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さやひのと
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初の超音速旅客機に多くの期待が寄せられたが環境適合性と経済性の問題から市場に受け入れられずわずか 16 機の量産で生産中止となり 2003 年には運航も中止となったコンコルドに先駆けて飛行した旧ソ連の Tu-144 も早々と運航を中止し米国を挙げて開発していたボーイング 2707 も環境問題や資金難から中止されてしまったそれ以降民間機については超音速機の開発は行われず

3 (座席数1. 事業の目的政策的位置付け 1-1. 事業の目的交通機関の歴史はすべて高速化による利便性の追求であるが航空機はその最先端を行くものであろう 1903 年に飛行したライト兄弟機以来設計製造技術の発達により大型化高速化を発展させてきたがレシプロエンジンからジェットエンジンに変わったことにより一段の飛躍をとげた中でも 1976 年の超音速輸送機コンコルド就航はそれまでの速度を一挙に 2 倍以上に引き上げる画期的なものであった初の超音速旅客機に多くの期待が寄せられたが環境適合性と経済性の問題から市場に受け入れられずわずか 16 機の量産で生産中止となり 2003 年には運航も中止となったコンコルドに先駆けて飛行した旧ソ連の Tu-144 も早々と運航を中止し米国を挙げて開発していたボーイング 2707 も環境問題や資金難から中止されてしまったそれ以降民間機については超音速機の開発は行われず亜音速領域での大型化と燃費向上による経済効率向上に力が注がれ高速化は停滞することになった近年 IT 技術の発達と共にメールでの連絡電話会議等が盛んになり直接会う必要性が薄れるとの指摘もあるしかしながら依然として直接対話は重要であり重要な議論ほどバーチャルには行えないまた現物を見て判断ということも重要性を増している従ってビジネスの世界でも航空機による移動が不要になると言うことはなく移動時間の短縮にこそ力を注ぐべきであろう超大型旅客機 A380が開発されたが大型化はほぼ上限に達した感があるまた最近では中型機による長距離直行便が増加する傾向にあり 15,000km 以上の航続距離で米国アジアを直行することも可能となっているしかしこのような十数時間におよぶ長時間飛行では乗客乗員の負担は相当大きいものになり高速化による旅行時間の短縮の必要性はいよいよ高まってきている体規模600 亜音速超大型ジェット機大型化長距離化今後の方向超高速化高マッハ数大型超音速機)300 プロペラ機機プロペラ機機200 ジェット機大型化超高速機 100 高速化飛行速度 ( マッハ数 ) ( 図 1-1-1) 航空機発達の今後の方向 3-A-1

4 これまでも平成元年から 13 年度まで実施された超音速輸送機開発調査において主にマッハ 2.2 の機体仕様 ( 米国ではマッハ 2.4 の機体 ) が検討され多くの技術的知見が得られたがマッハ 2 以上の次世代超音速輸送機実現にはまだまだ課題が多く欧米各国とも開発には結びつかなかったその理由は速度の増大とともにエンジン騒音の増加機体重量の増加燃料消費の悪化といった ( これらは相乗効果的に増大する ) コンコルドがクリアできなかったハードルが依然大きく立ちはだかっているためであるコンコルドがニューヨーク-パリロンドン間でしばらく運航を続けたがこれは政治的な妥協の産物であり現在同じ機体を作っても環境基準を満足することはできずまた低い経済性から購入するエアラインもないであろうしかしながら逆に言うと環境適合性と経済性さえ満足すれば高速機が販売できる可能性があるそこで本開発調査ではもう少し技術的に現実的な解としてマッハ 0.95 程度の遷音速からマッハ 2.0 未満の超音速までの速度域で飛行する機体の研究にシフトすることにより第 1 世代機の問題点を克服する次世代の超高速輸送機について市場性需要性等の調査各種技術開発を行って実用化の可能性を探ることが本事業の目的である 1-2. 政策的位置付け航空機は部品数だけでも十万点を越えハイテクの固まりと言われているが高性能性安全性高信頼性といった要求も他の分野と較べて非常に大きい特に民間航空機は商業機としての経済性を強く要求されそれが時として他の要求と相反するため非常な達成困難性を有する空力材料構造システムエンジンの全ての分野について統合的に技術向上を図らない限り競合機を凌駕する機体は開発できないが超高速機では亜音速機と較べて遙かに高度な技術が必要となるそのため航空機分野への導入シナリオでも装備技術エンジン要素技術材料構造技術と共に全機開発の中で超高速輸送機実用化開発調査が位置づけられている技術戦略マップでも超音速関連技術は開発必要技術として多く挙げられている空力技術と異なり構造や装備技術では超音速機に特有の技術は少ないが高性能安全高信頼でかつ経済性に優れた超高速機への技術的要求は亜音速機よりも更に高く同じ技術分野でもより高度な技術達成度が必要となる言い換えれば超高速機技術開発の過程で生まれた技術は超高速機への適用の前に亜音速機にも適用できるものが有るということである超高速機の実現にはまだ長い年月が必要であろうが亜音速機への波及も含めてきわめて有益である民間航空機の開発は近年リスク分散のためサイズを問わず共同開発が主流であるましてや超高速機のような先進技術と多大な開発費を必要とし事業リスクの高い機体開発ではより多くの国企業を巻き込んだ国際共同開発が必然であるしたがって我が国だけで超高速機を開発すると言うことは考えにくく国際共同開発となると思われるしかしながら従来技術では開発できない機体の開発に参画するには相当な技術レベルに無い限り難しいまたそれを可能とする要素技術だけで 3-A-2

なく独自の機体案をも確立しておかない限り主体的な参画は難しいであろう第一世代超音速機の開発で先行されているとはいえこの領域は各国とも未知の分野が多く後発の我が国にとっても技術的な強みを獲得することは不可能ではない ( 図 1-2-1) 技術戦略マップ航空機分野への導入シナリオなお本開発調査では国内の関連機関と密接な連携を持って研究を行っている空力関連研究では ( 独 )

5 なく独自の機体案をも確立しておかない限り主体的な参画は難しいであろう第一世代超音速機の開発で先行されているとはいえこの領域は各国とも未知の分野が多く後発の我が国にとっても技術的な強みを獲得することは不可能ではない ( 図 1-2-1) 技術戦略マップ航空機分野への導入シナリオなお本開発調査では国内の関連機関と密接な連携を持って研究を行っている空力関連研究では ( 独 ) 宇宙航空研究開発機構 (JAXA) と多くの共同研究を行っておりエンジン関連では超音速輸送機用推進システム技術研究組合 (ESPR) との間で機体要求に適合したエンジン仕様の検討等を行っているまたこれまでもボーイング社を始めとする国外関連機関との情報交換を行ってきたが平成 17 年度からは日仏航空宇宙工業会間で超音速機技術に関する共同研究の MOU が締結されたのを機に一部作業を EADS 社エアバス社との間で共同研究を行うこととなったコンコルドの経験を有するフランスとの情報交換は今後の調査に大きく貢献すると考えられる ( 図参照 ) 今後ともこれらの国内外の関連機関との協力をバランス良く実施しながら研究開発を続けることが重要と考える我が国航空機産業が基盤技術力を維持強化しさらにその安全性技術環境適合性技術軽量化技術インテグレーション技術低コスト化技術等による波及効果によって他産業分野も含め 3-A-3

6 た発展に寄与するため超高速機研究開発をその突破口とすることは我が国の産業政策に合致するものである平成 14 年度平成 15 年度平成 16 年度平成 17 年度平成 18 年度平成 19 年度平成 20 年度平成 21 年度平成 22 年度マッハ 0.98 機調査マッハ 1.6 機調査意見交換エンジン仕様検討超音速輸送機技術日仏研究協力空力技術等共同研究エンジン低騒音化技術超音速エンジン研究 (ESPR) 超音速機機体エンジン調査 (ESPR JAXA) 空力低騒音化技術小型超音速実験機研究 (JAXA) 静粛超音速技術研究開発 (JAXA) ソニッククルーザー /SST( ボーイング ) ( 図 1-2-2) 超高速輸送機実用化開発調査および関連するプログラム 1-3. 国の関与の必要性航空機産業は高速大量輸送を支える基幹産業であるとともに空力構造装備等の最先端システム技術を大量かつ高度にインテグレートする裾野の広いハイテク産業であることから高度な総合的技術力を有する国においてのみ成立が可能であるまた航空機は最も重要な防衛装備の一つで各国とも積極的な開発を行うとともにその高度技術情報開示に関しては厳格な秘密保持を行っているそのため必要な他国の先進技術情報を得ることは難しく独自技術の研究開発が必要不可欠であることからも航空機技術は直接間接に国の安全保障に直結する技術であると言えるさらに民間航空機開発は近年エアライン間の競争激化や環境制約の高まりなどを受け革新的技術による運航性経済性環境適合性等の向上を強く求められているその技術的困難性に加えいかに市場評価を徹底してもなおかつ変動する需要のもとで巨額の開発販売コスト長期の開発期間及び資金の回収期間を必要とし開発事業リスクが極めて高いという特徴があるこのため各国は航空機産業を戦略産業として位置付け積極的な支援を行っている欧米では冷戦崩壊後の軍事支出縮減傾向に伴い防衛依存度が低下する一方民需分野に 3-A-4

7 おける技術の更なる高度化機体開発費の高騰等を背景として企業体力技術開発力の強化を目指した大規模な合併や買収による企業統合に進展しているその結果中大型機分野では米国ボーイングと欧州エアバスの巨大メーカーが市場を2 分している状況であるまた小型機分野でも淘汰が進みカナダのボンバルディア及びブラジルのエンブラエルが急激に成長したこのようにメーカーの寡占化は進みつつあるが新たにロシア及び中国でも大きな国内需要をテコに新型旅客機開発に乗り出し一角に食い込むことを目指している我が国でも MRJ の開発により再び機体開発への参画を果たしつつあるが一方では市場の確保と開発リスクの分散から民間航空機開発は小型機といえども1 国 1 社では行えず国際共同開発が常識となっている高度な航空機設計製造技術をもってしなければとても競合機との競争に勝てないためパートナーとしてのプログラムへの参画にも経験に裏打ちされた高度な開発設計製造能力が必要とされている我が国はの国際共同開発や MRJ 開発および防需航空機の開発を通じて着実に実力を付けつつあるが今後の国際競争力を確保していくためには一層の技術基盤を確立していくことが急務である特に超音速機関連技術は各国とも自国技術の国際競争力保護のため援助を行うとともに他国には技術開示しない傾向がいよいよ強くなってきている将来必ず開始されるであろう超高速輸送機の開発のための我が国の技術力発言力を確保するため官民一体となって取り組むことが必要である 3-A-5

8 2. 研究開発目標 2-1. 研究開発目標前述したように航空機の発展は必然的にこれまでの大型化から高速性に向かうであろうしかしながらいかに高速機と雖も高額な運賃では利用者は限られた富裕者しかないコンコルドはファーストクラス正規運賃のさらに 30% 増しであった我々の目指す超高速輸送機はだれでも利用できるレベルの飛行機であるまた現在の民間航空機に対する要求はコンコルド時代とは較べものにならないくらい厳しくなっているエアライン間の競争激化により収益性は低下し淘汰が進んでいるその中で割り増し運賃を必要とする超高速機の需要を確保するには厳しい経済性の追求が必要であるまた騒音を始めとする環境規制値も年々高くなってきておりコンコルドのような例外規定は許されない状況である本開発調査は機体開発そのものが目的ではないが従来亜音速機より高い巡航速度と長い航続距離を有し環境に適合する超高速輸送機の実現可能性を探ることが研究開発目標である 2-2. 全体の目標設定超高速機は亜音速機の二倍の速度で飛行するため大きなエンジンが必要でありどうしても相対的に重く燃費が悪くなり同じ運賃は実現できないこれまで我々が行った国内外の主要エアライン調査では格安運賃を利用するツーリストではなくある程度の割り増し運賃を許容できるビジネス客が主体であろうとの前提であるが現状平均運賃 ( 正規運賃ではない ) の 1.3 倍程度なら良いだろうという意見が多かったもちろん飛行する路線により亜音速機との運賃比は変わってくるが平均で 1.3 倍の運賃倍率を達成する機体とすることを経済性目標とするこれが達成されれば相当数の需要が存在し亜音速機と両立して民間機として成立しうると考える経済性は民間機としての商品価値であるがもう一方の要求は法律上の要求である安全性や環境性があるこれを満足しないと機体の販売や運航は許可されない安全性は最も重要な要求であるが航空機として当然である超高速輸送機にとって最も厳しい要求となるのは環境適合性でありその中でも空港騒音基準であるコンコルドの轟音は有名であるが超高速機は大きなエンジンによる大推力を必要とするため離陸時の騒音は亜音速機と比較してかなり大きくなる騒音基準は国際民間航空機構 (ICAO) で決定されるものであり超高速機用の騒音基準はまだ存在しないがおそらく亜音速機並を求められることになるであろう経済性を受け入れるのは利用者であるが騒音は空港周辺住民であるしたがって環境適合性目標として亜音速機並の騒音基準を達成することとする 3-A-6

9 港騒音基準この2つの要求の前に安全性は最も重要な課題であるがこれは航空機一般の要求であり安全性を満足した上でという前提付きであるが更に亜音速機より困難性が高い経済性と環境性の2つを同時に満足出来ないかぎり超高速機は実現しない特に環境基準は法律でありわずかでも達成できなければ承認は降りない経済性も多少の幅はあるであろうがよほど経済情勢が好転しない限りこれ以上の運賃倍率はやはり許容されないであろう ( 図参照 ) これらを考慮し全体の目標を表 2-2-1に示すように設定した表全体の目標目標指標 ( 事後評価時点 ) 従来亜音速機より高い巡航速度を有ししかも環境性要求に適合し亜音速機と競合しうる経済性を有する超高速機の実現可能性を明確化する目標指標 ( 中間評価時点 ) 国内外の航空会社の意見等を聴取し市場に受け入れられる機体仕様要求案を策定するまた将来技術レベルを考慮した機体仕様案すなわち目標機体案を策定する設定理由根拠等要素研究に対しての目標を示すため及び将来の国際共同開発に対し主導的な立場で参画するための独自の機体案を確立する必要がある将来超高速機を実用化するた目標機体を成立させうる要素技めに必要と考えられる空力設計術の研究開発を行い本格研究技術軽量低コスト構造設計製開発に向け実現可能性と実現へ造技術の向上と実現への問題点の問題点さらなる開発課題を検を検討する討する必要があるコンコルド ICAO 騒音基準 Chapter 4? 20dB 以上の騒音低減必要現状平均運賃の 1.3 倍程度を目標空次世代 SST 亜音速機並み平均運賃倍率 ( 図 2-2-1) 超高速機の達成目標 ( 経済性と環境性 ) 3-A-7

10 2-3. 個別要素技術の目標設定前項で掲げた経済性と環境性の目標は一般的に言ってお互いに相反する要求である俗に音の壁と言うように音速付近での急激な空気抵抗の増大のため超音速機では亜音速機より大きなエンジンを必要とするそのため燃費は悪化し燃料搭載量が増加しさらに抵抗減少の為に後退角が大きく薄い主翼を用いるため構造重量が増加するまたエンジン出力の増加は騒音の増大を生じ空港騒音規制値を守るためには大きくて重い消音装置を装備しなくてはならないこのことからさらに重量が増加し経済性が低下するという悪循環を繰り返すことになる経済性のためには低燃費化による燃料費の削減と機体エンジンの低価格化が必要であるこれらは軽量化低抵抗化低コスト化により達成されるまた環境適合性のためにもやはり軽量化低抵抗化が必要になってくるエンジン自身の低燃費化低騒音化も必要である ( 図参照 ) このように機体としての全体目標達成のためには個別の構造空力等の要素技術が改善されることが必要であるがこれらは相反することが多いそれらをトレードしながらバランス良く解決していくことが重要であるそのためにはまず市場要求機体仕様設定を含めた機体全体を統合した研究評価が必要となってくる本開発調査では以下の項目について表 2-3-1に示すように個別の目標を設定するが対象があくまでも一つの機体であるためこれらの個別技術が組み合わされて前項の全体目標が達成されることが必要である (1) 機体統合企画設計技術の開発 (2) 遷超音速域空力設計技術の開発 (3) 軽量低コスト大型構造設計製造技術の開発 3-A-8

11 表個別要素技術の目標要素技術目標指標 ( 事後評価時点 ) 目標指標 ( 中間評価時点 ) 設定理由根拠等機体統合企画設計技術の開発従来亜音速機より高い巡航速度を有ししかも環境性要求に適合し亜音速機と競合しうる経済性を有する超高速機の目標機体仕様目標性能を明確化する国内外の航空会社の意見等に基づき機体仕様要求案を策定する将来技術レベルを考慮した目標機体を策定し市場性等について検討する空力構造エンジンを統合的に検討し成立性評価問題点等を検討する運用者の要求に基づく機体仕様案を策定し更に運用性経済性を検討した上で運用者の評価を受けることが必要である策定した機体を各要素技術研究の目標機体とし得られた要素技術成果を機体に統合することにより成立性の評価問題点要改善点を検討することが不可欠である遷超音速域空力設計技術の開発将来超高速機を実用化するために必要と考えられる空力設計技術の向上と実現可能性を見極める離着陸から超高速巡航までのすべての速度領域での機体としての最適化を行うため解析試験技術を含めた空力設計技術の向上を図る超高速機は低速から超音速までの広い速度領域で良好な特性を有する必要があり解析試験技術を含めた空力設計技術全般の向上が必要であるまた空力特性の向上は構造重量の増加を招くことがあり構造設計とのトレードによる全機的な最適化を図る必要もある軽量低コスト構造設計製造技術の開発将来超高速機を実用化するために必要と考えられる軽量低コスト構造設計製造技術の向上と実現可能性を見極める主要な構造部位の最適構造様式を検討し必要な設計技術の開発問題点の検討を行う超高速機の構造を低コストで製造するための構造方式製造技術を開発問題点の検討を行う超高速機に特有な細長い胴体薄い主翼は構造重量の増大コストの増加を招き亜音速機以上の軽量化低コスト化努力が必要であり設計手法製造手法等の開発が必要であるまた構造のみの改善は空力特性低下を招くことがあり空力特性とのトレードによる全機的な最適化をも図る必要がある 3-A-9

12 経済的競争力経済的競争力低燃費化低燃費化軽量化軽量化軽量機体技術開発軽量機体技術開発低価格化低価格化低抵抗低抵抗化低抵抗空力技術開発低抵抗空力技術開発環境影響を最小化環境影響を最小化低騒音化低騒音化低排出ガス低排出ガス化低ソニックブーム低ソニックブーム化低コスト低コスト低コスト製造技術開発低コスト製造技術開発化高効率エンジン技術開発高効率エンジン技術開発騒音低減技術開発騒音低減技術開発 ( 図 2-3-1) 経済性環境適合性向上への方策市場性運用性検討市場要求調査機体運用検討市場要求機体性能評価設計要求 - 形状抵抗トレードオフ遷超音速域空力設計技術の開発設計技術解析技術試験技術機体統合企画設計技術の開発目標機体検討機体仕様全機性能要素技術要求設計要求 - 重量コストトレードオフ重量コスト - 抵抗トレードオフ軽量低コスト大型構造設計製造技術の開発設計技術解析技術製造技術試験技術 ( 図 2-3-2) 個別技術の関連性 3-A-10

13 3. 成果目標の達成度 3-1. 成果全体成果以前 ( 社 ) 日本航空宇宙工業会が行った超音速輸送機開発調査 ( マッハ 2.2) の結果を踏まえ対象速度域をマッハ 0.95 から 2.0 未満に絞って調査研究を行った結果的には 250 席クラスのマッハ 0.98 とマッハ 1.6 の2 機種を選定し機体仕様性能推算要素研究を続けてきた (1) マッハ 0.98 遷音速機マッハ 0.98 機は 251 席航続距離 7,000nm(12,964km) に設定し各要素研究の成果を盛り込んだ結果最大離陸重量は 275 トン (605,500lbs) 全長 71m 全幅 59m の機体となった ( 図参照 ) この機体はマッハ 0.8 の現状亜音速機と比較すると速度では約 22% の増大でありその結果運航生産性が 18% 向上するまた座席当たりの運航費は ER と比較して機体価格 / 席が同等で有れば 6% 低減が可能である例え機体価格 / 席が 30% 増加しても運航費は同等となるこれらの数値を基に需要予測を行うと 20 年間で約 400 機 ~1,000 機程度の需要が有ると思われるしかしながらエアラインの反応は昨今の経営状況の悪化もあって思わしいものではなかった一部のエアラインからは1~2 時間の飛行時間短縮でも大いに効果があるとの評価が得られたが大多数の意見はこの程度の速度向上では運賃増は難しくまた新機材を導入することによるデメマッハ 0.98 超高速機巡航速度航続距離座席数最大離陸重量エンジン推力全長全幅 ,000 nm 251 席 275 トン 54 トン x 2 71 m 59 m ( 図 ) マッハ 0.98 遷音速機の機体仕様 3-A-11

リットの方が大きいとのことであったこの機体は比較的近い将来に可能になると言う位置づけであるためエアラインの現在の経済状態ではより高価な機材に投資することは出来ないのが実情である今後も改善の余地はあると考えるがリソースの分散を避けるためにもマッハ 0.

6 機は座席数 226 席航続距離 6,000nm(11,112km) に設定して検討した結果最大離陸重量は 350 トン (771,000lbs) 全長 79m 全幅 42m の機体となったその後エアラインの意見を踏まえシートピッチを拡大しビジネスクラスとプレミアム

6 は現在の亜音速機のほぼ2 倍の速度であり海上が大部分のルートでは 45% の飛行時間短縮が可能である例えば東京 -ロサンゼルスでは現在の約 11 時間が約 6 時間に短縮されるまた最も需要の多い大西洋路線であるニューヨーク-パリロンドンでは 7.

14 リットの方が大きいとのことであったこの機体は比較的近い将来に可能になると言う位置づけであるためエアラインの現在の経済状態ではより高価な機材に投資することは出来ないのが実情である今後も改善の余地はあると考えるがリソースの分散を避けるためにもマッハ 0.98 機の検討はひとまず置くことを決断したしかし構造等の検討は超音速機との共通部分も多く充分に成果を反映することが可能である (2) マッハ 1.6 超音速機当初マッハ 1.6 機は座席数 226 席航続距離 6,000nm(11,112km) に設定して検討した結果最大離陸重量は 350 トン (771,000lbs) 全長 79m 全幅 42m の機体となったその後エアラインの意見を踏まえシートピッチを拡大しビジネスクラスとプレミアムエコノミを主体とした座席配置により座席数を 150 席とし更にエンジンの高バイパス化を図り飛行ミッションプロファイルの最適化などにより最大離陸重量は 225 トン (495,000lb) 全長 79m 全幅 36m の機体となったマッハ 1.6 は現在の亜音速機のほぼ2 倍の速度であり海上が大部分のルートでは 45% の飛行時間短縮が可能である例えば東京 -ロサンゼルスでは現在の約 11 時間が約 6 時間に短縮されるまた最も需要の多い大西洋路線であるニューヨーク-パリロンドンでは 7.5 時間が4 時間 10 分程度に短縮される ( コンコルドは3 時間 45 分 ) この速度でも1 日 2 往復が可能となり運航生産性は大きく改善される ( 図図参照 ) 欧米のエアライン調査では多数のエアラインがこの点を評価していたまた航続距離を 6,000nm に設定したことにより以前のマッハ 2.2 機のマッハ 1.6 超高速機巡航速度航続距離座席数最大離陸重量エンジン推力全長全幅 ,700 km 150 席 225 トン 25.7 トン x m 35.6 m ( 図 ) マッハ 1.6 超音速機の機体仕様 3-A-12

15 航続距離 5,500nm では不可能であった東京 - ニューヨーク直行が可能となった Block Time vs Cruise Speed Block Time ( hour ) NYC-TYO(6,207nm) PAR-TYO(5,865nm) Mach Cruise Speed ( Mach ) LAX-TYO(4,761nm) NYC-PAR(3,247nm) ( 図 ) 飛行マッハ数による飛行時間短縮効果陸上部分はソニックブームの問題から飛行できない ( 法律で禁止されている ) ため亜音速で飛行せねばならないそのため陸上部分を多く含む路線では亜音速部分が多くなったり洋上を大きく迂回したりするため飛行時間削減効果が少なくなる東京 -ニューヨークでは12 時間半が9 時間東京 -パリではこれまでの約 11 時間半に対し8 時間と 40% 減以下となるしかしそれでも3 時間半の削減は充分魅力があると考えるもし法律が改正され超音速陸上飛行が許されるようになればソニックブームの影響のないマッハ 1.15~1.2 程度で飛行できるようになりさらに1 時間程度の飛行時間短縮が可能となるソニックブームシミュレータを用いたソニックブーム影響調査では 0.3psf 程度のブーム音圧であれば波形の改善を行うことにより気にならないレベルまで下げられると思われるがこの機体のように大型機ではマッハ 1.6 で陸上超音速飛行が可能になるほど低下できないしかしブームが地上に届かないであろうマッハ 1.15~1.2 程度まで上げられるならば時間短縮に大きな効果がある現在 ICAO では超音速機の環境基準を決めようとしているその過程で低ブームであれば超音速陸上飛行が許可されるようになれば我々の大型機にもメリットが出て来るであろう 3-A-13

NY-Paris TYO-LA 4.1 5.8 7.5 10.7 Mach 1.6 Subsonic TYO-Paris 7.5 12 TYO-NY 8.0 13.2 0 5 10 15 Hour ( 図 3-1-1-4) マッハ 1.6 機の飛行時間短縮効果 ( 図 3-1-1-5) マッハ 1.2 と 1.6 でのニューヨーク - パリ運航スケジュール比較このようにマッハ 1.

16 NY-Paris TYO-LA Mach 1.6 Subsonic TYO-Paris TYO-NY Hour ( 図 ) マッハ 1.6 機の飛行時間短縮効果 ( 図 ) マッハ 1.2 と 1.6 でのニューヨーク - パリ運航スケジュール比較このようにマッハ 1.6 でも充分な速度向上効果がありさらに速度の低下は重量軽減と経済性の向上をもたらす以前のマッハ 2.2 の機体とは機体サイズや航続距離が異なるので単純な比較はできないが同じ 300 席 5,500nm の機体をマッハ 2.2 からマッハ 1.6 にして性能計算を行ってみると座席当たりの燃料量は 5% 減少することが可能となるこれは約 13 トンに相当するまたマッハ 2.2 では空力加熱による機体表面温度は最大 150 になり材料は耐熱性が要求されるため耐熱複合材かチタン合金を用いる必要があるしかしマッハ 1.6 であれば表面温度は 60 程度であり通常の複合材やアルミ合金が使用できるもちろん長期の高温暴露による影響は未知であるため最終的には試験による確認が必要であるがこれは強度重量コスト面で大きな利点であるもう一つのメリットは飛行速度低減によりエンジンのバイパス比を大きくでき排気速度を下げられるすなわちジェット騒音を小さくできることであるこれはコンコルドが達成できなかった騒音問題を解決できる可能性があるということであるある程度バイパス比を大きくしてもエンジンだけで騒音レベルをクリアすることは難しいと思われエジェクタ等の騒音軽減デバイスをエンジンに組み込む必要があるだろうが少なくとも重量コストペナルティを軽減することは可能であろう 3-A-14

17 個別要素技術成果 I. 機体統合企画設計技術の開発 (1) マッハ 0.98 機の検討 ( ア ) 市場要求巡航マッハ 0.98 の超高速輸送機仕様への市場要求としては基本的には既存亜音速機への要求を参考に競争力のある仕様となるように設定したこの目標仕様を元に機体仕様検討性能計算を行い最終的な機体仕様を設定する要求値条件設計レンジ 7,000 nm Typical mission rules ペイロード ( 標準仕様 ) 250 席 3 class seating at 210 lbs/ 席巡航速度マッハ 0.98 at Long Range Cruise 離陸距離 10,500 ft. 以下 at 最大離陸重量, SL, 86 F アプローチ速度 145 kt 以下 at 最大着陸重量, SL 初期巡航高度 41,000 ft. 以上 at 最大離陸重量, ISA + 10 ( 41,000/45,000 ft. ) at ステップ巡航高度ワンエンジンアウト高度 16,000 ft. 以上 at 最大離陸重量, ISA + 10 騒音値 Stage-4 以下エミッション CAEP-4 以下燃料消費量 ER 並 at 座席当り燃料消費量経済性 ERの at DOC per ASM DOCより10% 減床下カーゴコンテナー LD-3 x 26 個以上 ( 図 ) 座席数 - 航続距離の他機例 3-A-15

18 ( イ ) 目標機体仕様まず諸元策定プログラムを用いて機体規模と性能を推算したその結果得られた機体仕様は全幅 m 全長 m エンジン長 m エンジン取付け位置 (STA/ スパン方向 )39.624/9.144m エンジン最大直径 4.048m 胴体幅 5.36m 胴体高 5.714m 水平尾翼幅 m であるまた全高 ( 地面から垂直尾翼 )17.178m エンジンと地面の間隔 1.305m となった ( 図 ) マッハ 0.98 機三面図主脚位置 (STA 方向 ) は m 主脚幅は m 前脚位置(STA 方向 ) は m とした主脚位置は平均空力翼弦 (MAC) の 50~55% に位置するように検討したがエンジン入り口より前方に位置してしまうエンジンへの異物混入を避けるためエンジン入り口よりも後方に配置した主脚幅は他機例より重心から両車輪の開き角 90 とした主脚長は着陸時の尾部下げ姿勢における尾部接地角と地面との間隔余裕と翼端角の交点とした尾部接地角を 12~14 他機例より翼端角を 13.5 とし両者の交点を元に主脚長を設定したただしエンジンの取付け位置が低すぎるためこの設定では着陸時にエンジン後方部が接地する可能性がある前脚位置は機体重量の約 10% を受持つ位置に設定した主脚は他機例と全機体重量の 90% を支えることからタイヤサイズ 50x18(in) の全 12 輪とし前脚はタイヤサイズ 40x14(in) の2 輪とした 3-A-16

19 ( 表 ) マッハ 0.98 目標機諸元表主要諸元性能全長 (m) (ft) 全幅 (m) (ft) 全高 (m) (ft) 最大離陸重量 275 (ton) 605,500 (lbs) 最大着陸重量 199 (ton) 438,700 (lbs) 運用自重 137 (ton) 301,700 (lbs) 巡航速度マッハ 0.98 巡航高度 12,497 (m) 41,000 (ft) 標準ミッションでのステップ前巡航高度 13,716 (m) 45,000 (ft) 標準ミッションでのステップ後巡航高度巡航時揚抗比 (ND) 巡航時 SFC (1/hr) 航続距離 12,964 (km) 7,000 (nm) 標準ミッション主翼諸元胴体スパン長 (m) (ft) アスペクト比 4.18 (ND) 前縁後退角 65.7/43.0/33.0 (deg) コード長翼根部 (m) (ft) 翼端部 2.72 (m) 8.91 (ft) テーパ比 (ND) 翼厚比翼根部 (ND) 翼端部 (ND) 面積 831 (m2) 8,945 (ft2) 取り付け角 0.00 (deg) 未検討ねじり下げ角 0.00 (deg) 未検討断面形状 Garabedian-Korn をベースに変形胴体長 (m) (ft) 最大幅 5.36 (m) (ft) LD-3 コンテナが 2 列で搭載できるサイズ最大高 5.71 (m) (ft) 機首部 Fineness Ratio 6.00 (ND) 胴体一様部直径に対する機首絞り部長さの比率尾部 Fineness Ratio 5.40 (ND) 胴体一様部直径に対する尾部絞り部長さの比率水平尾翼スパン長 (m) (ft) アスペクト比 2.00 (ND) 前縁後退角 55.0 (deg) コード長翼根部 (m) (ft) 翼端部 2.10 (m) 6.90 (ft) テーパ比 (ND) 翼厚比 (ND) 面積 108 (m2) 1,166 (ft2) 取り付け角 0.00 (deg) 未検討垂直尾翼その他エンジンスパン長 7.95 (m) (ft) アスペクト比 1.00 (ND) 前縁後退角 55.0 (deg) コード長翼根部 (m) (ft) 翼端部 2.27 (m) 7.45 (ft) テーパ比 (ND) 翼厚比 (ND) 面積 63 (m2) 680 (ft2) 取り付け角 0.00 (deg) 未検討尻擦り角 TBD (deg) 未検討型式超高速輸送機用エンジン推力 527 (kn/ 基 ) 118,400 (lbs/ 基 ) 備考 3-A-17

20 ( ウ ) 室内配置まず市場要求値であるファーストビジネスエコノミークラスの 3 クラス配置で合計 250 席が配置可能な座席配置を検討した機体仕様検討で設定された胴体内 ( 胴体幅 5.360m) に配置できる各クラスで可能な座席幅通路幅を下記のように設定した 2 列座席幅 (inch) 通路幅 (inch) 座席ピッチ (inch) ファースト : ビジネス : エコノミー : 各クラスにおけるトイレギャレーカートアテンダント席の数は他機並みになるよう選定した座席数席数 /Toilet G.Cart/ 席数席数 /A.seat ファースト : ビジネス : エコノミー : 合計 : 床下貨物室へのカーゴコンテナー搭載数は現用ワイドボディ- 機並みの LD-3 コンテナが 26 個以上搭載できるように検討した結果 LD-3 は床下貨物室に並列に2 個が搭載すると前方貨物室に 18 個そして後方貨物室に 14 個の合計 32 個の搭載が可能であったただしこれは特に床下コンパートメントには補助燃料タンクを考慮していない場合なので床下にも燃料タンクが必要になればコンテナ数は減ることになる ( 図 ) マッハ 0.98 超高速機の 3 クラス客席配置 3-A-18

21 ( エ ) 構造配置胴体構造は約 610mm(24in) のピッチのフレームに対してストリンガを約 250mm(10in) ピッチに配置した外板は板厚 1.5mm 程度フレーム高さ 120mm( 外板から 150mm) ストリンガ高さ 30mm としたメインフレームは主翼尾翼脚の取付け部に配置した与圧胴体は前脚室中央翼主脚室を除き STA 1440~STA とし前方後方に与圧隔壁を設けた ( 図 ) 胴体構造配置図主翼構造は前桁後桁に囲まれた桁間前縁後縁前縁と前桁の間はストレーキ構造でドライエリアとしたまた後縁にはエルロンインナー / アウターフラップスポイラを配置した後桁はエルロンフラップスポイラに沿ってスパン方向 0.97 からルート部中央翼に配置した前桁は必要燃料タンク容量を満足するよう配置した桁間構造は薄翼のため構造効率の観点と桁間組立作業性 / 整備性の観点から次の5 分割とした中央翼と外翼内側部: 中央翼を間に両外翼のエンジン取付け位置 ( スパン方向 0.31) 後桁前桁の間に後桁と平行に 2 本の中間桁コード方向には約 770~810mm(30~ 32in) ピッチでリブを配置した各桁間には約 200mm(8in) ピッチでストリンガを配置した外翼中央部: スパン方向 0.31 から 0.62 後桁前桁中間桁の間に後桁と平行に約 820~1030mm(32~40in) ピッチで桁を配置したマルチスパー構造とした後縁の機構取付けを考慮して間にリブを 2 本配置した主翼桁間のスパン方向 0.32 までを燃料タンクとする要求仕様の必要燃料容量 38,400 US.g( 約 145m3) に対しウェットエリアは約 182m3 である外翼外側部: スパン方向 0.62 から 0.97 最も薄翼のであるこの部分はスパン方向 0.62 で平均 186mm スパン方向 0.97 では 88mm という板厚であるアクセス性が悪くまた高い剛性もが必要なためハニカムサンドイッチパネルと 3 本の中間桁を配置する構造としたまたこの部分はドライエリアとした 3-A-19

22 ストレーキはドライエリアとし種々の機器等を搭載できるよう考慮した ( 図 ) 主翼構造配置図水平尾翼構造は昇降舵の配置を決定し後桁前桁の 2 本桁を通し桁間をマルチリブ+スキン / ストリンガ構造とした主翼と同様に中央翼で外翼を支える構造とした昇降舵は水平尾翼面積の 25% 前縁を 35% とした垂直尾翼構造は方向舵の配置を決定し後桁前桁の 2 本桁を通し桁間をマルチリブ+スキン / ストリンガ構造とした方向舵は垂直尾翼面積の 32% 前縁を 21% とした巡航速度 0.98 で飛行する輸送機では一般部には耐熱性は要求されないので構造重量の軽減のためエポキシ系複合材とアルミニウム合金を中心に適用するエンジンまわりの構造等の高温部や主脚まわり取付け金具の高応力部のような限られた部分にチタン合金を適用した高剛性高強度が要求される脚構造には合金鋼を適用する ( オ ) 運航生産性超高速機では巡航速度の増加により従来機に較べて短時間で目的地に到達するすなわち運用時間が短くて済むためエアラインでの運航生産性が向上するこれは飛行時間に比例す 3-A-20

23 るコストが減少することになるまた 1 機の機体だけではただ飛行時間が少なくなるだけであるが通常エアラインでは数機 ~ 数 10 機のオーダーで運用するため亜音速機より少ない機体で全体のルートをカバー出来ることになる各路線で2 地点間を往復運航させた場合例えば区間距離 3,370nm では巡航マッハ 0.80 の従来型機に対する超高速機の運航生産性はマッハ 0.90 まで巡航速度を速めた機体は約 11% 更にマッハ 0.98 になると 18% 程度まで向上する更に 2 地点間の往復運航だけでなく時間をより有効に使える多路線の放射状運航を行うならば必要機数がマッハ 0.80 従来型機で 6.3% 減マッハ 0.90 機体で 6.8% 減そしてマッハ 0.98 超高速機で 8.7% 削減されスピードアップと共に運航効率が向上する従って運航生産性はマッハ 0.90 機体では 0.6% 程の改善しかないがマッハ 0.98 超高速機ならば約 3% アップして約 21% の向上となるこの生産性向上により従来亜音速機より必要機数が減ることになり運航コストが減少する運航生産性放射状運航含む 380 往復運航のみ 360 運航 1.10 生産性 % -6.8 % 必要機数往復運航のみ必要機数 % 放射状運航含む巡航マッハ ( 図 ) マッハ 0.98 超高速機の運航生産性 ( カ ) 市場性評価超高速機の市場はボーイングの 767 やエアバスの A といった既存機が運航されている 250 席クラス (230~309 席 ) に属し 2003 年末で 1,197 機が運航されているが 20 年後には 3,370 機に増加し需要は 2,900 機と予測されている ( この予測には超高速機の出現は含まれていない ) この基本的な予測をベースとして超高速機が市場に投入されるいくつかのシナリオを 3-A-21

24 想定し M0.98 機の需要予測を行なった結果 2004 年から 2023 年の 20 年間で最低でも約 500 機から最大で約 1,600 機の需要があると思われたしかしながら国内外のエアライン調査での結果は経済状態の悪化もありこの M0.98 程度の運航生産性の向上では新型機の購入をためらうエアラインが多かった特にボーイングのソニッククルーザー計画が中断したこともありエアラインは 787 等の経済性重視の機体に目を向け始めていた一方 M1.6 超音速機に対しては将来の機体としながらも 2 倍の高速性から経済性が向上するなら期待が持てるとの好意的な意見が多かったそのため M0.98 機の検討は打ち切り今後は M1.6 超音速機の検討に注力することとしたしかし構造やシステムは同様の技術が適用でき市場の要求が変わってきたときにはいつでも M0.98 機に対応できるよう意識すべきである 3-A-22

わが国における超音速輸送機実用化検討について

資料 2-2 わが国における超音速輸送機実用化検討について平成 21 年 8 月 6 日 ( 財 ) 日本航空機開発協会 1 1. 財団法人日本航空機開発協会の概要昭和 48 の設立以降現在までボーイング社との国際共同開発の日本側中核として機体メーカーを取りまとめ 767 および 777 開発事業を成功させ平成 16 年より 787 開発事業を開始したこの他に民間輸送機の市場調査を継続して行うとともに