン減少）、溶融粒⼦のタービンノズル付着（エンジン閉塞）、燃料噴射器の詰まり（失⽕）、電⼦装備のコンタミネーション（動作不良）
・ 砂塵／⽕⼭灰の低濃度⻑期的な吸込みによる問題（短寿命化）：圧縮機のエロージョ
ン、潤滑系統の汚れ、⾼圧タービン翼の硫化、タービン冷却システムの閉塞
・ 過冷却⽔滴によるエンジン着氷：ファン、ナセル、ノーズコーン、低圧圧縮機への着氷（効率低下、Surge マージンの減少、氷塊剥離・衝突によるファン圧縮機ブレードの破損等）
・ 氷晶吸込み：低圧圧縮機から⾼圧圧縮機までのブレードやダクトの着氷（圧縮機 Stall、
圧縮機ブレード破損、失⽕等）

Fig.4.6-1 ⽕⼭灰吸い込み試験後の燃焼器（左）とタービン翼（右）の写真 4.6.4)

62

個別課題の分析

Fig.4.6-2 幾何学特性（左）で分類された砂塵・⽕⼭灰の特性温度（右）4.6.5)
4.6.2.

現状の対策

運航やエンジン運転⽅法、エンジン部品の設計・製造⽅法の観点から、現状の対策について、以下にまとめる。
(1) 気象情報による⽕⼭灰や氷晶の存在域の事前回避や⾶⾏エリア規制を実施している。
特に⽕⼭灰は回避することが対策の原則となっている。
(2) 機体搭載レーダによって⽕⼭灰や氷晶の検知を⾏う。
(3) バイパス機構（Variable bleed valve）によって、コアエンジンへのデブリ流⼊量を低減する。
(4) 静⽌部品については、ブリードエアシステムやヒータを⽤いたエンジン部品の加熱（熱管理）によって着氷を防御する。ブリードエア系システムをフル稼働させること
で燃焼器に流れる空気量を減少させ（燃空⽐を増加させることで）失⽕マージン（燃焼安定性）を増強する。
(5) エンジン部品への耐エロージョン（および耐コロージョン）性を持ったコーティング
を適⽤する。
4.6.3.

現状の対策の問題点

現状での対策の問題点は以下の通りである（番号 (1)〜(5) は、4.6.2 節の番号に対応）。
(1) 気象情報によって、⽕⼭灰や氷晶の存在領域を完全に予測することは不可能であり、⾶⾏中に予期せず遭遇することが問題となる。
(2) ⽕⼭灰や氷晶は、条件によって、機体搭載レーダでは検知信号の S/N ⽐が⼩さく検知ができない場合が多い。
(3) デブリ遭遇時にはバイパス機構の利⽤が現状最も効果的な対策である。ただし、巡航時の利⽤は他のエンジン性能を犠牲とすることを意味するため、他の対策技術を向上させる必要がある。
63個別課題の分析(4) ブリードエアシステムやヒータの利⽤は、他のエンジン性能を犠牲にする。また、回転部には適⽤できない。
(5) ⾼温タービン⽤ニッケル基超合⾦に対する TBC（Thermal Barrier Coating）システムの開発に関連して、耐エロージョン／耐コロージョン性能の向上が現在も続けられている。⼀⽅、CMC（Ceramic matrix composites）等先進材料に適したコーティングの開発
は、未だ成熟しておらず、実⽤化に向け多数の試験・開発が必要である。
4.6.4.

課題
以下、現状の対策とその問題点を踏まえて考えられる課題を述べる。

(1) 気象情報の予測精度向上、予測範囲拡⼤が継続して期待される。機体搭載センサ（例
えばライダー）によるリアルタイムモニタリング技術の開発やセンサ情報を踏まえた回避⼿順を整備する。
(2) エンジン正常運転の観点から、微粒⼦吸込みの許容量の定量評価が必要となる 4.6.10) 。
(3) エンジン各部位における着氷、エロージョン、デポジッションとエンジンの各種性能変化とを対応づける。そのために、実エンジン試験（内部状況の詳細な計測）データを基にした解析技術を開発する。その上で、問題発⽣時のエンジン全体としての性能変化を予測し、性能低下抑制のためのエンジン制御指針を与える技術の開発を⾏う。
(4) 実エンジンによる微粒⼦吸込み試験は莫⼤な費⽤がかかるため、リグ試験データによる補完や数値解析技術の開発が必須となる。バーチャルな TC 試験や TC 試験のための設計技術へとつながる可能性がある。
(5) Variable bleed valve にかわるバイパス機構や圧⼒損失の少ない微粒⼦フィルタ・セパ
レータなど物理的なフィルタ技術を開発する。
(6) 回転要素に対する防着氷技術を開発する。
(7) コーティングにおける耐エロージョン／耐コロージョン性能を向上させる。CMC 等
先進材料に適したコーティングを開発する。寿命予測とそれを⽀える検査・評価技術を伴う総合的な実⽤的技術を開発する。
(8) 付着の抑制・除去技術を開発する（付着しにくいコーティング、パージ機構等）。
(9) どのような気象条件とエンジン条件で、エンジン内のどの部位にどのように着氷が起きるのか、根本的なメカニズムの解明に取り組む（エロージョン、コロージョン、デポジッションも同様）。

64個別課題の分析

Fig.4.6-3 エンジン微粒⼦吸込み問題の分類と技術課題
4.6.5.

世界の動向
実エンジン試験は莫⼤なコストがかかるため、数値シミュレーションの利⽤拡⼤、
実試験計測による検証データ取得が⾏われている。例えば、⽶国では、NASA と AFRL
（⽶国空軍研究所）が中⼼となって、VIPR プロジェクトを推進している。実エンジン（F117（PW2040, ~40k lbf））を⽤いた⽕⼭灰吸い込み試験を実施し、取得データに基づいてエンジンヘルスモニタリング技術を開発している 4.6.4) 。GE、Boeing、P&W、
RR などの機体・エンジンメーカも参画している。
⽕⼭灰の回避においては、⽕⼭灰の存在をいかに遠⽅から検知するかが重要である
ため、機体搭載型のセンサに関する研究開発も進められている。Prata ら 4.6.12) は、実
際のアイスランド⽕⼭灰を⽤いて空中に⼈⼯⽕⼭灰雲を形成し、エアバス A340 の胴体にマウントした 2 波⻑⾚外線カメラセンサによって⽕⼭灰検知のフライト実験を⾏った。20〜70km 離れた距離から約 200μg/m3 の濃度の⽕⼭灰検知が可能であることを報告している。
氷晶の検知に関して、NASA を中⼼に多数の関係機関が連携して、High Ice Water
Content Flight Campaign と呼ばれる実フライトによるテストキャンペーンを進めてきた 4.6.13) 。深い対流雲（Deep convective clouds）内の氷晶について、複数のプローブ、センサを⽤いて多種類（氷晶⽔含有量、氷晶濃度、サイズ、形状等）の計測を実施した。2015 年 9 ⽉には DC-8 を⽤いた⾶⾏試験をオーストラリア Darwin にて⾏い、氷晶雲における各種データを取得した。データベース構築のほか、新センサの成⽴性実
65個別課題の分析

証や既存センサ信号の解析⾼度化（既存レーダ信号の解析ソフト改修につなげる）などが⽬的になっている。
砂塵、⽕⼭灰、着氷共通して、⼤学・研究機関においては、環境模擬したリグ試験装置を運⽤。着氷⾵洞は、NASA、NRC（National Research Council of Canada：カナダ
国⽴研究機関）、ONERA（Office National d'Études et de Recherches Aérospatiale：フラン
ス国⽴航空宇宙研究所）、CIRA（Centro Italiano Ricerche Aerospaziali：イタリア航空宇宙研究センター）等が所有している。
4.6.6.

制約事項

・ 砂吸込みに関する制約：MIL-E-5007D 等
・ 着氷に関する制約：FAR Part 33 Section 68、 MIL-E-5007D 等
4.6.7.

⽬標(1) 短期的⽬標（3〜5 年）：
・ 現在開発中の評価技術の実⽤度を向上させる。
（数値解析技術（着氷、エロージョン、
デポジッション）、着氷計測技術、エロージョン試験技術等）
・ ハブ機能（WEATHER-Eye コンソーシアム枠組み）を有効活⽤し、我が国の持つ優位技術を踏まえた中⻑期スコープでの開拓分野や⽬標の設定、体制の構築に取り組む。
例えば、⾼度な MRO（Maintenance, Repair, Overhall）技術を開発する（健全性診断技
術、修理技術、ビッグデータ解析等）。
(2) 中期・⻑期的⽬標・ 関係機関と連携した国内外エンジン試験プロジェクトを実⾏し、微粒⼦検知技術、吸込み問題防御技術、ヘルスモニタリング技術、MRO 技術などについて、運⽤可能な
技術成熟度まで⾼める。
4.6.8.

効果・ エンジンの損傷や推⼒ロスイベントの解決による航空安全性の⾶躍的な向上
・ 運航会社のメンテナンスコストの削減
・ 優位技術の実⽤化によるエンジンメーカのシェア拡⼤

66

全体ビジョン

5.

全体ビジョン

全体ビジョンとして、⽬指す社会を念頭に基本⽅針、全体ロードマップを定める。さらに問題点の中から重点課題を定め、それに基づいた今後の⽬標を⽰す。
5.1.

⽬指す社会

航空機は⾼速・⼤容量の公共輸送機関として社会の中で重要な役割を果たしており、今後も運航数が増加することが予想され、その重要性はますます⾼くなると考えられる。航空機の安全性（耐空性）は⾮常に⾼いレベルで維持されているが、⼀⽅で、事故発⽣時には⼈的被害や経済的被害が⼤きくなる傾向にあることから、社会的なインパクトは⾮常に⼤きく、
安全性の⼀層の向上は重要な課題である。加えて、⽋航やダイバートを含む運航の乱れ等による運航効率低下も社会的なインパクトは⼤きい。増え続ける運航便数に対応するために、
航空機の運航効率を向上させることも重要な課題である。
航空機の安全性や効率性に影響を与える要因は数多く存在し、運航の安全性と効率性は表裏⼀体の関係にあるように⾒える。しかしながら、安全性と効率性は決して⼆律背反と捉えることなく、安全性と効率性の⾼さを両⽴した航空機運航を実現する社会を⽬指す。
5.2.

基本⽅針

我が国の航空機関連産業の競争⼒強化の源泉とするためにも、コンソーシアムメンバー
を含むオールジャパン体制でコアとなる技術の研究開発を進めることを前提とし、世界に先駆けた社会実装を⽬指す。
以下に現状について⽰した上で、研究開発の⽅針、ステークホルダのあり⽅を⽰す。
5.2.1.

現状の認識

航空機の安全運航を妨げたり運航効率を低下させたりする最⼤の要因の⼀つが気象である。運航に影響を及ぼす気象現象は、雪氷、雹、⾬、霧、⾵、雷、⽕⼭灰、宇宙線と多岐に渡っている。これらの気象現象は、コントロールすることが不可能であるとともに広いエリアで出現するものもあり、航空機運航への影響も⼤きい。加えて⽇本周辺では世界的に⾒ても厳しい気象条件であることが知られており、⽇本の運航会社にとっても脅威となっている。
従来、特殊気象から航空機を守るために、軽度な特殊気象に対しては設計（防除氷装置や被雷対策等）により防御し、過酷な特殊気象に対しては事前の観測（地上の気象レーダや先に通過した機体のパイロット報告）により回避する⽅法が採られてきた。しかし、過酷な特
殊気象は短時間で刻々状況変化することから、観測及び情報伝達が間に合わず事故が発⽣している現状がある。
67

全体ビジョン

5.2.2.

研究開発の⽅針

気象現象には、航空機に甚⼤な影響を及ぼすものから軽微な影響で済むものまで、さまざまな強度のものが存在する。すべての気象環境から航空機を防御することは、安全性としては⾼いが効率性が⾼くなるとは⾔えず、現実的ではない。航空機の安全運航に⼤きな影響を与える過酷な特殊気象から航空機を守り、⾼い安全性と効率性を両⽴するためには、機体設計の防御レベルを上げるだけでは限界があり、いくつかの対策技術を組み合わせる必要がある（Fig.5.1）。そこで以下の、検知・予測・防御に関するイノベーティブな技術の研究開発を実施する。
① 検知技術（特殊気象を迅速に検知する技術）② 予測技術（特殊気象を事前に予測して回避する技術）③ 防御技術（機体設計防御、HF（Human Factor）防御により機体の防御レベルを格段に⾼める技術）

Fig.5.1 技術の組み合わせ
これらの技術のうち HF（Human Factor）以外の気象に関係する技術を WEATHER-Eye（Weather Endurance Aircraft Technology to Hold, Evade and Recover by Eye：気象影響防御技術）と総称する。必要な要素技術の⼀覧を Fig.5.2 に⽰す。

68

全体ビジョン

Fig.5.2 WEATHER-Eye の要素技術

69

全体ビジョン

5.2.3.

ステークホルダのあり⽅

従来のステークホルダの関係（Fig.2.1）において、運航会社・メーカ・⼤学・研究機関はそれぞれ特定の相⼿とのみの関係に終始していた。イノベーティブな技術の研究開発にあたり、ニーズの共有を図り、新しい共同研究等を実施し、研究開発を効率的に進めるために、
運航会社・メーカ・⼤学・研究機関がコンソーシアムを結成する（Fig.5.3）。

コンソーシアム
ニーズ

研究機関

航空機メーカ

共同研究等

製品提供

型式認定

共同研究
（基礎研究）

共同研究等

⼤学

製品提供

共同研究等

メーカ

認証機関
装備品等
認定

ニーズの共有/共同研究等

Fig.5.3 ステークホルダとコンソーシアム

70

運航会社

運航/整備承認

全体ビジョン

5.3.

全体ロードマップ

WEATHER-Eye の全体ロードマップを設定する。設定の基準とする TRL（Technology
Readiness Level：技術成熟度レベル）の定義を⽰し、TRL に基づいて全体ロードマップを⽰す。
なお全体ロードマップは、WEATHER-Eye 全体的なおおよその⽬安であり、個別技術の⽬
標は別途定める。
5.3.1.

TRLTRL は、技術の成熟性や有⽤性の指標で、さまざまなプロジェクトにおいて使われている指標である。TRL を Table 5.1 に⽰す。
Table 5.1 TRL
TRL
1Basic principles observed and reported

2

Technology concept and/or application formulated

3

Analytical and experimental critical function and/or characteristic proof-of concept

4Component/subsystem validation in laboratory environment

5

System/subsystem/component validation in relevant environment

6

System/subsystem model or prototyping demonstration in a relevant end-to-end
environment

7

System/subsystem model or prototyping demonstration in a relevant end-to-end
environment

8

Actual system completed and "mission qualified" through test and demonstration in an
operational environment

9Actual system "mission proven" through successful mission operations

71

全体ビジョン

5.3.2.

ロードマップWEATHER-Eye の実⽤化に向けては、技術開発だけでなく、ステークホルダとの調整を⾏いつつ、さまざまな基準や規定への適合性を満⾜しなければならない。そこで TRL に応じて、技術開発フェーズ、技術実証フェーズ、社会実装フェーズに分け、実⽤化に向けた
ステップアップを図る（Fig.5.4）。
(1) 技術開発フェーズ
要素技術研究を⾏い、地上（実験室等）で基礎的な機能の実証を⾏う（TRL1〜4 に相当）。
(2) 技術実証フェーズ
開発した技術を実験⽤航空機や実験⽤エンジンに搭載して技術実証を⾏う（TRL5〜
TRL6 に相当）。さらに無⼈機等で実環境・実運⽤に近い形での実証を⾏う（TRL7 に相当）。
(3) 社会実証フェーズ
技術実証フェーズで安全性が確認された後に、運航会社等の 1 機に搭載し試験運⽤を実施する。または実際の地上インフラに適⽤を開始する（TRL8〜9 に相当）。

Fig.5.4 全体ロードマップ

72

全体ビジョン

5.4.

重点課題

航空機運航に影響を与える問題は多岐にわたっている。そこで、WEATHER-Eye の研究開発において優先順位を定めるために、重点課題を絞り込む。
5.4.1.

影響度評価

問題点リスト（Table 1.1）に挙げた各問題点に対し、頻度、被害規模（経済性、安全性）に関して整理し、影響度（経済性、安全性）を評価する。頻度については Table 5.2に、被害規模については、経済性と安全性の観点から Table 5.3 および Table 5.4 の分類としている。
Table 5.2

頻度

頻度

Table 5.3

1

20 年に 1 回以上

2

10 年に 1 回以上

3

年に 1 回以上

4

⽉に 1 回以上

5

週に 1 回以上
Table 5.4

被害規模（経済性）

被害規模（経済性）
1

遅延（着陸復⾏、空中待機被害規模（安全性）

被害規模（安全性）
1

不具合（IFSD: In-Flight Shut Down 等の等含む）

ように安全には影響するが乗員・乗客に2

⻑時間の遅延は特に影響しない事象）

3

⽋航、引き返し、ダイバー

2

不具合（急減圧等のように安全に影響す
ると共に乗員・乗客にも影響する事象）

ト、航空機地上滞留等
3

乗員・乗客：重症・死亡

影響度の評価にあたっては、頻度や被害規模（経済性）、被害規模（安全性）の分類や重みについては絶対的なものが存在しないため、定量的には検討の余地を残すものの、定性的に妥当であると考えられる設定としている。影響度については、⼀般的に⽤いられている加算法（頻度＋被害規模）および積算法（被害×被害規模）の両⽅で計算し、点数化した。
5.4.2.

重要な問題点の抽出

被害規模（経済性）・被害規模（安全性）と加算法・積算法を組み合わせて算出された 4
種類の影響度について、影響度ごとに点数が⾼い順に 5 位までを選定した。4 種類の影響
73

全体ビジョン

度については、その重要度に差をつけることはできないため、4 種類の影響度のうち⼀つ
でも 5 位以内に⼊っている問題点を優先して解決すべき重要なものとして選定した。その結果、9 つの重要な問題点が抽出された（Table 5.5）。
Table 5.5 重要な問題点
現象
1

滑⾛路上の雪氷

発⽣する問題⽬的地変更、⽋航、すべり、オーバーラン等

2

氷晶吸い込みセンサ誤作動、推⼒低下等3

過冷却⽔滴吸い込み

推⼒低下、エンジン内部損
傷等

4

機体着氷

揚⼒低下、視界不良、燃料消費増加、氷塊落下等

5

被雷

構造損傷、装備品作動停⽌
等

6

乱気流遭遇

機体制御性低下、機体損傷
等

78

低層ウィンドシア遭

機体制御性低下、機体損傷

遇

等

霧への遭遇

遅延、⽬的地変更、⽋航、
滑⾛路逸脱等9
5.4.3.

宇宙線

装備品作動停⽌等

重点課題

第４章に⽰した個別課題の分析と照らし合わせて、問題解決に向けた研究開発の⽅針と重点課題を以下に⽰す。
(1) 滑⾛路上の雪氷
滑⾛路上の雪氷状態をリアルタイムで検知するとともに、空港周りの降雪気象予測を⾏うことで積雪状態を予測する。これらの情報から路⾯摩擦を推定し航空機の離着陸に必要な滑⾛路⻑を精度良く算出することで適切な運航を⽀援し、運航効率の向上およびオーバーラン事故の防⽌を図る。
(2) 氷晶吸い込み
氷晶の存在する気象状態を事前に検知・予測し、航空機にとってリスクが⾼い場合は事前に回避する。⼀⽅で氷晶吸い込みに対し、エンジン内部の着氷を低減させるとともに、エンジン内部の着氷状態を検知して推⼒制御等により推⼒低下を防ぐ。
74

全体ビジョン

(3) 過冷却⽔滴吸い込み
着氷気象状態を事前に検知・予測し、航空機にとってリスクが⾼い場合は事前に回避する。⼀⽅で、エンジン内部の着氷を低減させるとともに、エンジン内部の着氷状態を検知
して推⼒制御等により推⼒低下を防ぐ。
(4) 機体着氷
着氷気象状態を事前に検知・予測し、航空機にとってリスクが⾼い場合は事前に回避する。⼀⽅で、機体への着氷を低減させることで防除氷にかかる燃料消費を低減する。また着氷をリアルタイムで検知することで適切な離陸判断を⽀援し運航効率向上を図る。
(5) 被雷
雷気象状態を事前に検知・予測し、被雷リスクを推定する。被雷リスクが⾼い場合は回避する。⼀⽅で、被雷による損傷を検知できる技術により整備効率を向上させるとともに、被雷による損傷を低減できる構造・材料を開発し、被雷損傷リスクを下げる。
(6) 乱気流遭遇
乱気流気象状態を事前に検知・予測し、航空機にとってリスクが⾼い場合は事前に回避する。⼀⽅で、検知した乱気流情報を基に機体を制御することで機体制御性の向上を図る。
(7) 低層ウィンドシア遭遇
低層のウィンドシアをリアルタイムで検知・予測し、それらの情報を伝達することで、運航効率の向上を図る。
(8) 霧への遭遇
CAT-III 運航の適⽤範囲を拡⼤し、霧による低視界中でも離発着が可能とする。
(9) 宇宙線
個々の装備品において電磁波の影響を低減する。
上記を、検知・予測・防御技術のそれぞれに分類したものを Table 5.6 に⽰す。

75

全体ビジョン

Table 5.6

重点課題リスト

現象
1

2

3

4

5

6

7

76

滑⾛路上の雪氷

重点課題
検知

積雪状態検知予測

積雪状態予測予測

路⾯摩擦推定検知

氷晶気象状態検知

検知

エンジン着氷検知

予測

エンジン着氷予測予測

氷晶気象状態予測

防御

エンジン着氷低減

防御

エンジン推⼒制御検知

着氷気象状態検知

検知

エンジン着氷検知

予測

エンジン着氷予測

予測

着氷気象状態予測

防御

エンジン着氷低減

防御

エンジン推⼒制御検知

着氷気象状態検知

検知

機体着氷検知予測

着氷気象状態予測

防御

機体着氷低減検知

雷気象状態検知検知

被雷損傷検知予測

雷気象状態予測

予測

被雷リスク推定

防御

被雷損傷低減

検知

乱気流検知

予測

乱気流予測

防御

機体制御

低層ウィンドシア遭

検知

ウィンドシア検知遇

予測

ウィンドシア予測

防御

機体制御

氷晶吸い込み過冷却⽔滴吸い込み

機体着氷

被雷

乱気流遭遇

8

霧への遭遇

---

9

宇宙線

防御

宇宙線影響低減

全体ビジョン

5.5.

⽬標

⽬標設定の範囲・考え⽅を⽰し、これに基づいて短期的⽬標・中期的⽬標・⻑期的⽬標を定める。
5.5.1.

⽬標設定の範囲

重点課題（5.4.3 節）のうち、WEATHER-Eye として研究に着⼿し現在の研究開発レベルが明確になっている、下記の課題を⽬標設定の範囲とする。
(1) 滑⾛路上の雪氷(2) 氷晶吸い込み(3) 過冷却⽔滴吸い込み(4) 機体着氷(5) 被雷なお、下記については、既に別の計画にて⽬標が定められているか、まだ研究に着⼿できていないことから暫定的に本ビジョンでの⽬標設定の範囲外とする。
(6) 乱気流遭遇(7) 低層ウィンドシア遭遇(8) 霧への遭遇(9) 宇宙線
5.5.2.

⽬標設定の考え⽅

検知、予測、防御の各技術（5.4.3 節 Table 5.6）を⽬標設定の対象とし、TRL6 の機能実証レベルを研究開発の⽬標とする。基本的に予測技術は検知ができることが前提となるため、検知および防御技術の技術開発を短期〜中期で進め、予測技術を中期〜⻑期で進める。
4 章の個別課題の分析に基づいた現在の研究開発レベルを加味した上で、⽬標達成の時期
を短期（〜5 年程度）、中期（5〜10 年程度）、⻑期（10〜15 年程度）に分類する。

77

全体ビジョン

5.5.3.

短期的⽬標（〜5 年程度）

短期（〜5 年程度）の⽬標を定める課題を以下に⽰す。
・ 積雪状態検知（滑⾛路上の雪氷：検知技術）

・ 雷気象状態検知（被雷：検知技術）

・ 機体着氷低減（機体着氷：防御技術）

5.5.4.

中期的⽬標（5〜10 年程度）

中期（5〜10 年程度）の⽬標を定める課題を以下に⽰す。
・ 氷晶気象状態検知（氷晶吸い込み：検知技術）

・ 着氷気象状態検知（過冷却⽔滴吸い込み・機体着氷：検知技術）

・ 機体着氷検知（機体着氷：検知技術）

・ エンジン着氷検知（氷晶吸い込み・過冷却⽔滴吸い込み：検知技術）

・ 被雷損傷検知（被雷：検知技術）・ 積雪状態予測（滑⾛路上の雪氷：予測技術）

・ 路⾯摩擦推定（滑⾛路上の雪氷：予測技術）

・ エンジン着氷予測（氷晶吸い込み・過冷却⽔滴吸い込み：予測技術）

・ 雷気象状態予測（被雷：予測技術）

・ 被雷損傷低減（被雷：防御技術）5.5.5.

⻑期的⽬標（10〜15 年程度）

⻑期（10〜15 年程度）の⽬標を定める課題を以下に⽰す。
・ 氷晶気象状態予測（氷晶吸い込み：予測技術）

・ 着氷気象状態予測（過冷却⽔滴吸い込み・機体着氷：予測技術）

・ 被雷リスク推定（被雷：予測技術）

・ エンジン着氷低減（氷晶吸い込み・過冷却⽔滴吸い込み：防御技術）

・ エンジン推⼒制御（氷晶吸い込み・過冷却⽔滴吸い込み：防御技術）

78

おわりに

おわりに

航空機運航における、現在の状況と問題、問題の解決に向けて考慮すべき事項、世界および⽇本の研究開発の動向について⽰した。さらに現在研究開発を進めている気象影響防御
技術の個別課題について概要を⽰した。
全体ビジョンを定めるにあたり、まず⽬指す社会とビジョンの基本⽅針について⽰した。
次に、気象に対する航空機運航の問題点を洗い出し整理した上で重点課題を抽出した。最後に、研究開発の流れに現在の技術レベルを加味した上で⽬標を決定することで、ビジョンを
作成した。

79

参考⽂献

参考⽂献

1 章 現在の状況と問題
1.1)

IATA Safety Report 2015

1.2)（公財）航空機国際共同開発促進基⾦, “航空機の冬期運航における課題と解決に向けた研究の取り組み”, 解説概要 26-1, 2015

1.3)

国⼟交通省東京航空局, “管内空港分布図”, 国⼟交通省東京航空局 HP,
http://www.cab.mlit.go.jp/tcab/conditions/01.html

1.4)

⽇本航空機開発協会, “平成 27 年度版⺠間航空機関連データ集”, YGR-0191, 2016.3

2 章 問題の解決に向けて考慮すべき事項なし
3 章 研究開発の動向
3.1)

FAA, “Aviation WEATHER Research Program”,
https://www.faa.gov/nextgen/programs/weather/awrp/

3.2)

Optics-project, “OPTICS”,
http://www.optics-project.eu/wp-content/uploads/2016/04/03_EASA-OPTICS_Aviationsafety-research-programmes-calls_Illana_130416.pdf

3.3)

JEDI-ACE, “JEDI-ACE”, http://www.jediace.net

3.4)

経済産業省, “航空機⽤先進システム基盤技術開発（耐雷帯電特性解析技術開発）”

4 章 個別課題の分析
4.2 節

機体着氷に関する課題

4.2.1)

M.Farzaneh, “Atmospheric Icing of Power Networks”, Springer Science+Business Media
Inc., P.2（1992）

4.2.2)

http://www.asias.faa.gov/aviation_studies/weather_study/studyindex.html, accessed 201111-26

4.2.3)

NASA Glenn Research Center, ”GRC ImageNet”, C1999-1554,
http://grcimagenet.grc.nasa.gov/home/scr_main.cfm

4.2.4)

NASA Glenn Research Center, “GRC ImageNet”, C1984-6338,
http://grcimagenet.grc.nasa.gov/home/scr_main.cfm

4.2.5)

NASA Glenn Research Center, “GRC ImageNet”, C1983-1450,
http://grcimagenet.grc.nasa.gov/home/scr_main.cfm

4.2.6)
80

The Boeing Company, “Safe Winter Operations”, AERO Quarterly, QTR_04.10,

参考⽂献（2010）
4.2.7)

⽇本航空宇宙⼯業会, “⾰新航空機技術開発に関する研究調査”, No.6311,（1989）

4.2.8)

D.T. Bowden, A.E. Gensemer and C.A. Skeen, “Engineering Summary of Airframe Icing
Technical Data”, FAA Technical Report ADS-4,（1964）

4.2.9)Air Safety Foundation, “Aircraft Deicing and Anti-icing Equipment”, WeatherNo.2,
Aircraft Owners and Pilots Association（AOPA）,（2004）

4.2.10) United States Environmental Protection Agency, “Source Water Protection Practices
Bulletin”（2010）
4.2.11) The Air Transport Association of America
4.2.12) NASA Glenn Research Center, “Wind Tunnel”,
http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/tunnel1.html
4.2.13) Cox & Company,Inc., “Spray Bars”, http://www.coxandco.com/news/20110803.html
4.2.14) NASA Glenn Research Center, “ Icing Research Tunnel”,
http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_464.html
4.3節

滑⾛路雪氷に関する課題

4.3.1)

井川寬隆,神⽥淳, “航空機の雪氷滑⾛路摩擦係数研究の⽅向性について”, JAXARM-06-001, 2006.9

4.3.2)

Boeing, “Runway Situation Awareness Tools （RSAT）”, 2014

4.3.3)ICAO, “Runway Surface Condition Assessment, Measurement and Reporting”, Cir329

4.4 節

雷気象に関する課題

4.4.1)

V. A. Rakov and M. A. Uman, “Lightning: physics and effects,” Third edition, Cambridge
University Press, 2005.

4.4.2)SAE International, “ARP5412B”, 2013.1

4.4.3)

北川信⼀郎，“⼤気電気学”，東海⼤学出版会，1996．

4.4.4)

笠原真吾，“雷ナウキャストにおける雷の解析・予測技術と利⽤⽅法”，測候時報，78.3，2011．

4.4.5)

Y.L. Lin, “Mesoscale Dynamics,” Cambridge University Press, 2007.

4.4.6)

Allan, S., DeLaura, R., Martin, B., Clark, D., and Gross, C., “Advanced Terminal Weather
Products Demonstration in New York,” 11th Conference on Aviation, Range, and Aerospace
Meteorology (ARAM), Hyannis, MA, Amer. Meteor. Soc., 2004.

4.4.7)

DLR, “The DLR Project Wetter & Fliegen (Weather and Flying),” 2012.

4.4.8)

Rockwell Collins, “WXR-2100 MultiScan ThreatTrack weather radar,” 2014.

4.4.9)

航空⾃衛隊⼩松基地気象隊，“LiDAS（地上⽤雷電探知装置）”，2003．

4.5 節

対被雷に関する課題

4.5.1)

三菱航空機株式会社, “炭素繊維複合材耐雷技術開発の概要について”, 第 1 回炭素
繊維複合材関係技術開発事業 評価検討会 資料 4-2, 平成 21 年
81

参考⽂献

4.5.2)

横関智弘他, “導電性⾼分⼦を⽤いた CFRP の特性評価”, 第 6 回⽇本複合材料会議,
4-6, March, 2015.

4.5.3)

Powder coating: Types & Applications, HEF 社プレゼン資料

4.5.4)

Niles Internationals HP, http://www.nilesexpandedmetals.com/advanced-composites

4.5.5)

easyJet partners with BRL to apply latest, cutting-edge technology for first time in aviation,
http://www.bristol.ac.uk/news/2014/may/easyjet.html

4.6 節

エンジンの特殊気象に関する課題

4.6.1)

Grindle and Burcham “Engine Damage to a NASA DC-8-72 Airplane From a High-Altitude
Encounter With a Diffuse Volcanic Ash Cloud,” NASA, Report No. NASA/TM-2003212030., 2003.

4.6.2)

Davison, C.R. and Rutke, T. "Assessment and Characterization of Volcanic Ash Threat toGas Turbine Engine Performance" Journal of Engineering for Gas Turbines and Power,
Vol.36, 081201., 2014.

4.6.3)

https://en.wikipedia.org/wiki/KLM_Flight_867

4.6.4)

Venti, M., et al., “Vehicle Integrated Propulsion Research （ VIPR ） III Volcanic Ash
Environment（VAE）Preliminary Visual and Teardown Observations”, DFRC-E-DAATN30644, 2016.

4.6.5)

Song, W., et al., “Volcanic ash melting under conditions relevant to ash turbine interactions”,
Nature communications, DOI: 10.1038/ncomms10795., 2016

4.6.6)

Mason, J., “Engine power loss in ice crystal conditions”, AERO QUATERLY,
http://www.boeing.com/commercial/aeromagazine/articles/qtr_4_07/article_03_1.html,
2007.

4.6.7)

Mason, J., et al., “The ice particle threat to engines in flight”, AIAA2006-206, 2006.

4.6.8)

Fisher, J., “Aircraft turbine engine icing”, SAE International Aircraft Icing Conference,
2011.

4.6.9)

Bureauof

Meteorology, AustralianGovernment,

"High

Ice

Water

Content",

http://www.bom.gov.au/aviation/knowledge-centre/ , 2015.
4.6.10) Clarkson, R., “Volcanic Ash and Aircraft Engines”, BATA Volcanic Ash Workshop 2013.
http://www.bata.uk.com/wp-content/uploads/2013/10/Ash-5-Rory-Clarkson.pdf, 2013
4.6.11) Clarkson, R., “Ash deposition and what damage this can cause the engine”, IMechE: In
Flight Ash Cloud Detection, 13 April 2016.
4.6.12) Prata et al., “Artificial cloud test confirms volcanic ash detection using infrared spectral
imaging”, Scientific Reports, 6: 25620, 2016.
4.6.13) Ratvasky, T., “High Ice Water Content Flight Campaign”, 2011 Annual technical meeting,
St. Louis, MO., May 10-12, 2011

82

参考⽂献

5 章 全体ビジョン
5.1)

John C. Mankins, “TECHNOLOGY READINESS LEVELS”, A WHITE PAPER, 1996.4.6
以上83