開発した技術を実際に飛ばして確かめる JAXA の飛行実証試験 JAXA の飛行実証試験風洞や CFD の技術が進んでも飛行実証は必須実験用航空機による飛行実証はなぜ必要なのでしょうか航空機は空という未知の要素が多い環境開発した技術を実際に飛ばして確かめるを飛ぶため航空機に適用される

Size: px

Start display at page:

Download "開発した技術を実際に飛ばして確かめる JAXA の飛行実証試験 JAXA の飛行実証試験風洞や CFD の技術が進んでも飛行実証は必須実験用航空機による飛行実証はなぜ必要なのでしょうか航空機は空という未知の要素が多い環境開発した技術を実際に飛ばして確かめるを飛ぶため航空機に適用される"

きよはるあいしま
5 years ago
Views:

1 Kármán line FLIGHT PATH TOPICS

開発した技術を実際に飛ばして確かめる JAXA の飛行実証試験 JAXA の飛行実証試験風洞や CFD の技術が進んでも飛行実証は必須実験用航空機による飛行実証はなぜ必要なのでしょうか航空機は空という未知の要素が多い環境開発した技術を実際に飛ばして確かめるを飛ぶため航空機に適用される新しい技術は実際に飛んでいる状況で評価確認しなければ設計者にも社会にも受け入れられません

によるシミュレーション技術が進んでも飛行実証の必要性はなくなりません飛行実証でどのようなことを確認するのですかまず開発した技術をそれが実際に使われる環境で確認するということがあります地上の試験ではうまくいっても実際に飛ばしてみると違う結果が出てくることがあります時々刻々と変化する飛行環境飛行状態の中においてパイロットの操縦なども含めてシステム全体として確認することも

パイロットを含めた飛行システム全体を評価する必要があるので飛行実証に参加する JAXAのパイロットも重要な研究チームの一員です世の中のニーズに応えるため導入された JAXA の実験用航空機 JAXAの実験用航空機について伺います最初に導入されたのはクイーンエアというプロペラ機ですね 1962 年のことです当時は戦後の日本れいめいにおける航空機開発の黎明期で

実験機の飛行特性を変えることができるようになり飛行制御の試験応答を変えた時の飛行試験やパイロットによる操縦性評価などの試験ができるようになりました飛行特性を変えることができる機能を活かして航空機の事故を検証するための模擬飛行を行い事故機に発生した状況認識把握の検証にも使われましたこの V S R Aを発展させインフライトシミュレータ 2

2 開発した技術を実際に飛ばして確かめる JAXA の飛行実証試験 JAXA の飛行実証試験風洞や CFD の技術が進んでも飛行実証は必須実験用航空機による飛行実証はなぜ必要なのでしょうか航空機は空という未知の要素が多い環境開発した技術を実際に飛ばして確かめるを飛ぶため航空機に適用される新しい技術は実際に飛んでいる状況で評価確認しなければ設計者にも社会にも受け入れられませんつまり航空機に関する多くの技術は飛行実証というプロセスを経なければ実際に使う段階に進めないのです航空機の技術開発にあたっては地上でいろいろな試験をしますが速度気圧温度天候や風の向き強さなど飛行中のさまざまな条件の全てを地上で再現することには限界があります実際の環境の中で飛行して技術を確かめることが重要で必須といえますですから風洞技術やCFD( 数値流体力学 ) によるシミュレーション技術が進んでも飛行実証の必要性はなくなりません飛行実証でどのようなことを確認するのですかまず開発した技術をそれが実際に使われる環境で確認するということがあります地上の試験ではうまくいっても実際に飛ばしてみると違う結果が出てくることがあります時々刻々と変化する飛行環境飛行状態の中においてパイロットの操縦なども含めてシステム全体として確認することも飛行実証では重要な観点なのです私たちは飛行システムという場合そこには航空機だけでなくパイロットや場合によっては空港や地上設備までも含めて考えています安全に飛行しながら飛行試験に求められる飛行条件や操縦を実現するにはパイロットとの関係も重要です私たちは飛行試験の計画を立てるところから JAXAのパイロットと相談しながら進めていますパイロットを含めた飛行システム全体を評価する必要があるので飛行実証に参加する JAXAのパイロットも重要な研究チームの一員です世の中のニーズに応えるため導入された JAXA の実験用航空機 JAXAの実験用航空機について伺います最初に導入されたのはクイーンエアというプロペラ機ですね 1962 年のことです当時は戦後の日本れいめいにおける航空機開発の黎明期で飛行試験の方法自体を研究することが目的でしたその他防氷装置や飛行荷重に関する研究も行いました最初は各実験で使用する搭載計測機器のための電源が取れるように追加装備工事がなされましたさらに飛行中の荷重の計測器や高度速度等を記録するフライトレコーダーなどが取り付けられましたさらにこの機体は可変安定応答実験機 (VSRA 1 ) に大改修されましたこれによって実験機の飛行特性を変えることができるようになり飛行制御の試験応答を変えた時の飛行試験やパイロットによる操縦性評価などの試験ができるようになりました飛行特性を変えることができる機能を活かして航空機の事故を検証するための模擬飛行を行い事故機に発生した状況認識把握の検証にも使われましたこの V S R Aを発展させインフライトシミュレータ 2 という機能を継承して現在も使われている機体がプロペラ機 Do 型 MuPAL-α ですインフライトシミュレータの機能を使うと検討段階や設計段階のまだ存在していない航空機の飛行特性や操縦性を検討できるようになりますこの機能を用いて耐故障飛行制御の試験なども行いました機体が故障した時例えば舵面が壊れた時の飛行を模擬させつつ飛行をサポートする技術の効果を調べる試験です大学との共同研究を進め現在は日欧の共同研究に発展していますまた導入当時インフライトシミュレータ機能が搭載され MuPAL-α と愛称が付く前のことですが GPSの利用が広がり始めた頃で GPSを用いる航法装置の実験もこの実験用航空機の初期の大事なミッションでしたこの航法装置は小型自動着陸実験 ALFLEX や高速飛行実証 HSFD に使われそして民間企業へ技術移転されましたこの他にも飛行安全環境適合技術の一つとして航空機の現在位置とこれから飛行すべき経路をコックピットのディスプレイ上に三次元的に表示するトンネルインザス MuPAL-α カイ 3 の開発にも MuPAL-αが使われましたこの技術は機体騒音低減技術の飛行実証 ( F フ QUROH) クロウプロジェクト 4 などの飛行試験においても使われています MuPAL-αはプロペラ機ですジェット機の時代になってもプロペラ機で調べることは多いのでしょうか速い速度を模擬することはできないのですが操縦に対する反応は小型機の方が速いので大型ジェット機のゆっくりした動きや着陸時を模擬することはできますプロペラ機の利点は身近ですぐ使える機体であるということです与圧されていないので改造しやすく扱いやすい運航費用も安く抑えられるジェット機が主流の世の中ですので最後はやはりジェット機でやらなければいけない課題が多くなっていますがプロペラ機でできることはまずプロペラ機でやるべきというのが私の考えです JAXAはその時代ごとにある世の中のニーズに応えるために実験用航空機を整備し必要な飛行試験を支援する技術を開発蓄積そしてさまざまな試験に活用してきたのですね JAXA 初の実験用ジェット機飛翔飛翔が導入された背景はどのようなものだったのですか今や航空機の多くはジェット機であり最新の技術を実証するにはジェット機で行うことが不可欠ですまた日本でも MRJというジェット旅客機の開発が始まりジェット機への適用を目指した技術研究が活発になってきましたプロペラ機では及ばない高高度高速な環境における飛行試験ニーズに対応するためにジェット機を導入したわ飛翔けです JAXAとして多用途の実験用航空機としては初めてのジェット機ですセスナ社 ( 現テキストロンアビエーション社 ) のビジネスジェット機サイテーションソブリンに各種の計測装置を搭載するなどの改造を加えて実験用航空機として仕上げるまでにはかなり苦労しました飛翔を使った試験について伺います最近ではFQUROHが大きな試験でしたフラップや主脚にデバイスを取り付けた機体を実際に飛ばし計測して騒音が低減していることを確認するというミッションでしたいろいろな飛行条件があり指定された速度で要求された経路を何回も正確に飛ぶことは難しかったのですがプロジェクトが必要としたデータが取得できたので役目は果たせたと思っているところです表面摩擦抵抗低減コーティング技術の飛行実証 (FINE) の成果はどうでしたか FINEは機体表面の摩擦抵抗を減らして燃費を改善するための研究開発でリブレットという細い溝を施す塗料を塗布しその表面の空気の流れを計測しますピトーレイクと呼ばれるくし形の集合型ピトー管をリブレット後方に配置して計測しました改造の箇所が多く慎重に準備を進めました飛行試験からリブレットの有効性が確認できました摩擦抵抗が減ることは実際に飛ばしてみないと分からないものだったのでしょうか航空機は風洞試験のような理想的な空気の流れの状態で飛んでいるわけでありません気流は思った方向ばかりではなくいろいろな乱れもありますそういった中できちんと効果が見られるかどうかを確認する必要があったのですまた抵抗が減るかどうかを確認するには速い速度が要求されジェット機の巡航速度でデータを取らなければなりませんでした光ファイバ分布センサによる航空機主翼構造モニタリング技術の飛行実証 (HOTALW) の飛行試験も進んでいますね HOTALWは光ファイバを使って飛行中 1:Variable Stability and Response Airplane の略 2:FLIGHT PATH No.6 参照 3,4:FLIGHT PATH No.14 参照

開発した技術を実際に飛ばして確かめる JAXA の飛行実証試験実験用ヘリコプター方乱気流にヘリコプターや小型飛行機が入ってしまった場合の影響について飛行シミュレータを用いて実験したことがあります実験用航空機と飛行シミュレータで役割分担をしながら進めていますヘリコプターの利用を広げるの主翼の歪みを計測しようという試験です

ヘリコプターは垂直離出ることもあるため飛行実証がやはり必要着陸や空中停止などのさまざまな飛び方がになります手法の異なる両データを突き合できて便利ですしかし災害救助などのためわせると面白い結果が出るかもしれませんに山間部を悪天候下あるいは夜間に飛行するには危険や困難が伴うなどの制約もあり

パイロット視覚情報支援技る前に三菱重工業株式会社と国産小型術 (SAVERH) 5 はパイロットがかぶるヘル旅客機の共同研究を行う中で MuPAL-αのメットのバイザーに赤外線カメラでとらえた画インフライトシミュレーション機能を使ってい像や地形データの情報などを映し出し視界ます最近では MRJの飛行試験にいろいろが十分でない場合でも安全に飛行できるよう協力しました

飛翔からの情報を三菱側が試藤井謙司飛行技術研究ユニット験実施の可否判断に活用していましたユニット長 JAXAの飛行試験設備としては実験用航空機以外に飛行シミュレータもありますね飛行試験を行う前に地上にある飛行シミュレータで事前に技術を確認することも重要ですまた飛行には適さないあるいは十分な安全が確保できない条件や環境での試験は飛行シミュレータの方が適しています以前

3 開発した技術を実際に飛ばして確かめる JAXA の飛行実証試験実験用ヘリコプター方乱気流にヘリコプターや小型飛行機が入ってしまった場合の影響について飛行シミュレータを用いて実験したことがあります実験用航空機と飛行シミュレータで役割分担をしながら進めていますヘリコプターの利用を広げるの主翼の歪みを計測しようという試験です JAXAがヘリコプターを導入した目飛翔では飛行中の主翼の変形を光学カメラ的は何ですかで計測する光学的主翼変形量計測とい日本ではヘリコプターの機数が多く航空う試験をしたことがあります実際の飛行中機全体の登録台数のうちおよそ 3 割をヘリには地上試験では想定していなかったさまコプターが占めますこの割合は海外と比べざまな影響もあり地上試験と異なる結果がると突出していますヘリコプターは垂直離出ることもあるため飛行実証がやはり必要着陸や空中停止などのさまざまな飛び方がになります手法の異なる両データを突き合できて便利ですしかし災害救助などのためわせると面白い結果が出るかもしれませんに山間部を悪天候下あるいは夜間に飛行するには危険や困難が伴うなどの制約もあり実験用航空機やヘリコプターの利用をさらに広めるためには地上シミュレータのこういった課題を解決しなければならないといさまざまな活用う面もあります JAXAの実験用ヘリコプター JAXAの実験用航空機は MRJの (BK117 C-2) による飛行実証はヘリコ開発でどのように使われましたかプターをより使いやすくすることが大きな目的古い話ではまだ MRJの開発が本格化すとなっていますパイロット視覚情報支援技る前に三菱重工業株式会社と国産小型術 (SAVERH) 5 はパイロットがかぶるヘル旅客機の共同研究を行う中で MuPAL-αのメットのバイザーに赤外線カメラでとらえた画インフライトシミュレーション機能を使ってい像や地形データの情報などを映し出し視界ます最近では MRJの飛行試験にいろいろが十分でない場合でも安全に飛行できるよう協力しました飛行試験に必要なテレメトリパイロットを支援するシステムですまたヘリコ装置などを共同で開発しそれを飛翔で飛行プターに適した計器飛行方式の研究もして試験して期待通りの機能性能があるかどういます JAXAのこうした研究は非常に大事か調べました M R Jの初飛行だけでなく試だと思っております験飛行の初期段階でも MRJが飛ぼうとしている空域をあらかじめ飛翔が飛んで気象条件を調べ飛翔からの情報を三菱側が試藤井謙司飛行技術研究ユニット験実施の可否判断に活用していましたユニット長 JAXAの飛行試験設備としては実験用航空機以外に飛行シミュレータもありますね飛行試験を行う前に地上にある飛行シミュレータで事前に技術を確認することも重要ですまた飛行には適さないあるいは十分な安全が確保できない条件や環境での試験は飛行シミュレータの方が適しています以前大型旅客機が飛行した後に生じる後航空機産業への貢献を目指す JAXAには風洞もCFDも飛行シミュレータもありさらに実験用航空機による飛行実証も行える全部がそろっていることに意味があるわけですねそうです JAXAのような研究機関の場合にはそれらのさまざまな設備の周りに研究者やパイロットなどが一緒にいて有機的に連動して試験分析評価できることが非常に大事です飛行試験では実飛行におけるデータが取れる一方で飛行時の環境条件におけるデータしか取れません狙った条件でのデータを得るという意味では風洞試験が良いですし CFDは細かい計算をたくさんこなせます風洞 CFDと役割分担をして飛行実証でしかできないことを行っていかなければと思っています JAXAにおける飛行実証は日本の航空機産業にとって非常に大事な意味があると思いますがいかがでしょうか実飛行環境による飛行試験とそこで得る実飛行データは航空機開発にとって不可欠なものです今後も時代のニーズに応じた飛行試験設備の整備や飛行試験技術の開発蓄積を新しい航空機技術の開発につなげ航空機産業の発展に貢献していきたいと思います JAXA のさまざまな飛行試験技術はこちらでご覧ください basic/flight/ する航空機のをする飛行性とは航空機の飛び方にするのであり飛行条件や入力応の関ですことができますえばあるで飛んでいて ( 条件 ) あるでをった ( 入力 ) 時にそのに応じて航空機がどういったタイミンでどの方にどれだけ動するのか ( 応 ) これらを計測分析した結果が飛行性となるのです JAXAでは飛行技術研究ユニットが実験用航空機の飛翔や MuPAL-α を使用して飛行性の研究を行っていますと動きの飛行性を調べる際にはえばにをりに側にさらににに 1 というようにいくつかのパターンにってしますスーを出したがンルをってもすがれないように航空機もの動きと航空機の動きにはタイムラがありますと応のれは機とによって異なり同じパターンですることによりの機の飛行性と比することができますまた航空機システム全体が象となる飛行性はやきなど機体の動きだけでなくンンのなども計測しますよりに飛行性を調べるには大量の飛行データが必要になりますしかし飛行性を調べるためだけのフライトをも実施することは実的ではありませんそのための飛行試験もめた実験用航空機の全フライトデータを取得しています ( 研究開発 ) 取得した大なデータの中から飛行性を解析するのに適したデータをび出し蓄積していますータをる飛行性は航空機開発から用までさまざまな場面に役てられます古くからの活用として設計の確認がげられます航空機を設計する際には初期段階でどのような飛行性をつかを想定し設計が進められます新しい航空機ができ上がってくるともともと想定していた飛行性をっているかどうか実際に飛行させて計測評価する試験技術がめられてきましたに間機では法的要件としてめられるど重要な試験となりますもし想定していた飛行性が確認できなければ設計を直し試験を行うことになります設計の直しと試験をりすことで航空機はと近いていくのですまた近は飛行試験で計測した飛行性のデータをさらに活用することがされていますこれはよりもに飛行性を計測分析することで飛行試験から得られた空力数などを風洞試験やCFDと比し風洞試験やCFDの結果をよりのいものにすることを狙ったものです飛翔の飛行性データとともに風洞試験とCFD の結果もそろいつつあるところです ( 研究開発 ) これら三つのデータを比していがあればそのいが生まれたが必ありますそれは計測方法かもしれませんし CFDのルリズムや前条件なのかもしれませんそれれのがデータのいを比しすることで風洞試験 CFD 解析飛行試験のをよりくできるはですさらに JAXAではこのえをし進め風洞試験 CFD 解析飛行試験が連して航空機設計の化化を目す合シミュレーションプラットフームというを中です風洞試験 CFD 解析飛行試験の連によって計測を上させていく取りみもその一つです航空機は要技術がにみ合わされたシステムです合シミュレーションプラットフームは風洞試験 CFD 解析飛行試験だけでなく今後はンン技術などもめたより多くの分を断して研究開発を進めるになっていくでしう飛行技術研究ユニット研究開発飛行性計測での入力と応のレーターの ( 上 ) によって機体のッ ( 中 ) および ( 下 ) が変化しているにッとで応にいがあることが重要風洞試験 CFD 解析飛行試験がに連し計測を上させる入力をレーター () に施した場合レーター () ッ () (α) 時 3 風洞試験 CFD 解析飛行試験におけると力数の計測結果三者のいから証がまる 5:FLIGHT PATH No.10 参照

リレーインタビュー第 15 回光の技術を航空宇宙分野で役立てたい次世代航空イノベーションハブ研究開発員橋本和樹 1991 年生まれ 2014 年 3 月東京大学理学部化学科卒業 2016 年 3 月東京大学大学院理学系研究科修士課程修了 2016 年宇宙航空研究開発機構入社大学では光学特にコヒーレントラマン分光法に関する研究に従事入社後雪氷滑走路技術に関する研究に従事

私は気象影響防御技術の中でも安全に離着陸できるかどうかを素早く判断するために滑走路上の雪や氷の状態を計測する雪氷モニタリングセンサーの光学センサーの研究をしています JAXA に入社したきっかけは何ですか大学ではずっと光学を専攻していましたが光学関係のメーカーで製品をつくりだすよりも光学そのものとは別の分野で世の中に貢献できるような研究をする方が自分に合っていると考えていましたそこで

とても面白く感じています雪氷モニタリングセンサーも積雪の状態を把握するためにレーザー光を使っているので大学で学んだ知識が活かせていると思います雪氷モニタリングセンサーの研究におけるやりがいは何ですか雪氷モニタリングセンサーの研究ではさまざまな分野の知識が必要になります例えば計測対象となる雪の特性を知らなければならないそのためには雪の専門家に話を聞かなくてはなりません

非常に面白いですね膨大なデータをコンピューターで分析分類判定することでデータの中から規則や法則判断基準などを見いだすこと雪氷モニタリングセンサーの図を説明する橋本和樹研究開発員今後どのような研究をしてみたいですか現在は雪氷モニタリングセンサーの研究で手いっぱいですが光学の知識を活かして航空分野の新しい技術開拓につなげられるような研究についても考えたいと思っています

6 リレーインタビュー第 15 回光の技術を航空宇宙分野で役立てたい次世代航空イノベーションハブ研究開発員橋本和樹 1991 年生まれ 2014 年 3 月東京大学理学部化学科卒業 2016 年 3 月東京大学大学院理学系研究科修士課程修了 2016 年宇宙航空研究開発機構入社大学では光学特にコヒーレントラマン分光法に関する研究に従事入社後雪氷滑走路技術に関する研究に従事次世代航空イノベーションハブが進める氷雪モニタリングセンサーの研究で光学系を担当する橋本和樹研究開発員に JAXAに入社したきっかけや現在取り組んでいる研究に対する思い今後の目標などについて聞きました現在の研究内容について教えてください私が所属している次世代航空イノベーションハブでは雪や氷雷といった航空機に影響を及ぼす特殊な気象に対応する気象影響防御技術の研究を行っています私は気象影響防御技術の中でも安全に離着陸できるかどうかを素早く判断するために滑走路上の雪や氷の状態を計測する雪氷モニタリングセンサーの光学センサーの研究をしています JAXA に入社したきっかけは何ですか大学ではずっと光学を専攻していましたが光学関係のメーカーで製品をつくりだすよりも光学そのものとは別の分野で世の中に貢献できるような研究をする方が自分に合っていると考えていましたそこで私がやっていた光の研究がそれまで全く関係がなかった航空や宇宙の分野で役立てば良いと思いJAXAを希望しました宇宙分野では光技術が使われていると知っていましたが航空技術部門に配属が決まった時点では航空分野でどのように光の技術が使われているのか思い付きませんでした配属後ドップラーライダーや燃焼の研究で使われる分光計測技術など光の技術が想像していたよりもたくさん使われていてとても面白く感じています雪氷モニタリングセンサーも積雪の状態を把握するためにレーザー光を使っているので大学で学んだ知識が活かせていると思います雪氷モニタリングセンサーの研究におけるやりがいは何ですか雪氷モニタリングセンサーの研究ではさまざまな分野の知識が必要になります例えば計測対象となる雪の特性を知らなければならないそのためには雪の専門家に話を聞かなくてはなりませんまた計測したデータは機械学習にかけていますがその際に機械学習やソフトウェア工学情報工学といった異分野の知識も必要になります大学で行った光の研究では自分一人だけでも実験装置を作るところから計測するまでの作業ができてしまうのですが現在はいろいろな研究者や大学研究機関と協力して進めています関わる人が増えるので調整は大変になりますがそれぞれの分野ごとに考え方も違えば習慣も違うので非常に面白いですね膨大なデータをコンピューターで分析分類判定することでデータの中から規則や法則判断基準などを見いだすこと雪氷モニタリングセンサーの図を説明する橋本和樹研究開発員今後どのような研究をしてみたいですか現在は雪氷モニタリングセンサーの研究で手いっぱいですが光学の知識を活かして航空分野の新しい技術開拓につなげられるような研究についても考えたいと思っていますまた航空分野以外の異分野を研究されている方々と横のつながり人脈を広げることができたら良いなと思っていますその点では現在所属している次世代航空イノベーションハブは最適な場所ですねこれから JAXA を目指す方々にメッセージをくださいこれは私の個人的な印象ですが JAXA 内でも航空技術部門の方々は研究者という感じが強いですね私は研究が好きなので研究者に囲まれたこの環境が好きですそして私もそうですが航空や宇宙ではない分野を専攻していても大丈夫と伝えたいですねイノベーションハブのような組織ができて航空宇宙以外の広い分野の研究でもきっと役に立つと思うのでぜひポジティブにとらえてチャレンジしてほしいと思います

7 Topic 1 Topic

ジェット飛行実験機の導入と今後の活用について

ジェット飛行実験機の導入と今後の活用について資料 2 平成 21 年 6 月 8 日第 29 回航空科学技術委員会ジェット飛行実験機の導入と今後の活用についてジェット飛行実験機 ( 以下ジェット FTB ) は航空機の飛行環境を再現し各種機器の飛行実証を行うための実験用ジェット機であり欧米各国の公的機関においても利活用が進んでいる今般ジェットFTBに対するニーズがわが国において高まっていることを踏まえ JAXAとしてジェットFTBを導入することとし機種及び定置場を決定したので報告する