航空輸送の将来にむけた人材育成

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ゆきひらやぶき
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1 1903 年ライト兄弟初飛行航空の過去現在未来鈴木真二東京大学大学院工学系研究科航空宇宙工学専攻年弟オービルがキティーホークにて 1 秒 36m の飛行に成功 ( ) 科学と技術が世界を変える The University of Tokyo 3 5 1

2 8 009 年の航空路網 1 日に千万人以上の人が飛行機を利用同時に百万人の人が空を飛んでいる航空の技術イノベーション空を飛ぶ技術の獲得翼による揚力の発生軽くて壊れない構造木材から金属そして複合材料軽くて強力なエンジンピストンエンジン + プロペラからジェットエンジン Navigation, Guidance, Control Wikipedia:Map of scheduled airline traffic in 航空の技術イノベーション空を飛ぶ技術の獲得翼による揚力の発生軽くて壊れない構造木材から金属そして複合材料軽くて強力なエンジンピストンエンジン + プロペラからジェットエンジン Navigation, Guidance, Control 航空のイノベーション鳥のように羽ばたいて飛ぶことを模索熱気球飛行船の出現固定翼による滑空飛行ダビンチ ( ) のオーニソプタ 11 モンゴルフィエ (1783) 1

3 リリエンタールの滑空飛行 Otto Lilienthal ( ) 飛行技術の基礎としての鳥の飛翔 (Der Vogelflug als Grundlage der Fliegekunst) (1989) ドイツ政府の委員会は空気より重い飛行機は実現不可能として飛行船の研究を進めたリリエンタールの功績固定翼での飛行が可能であることを実証したライト兄弟らを感化クッタジューコフスキーらによる空気力学の理論研究翼の空力計測データを発表ライト兄弟も利用なぜ揚力は発生するのか? 博物館に書かれている揚力の間違った説明ベルヌーイの定理空気力学の発展ダニエルベルヌーイバーゼル大学で医学博士人体の血圧の研究流体力学 1738 水力の理論的根拠英国で蒸気による産業革命欧州では水力 (1700-8) 16 オイラー ( ) 理論研究から工学研究ダニエルの父に数学の才能を認められた 66 年に視力を失うが 83 年に亡くなるまで教育と研究を続けたオイラー方程式 (5-53 年 ) ダランベールのパラドックス理論的には抵抗は 0 スミートン (174~179) による風車の研究空気の動圧は D kv S ケーレー ( ) による揚力抵抗の計測 18 3

4 ライト兄弟の研究年とグライダーを製作しキティーホークの風の中で飛行させるリリエンタールの計測データを使用リリエンタールのデータに疑いを持ち実験を開始 1901 年のグライダー揚力の不足に苦しむ 19 スミートン係数の誤りを正す D kv T S T T 張力 cos sin T D W L W L 揚力 D 重力 k : 抵抗リリエンタールのデータを疑う風洞実験年のグライダー翼理論 ( 渦理論 ) の誕生 1896 年 W.M. Kutta( ) 190 年ミュンヘン工科大学での学位論文 1910 年渦による揚力の発生 N.E. Zhukovskii( ) 1906,1910 年渦による揚力の発生 Kutta- Zhukovskii の定理 4

5 究極の方程式オイラーの流体方程式では揚力は表現できなかった渦理論は揚力誘導抵抗の計算を可能にしたが摩擦抵抗圧力抵抗を計算できなかった粘性流理論ナヴィアストークス方程式スーパーコンピュータ 6 粘性流理論ナヴィエストークスの方程式レイノルズの実験 Osbone Reynolds ナビエストークス CFD 計算機流体力学現代の風洞試験ナヴィアストークスの式がコンピュータで解けるようになっても乱流の正確な予測は困難ー > 現在でも風洞実験は欠かせない NASA 5

6 航空における技術イノベーションハワードヒューズが設計製作した巨大な水上機 ( スプルースグース ) 1947 年 11 月日 31 3 ジェットエンジンの誕生イギリスの空軍士官 Frank Whittle( ) は 1937 年 4 月 1 日世界初のジェットエンジンの始動に成功した英国軍需省は航空機用エンジンとして発展性は無いとして研究費を認めなかったジェット推進の歴史は古いタービンエンジンの起源は水力発電ニュートンが考案した自動馬車ヘロンの蒸気エンジン (1 世紀ごろ )

蒸気タービン Charles Algernon Parsons(1854-1931)

ジェットエンジンは高速で飛行しないと効率が悪い推進効率 Power Thrust V m (

) u0 Efficiency 1/ m ( u u ) 1 ( u / u ) While

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席リージョナル Jet 008 年 3 月事業化 010 年 9 月詳細設計終了 011 年

7 蒸気タービン Charles Algernon Parsons( ) 蒸気の圧力低下が小さければ水力タービンの効率の良さが活かせるー > 多段式タービンの発明蒸気タービン発電船舶用タービンエンジン 1897 年ビクトリア女王の観艦式にタービニア号のデモンストレーション 37 ジェットエンジンは高速で飛行しないと効率が悪い推進効率 Power Thrust V m ( u u ) u 1 Kinetic Energy m ( ue uo ) m ( ue uo ) u0 Efficiency 1/ m ( u u ) 1 ( u / u ) While power is generated by acceleration of air, the maximum efficiency is obtained at u e =u o (no acceleration!). e o e o 0 e o 38 燃料費と航空機開発ジェットエンジン技術 IATA Technology Roadmap 国産ジェット旅客機開発 MRJ 90 席リージョナル Jet 008 年 3 月事業化 010 年 9 月詳細設計終了 011 年 4 月組み立て開始 013 年初飛行予定理想の飛行機は金属で単葉宇宙旅行の父ツィオルコフスキ (1857~1935) しょう紅熱で聴力を失い独力で研究 1885 年金属製飛行船の研究 1893 年飛行機の研究 1903 年ロケットの論文

8 世界最初の航空機事故木製機体の腐食問題最初の飛行機事故 Sept. 17, 1908 セルフリッジ陸軍中尉を乗せたオービルの操縦する機体はヴァージニア州 Fort Myerで墜落し中尉は最初の犠牲者となった原因はスプルース材を3 層に接着したプロペラの破損年 3 月 31 日, フォッカー 3 発機の墜落事故有名なフットボールコーチを含む乗員乗客 8 名が全員死亡した木製機体の腐食が疑われる金属機体の出現金属疲労の克服構造材料の変化 1954 年度のコメット空中分解胴体の金属疲労が原因亀裂の進展を止める機体構造設計損傷許容設計整備でクラックを見つけて対策ジュラルミン (1906) 炭素繊維複合材料航空機の理想の素材 CFRP 起源はエジソンの炭素白熱電球 1950 年代ロケット噴射口の材料として使用 1961 年大阪工業技術試験所進藤昭男博士が PAN 系高性能炭素繊維を発明 1967 年 RR がジェットエンジン部品への採用を発表 197 年釣竿 1973 年ゴルフシャフト年 NASA の省エネ航空機開発計画 198 年 B767,777,A310 スペースシャトルコロンビアに CFRP が採用 1990 年 B777 に本格的に採用 009 年 1 月初飛行の B787 に大量採用 48 8

人工脳神経網を用いた操縦分析落ちない飛行機を目指して飛行機の安全性は高まっているが

5 回程度の墜落はあるその確率は下げ止まりの傾向にある飛行機の輸送量は今後年 5%

耐故障飛行制御 ) 視覚情報から操縦までの情報処理操作をニューラルネットワークに学習させる

パイロットの訓練課程に導入を計画している ANA との共同研究東京大学鈴木真二 51 The

9 人工脳神経網を用いた操縦分析落ちない飛行機を目指して飛行機の安全性は高まっているが百万離陸あたり 0.5 回程度の墜落はあるその確率は下げ止まりの傾向にある飛行機の輸送量は今後年 5% で増加が予想されさらに安全性を向上させたいパイロットの技能向上自動操縦の高度化 ( 耐故障飛行制御 ) 視覚情報から操縦までの情報処理操作をニューラルネットワークに学習させる視覚情報操作 49 The University of Tokyo 50 ニューラルネットワーク人工脳神経網を用いた操縦分析分析の結果ベテランパイロットと新人パイロットにおいては視覚情報の情報処理能力に明確な違いが観測されたパイロットの訓練課程に導入を計画している ANA との共同研究東京大学鈴木真二 51 The University of Tokyo 5 人工脳神経網を用いた自動操縦飛行中の事故や故障に適応的に対応可能な自動操縦システムの研究を実施実験用航空機無人機での飛行実証に成功経済産業省の委託による産学官連携の研究富士重工 FABOT 破損した機体の自動操縦維持右翼端 0% を飛行中に分離しても安定な自動操縦の維持に成功 ( 民間機モデルで世界初 ) JAXA MuPAL-α The University of Tokyo

破損した機体の自動操縦維持右翼端 0% を飛行中に分離しても安定な自動操縦の維持に成功 ( 民間機モデルで世界初 )

Cell APU Electric Actuator 55 Laminar Flow Design Advanced

Aeronautical Society NASA われわれは未来についてふたつのことしか知らないひとつは未来は知りえない

ドラッカー創造する経営者 ( ダイヤモンド社 ) NASA NASA The University of Tokyo 57

未来を作り出す一つは自分で創ることである成功してきた人成功してきた企業はすべて自らの未来をみずから創ってきた

10 破損した機体の自動操縦維持右翼端 0% を飛行中に分離しても安定な自動操縦の維持に成功 ( 民間機モデルで世界初 ) Composite Material 現在開発中の新技術 Active Flow Control Bio Fuel Fuel Cell APU Electric Actuator 55 Laminar Flow Design Advanced Combustor Counter Rotating Open Rotor 未来航空機のイメージ未来は予測できるか Royal Aeronautical Society NASA われわれは未来についてふたつのことしか知らないひとつは未来は知りえないもうひとつは未来は今日存在するものとも今日予測するものとも違うということである P.F. ドラッカー創造する経営者 ( ダイヤモンド社 ) NASA NASA The University of Tokyo 57 The University of Tokyo 58 未来は知る方法とは? 未来を作り出す一つは自分で創ることである成功してきた人成功してきた企業はすべて自らの未来をみずから創ってきたもう一つはすでに起こったことの帰結を見ることであるそして行動に結びつけることである後者をすでに起こった未来と名付けた The University of Tokyo 59 The University of Tokyo 60 10

11 参考資料鈴木真二飛行機物語ちくま学芸文庫 (01/1) 鈴木真二ライトフライヤー号の謎飛行機をつくりあげた技と知恵技報堂出版 (00/0) 航空イノベーション研究会現代航空論 : 技術から産業政策まで東大出版会 (01/9) IATA Technology Roadmap nology-roadmap.aspx 61 レポート課題これから求められる航空機技術に関して考察しその研究動向を調査し A4 用紙 4 枚以内でまとめよ今日の発表資料は下記にアップします dex.html 問い合わせ tshinji@mail.ecc.u-tokyo.ac.jp 鈴木真二 6 11

Microsoft PowerPoint - 次世代スパコン _v5.pptx

Microsoft PowerPoint - 次世代スパコン _v5.pptx 2010.3.2 次世代スパコンが切り拓く可能性について航空機開発とスーパーコンピュータ中橋和博東北大学大学院工学研究科航空宇宙工学専攻 1 内容航空機の 100 年の進歩と最新旅客機飛行機の空気力学飛行機の空力設計手段 ; 風洞からスパコンへスパコンで流れを観るスパコンで形をつくる MRJ 開発とスパコンスパコンの重要性まとめ 2 飛行機 - 100 年の間の進歩 Wright