平成26年 3 月号情報・資料オーストラリア・クィーンズランド大学滞在報告もの創造系領域　助教　湊　亮二郎１．はじめに本学のＨ24年度在外研究派遣事業より，Ｈ25年 3 月からＨ25年 8 月まで豪クィーンズランド大学，極超音速センター（Centre for Hypersonic）にて 6 カ月間，在外研究に行って参りました。クィーンズランド大学はオーストラリア，ブリスベンにあり，そこでは，SCRAMSPACE 1という固体燃料ロケットブースターを利用した，スクラムジェットエンジンの極超音速飛行実験プロジェクトを行っており，その研究リーダーであるRussell Boyce教授のところで，研究に従事致しました。２．SCRAMSPACE 1に関する研究について在豪中の研究テーマは飛行実験機の最適システム設計に関する研究でした。スクラムジェットエンジンはマッハ 5 から10くらいで（マッハ数とは気流速度と音速との比を表す無次元数で，マッハ 5 以上になるとHypersonic つまり極超音速といいます。）作動可能なジェットエンジンですが，同時にスクラムエンジンの実験を行うには，同じ気流マッハ数環境下で実験を行う必要があります。地上での実験設備を用いて，スクラムジェットエンジンの試験に必要な飛行環境を再現することは容易なことではありません。クィーンズランド大学では，衝撃風洞と呼ばれる風洞設備を用いて，スクラムジェットエンジンの燃焼実験を行っていますが，試験時間が1000分の1秒のオーダーでしか得られないので，十分な実験をすることができません。 SCRAMSPACE 1では，飛行マッハ数 8 の条件をターゲットに絞って，スクラムジェットエンジンの性能を飛行実験によって検証することを目的としています。次のページにSCRAMSPACE 1が一般公開されたときの機体の写真を示します。機体先端の中心にインテークがあり，その奥にスクラムジェットエンジン燃焼器があります。この飛行実験では，地上からロケットで実験機を打ち上げて，高度300kmの高度まで上昇し，その後，地球の重力によって大気圏再突入していきます。高度30kmくらいになると飛行マッハ数が 8 程度になり，そこで実験機に取り付けられたスクラムジェットエンジンに燃料が噴射され，燃焼試験を行い，データを取得します。試験時間はわずか数秒程度ですが，地上試験と比較して1000倍以上の試験時間が確保できます。また実際の飛行環境下で試験ができますので，地上試験よりも遥かに価値のあるデータを取得することができます。飛行実験機の設計には非常に多くの設計条件（制約条件）があります。例えば大気圏再突入するまでの間，実験機の機体軸方向は進行方向に対して 1 °以内の誤差に保つ必要があります。もし誤差が大きくなるとすぐに機体の姿勢バランスが崩れて安定な飛行が出来ず，エンジン燃焼試験は不可能になってしまいます。機体の姿勢安定を保つ鍵となるのは，機体先端の形状とインテークの空力形状です。しかし安定性を優先させるような形状にすると，機体内部の空間に影響がでて，飛行実験を行うのに必要な燃料供給バルブ，計測機器，通信機器等の配置の配置が困難になってしまいます。また大気圏再突入時の機体の姿勢制御を行うのは，機体後方に取り付けてある方向舵です。しかし姿勢安定性と方向舵の制御性は互いにトレードオフの関係にあります。クィーンズランド大学St Luciaキャンパスの風景－　8　－平成26年 3 月号情報・資料一般公開されたSCRAMSPACE 1の飛行実験機このように航空宇宙機の設計では，非常に複雑且つ高度なシステムであるため，設計パラメータが数多く存在します。同時に複数の設計制約条件を満足させなくてはならず，且つそれらが複合的に関係しているため，最適な設計パラメータを選択することが極めて困難です。このような問題を解決する方法として，遺伝的アルゴリズムが有効です。遺伝的アルゴリズムでは優れた親となる個体（設計パラメータ）から子となる個体を産み出し，最適解を探し出すのですが，個々の個体について，評価関数を求める必要があります。しかし場合によっては評価関数を求めるのに計算負荷が過大になる場合があります。例えば，機体の空力形状を最適化するのに，CFD （数値流体力学）で空力性能を評価する場合がそれに該当します。このような事態を回避する方法として， Surrogate Modelを利用した遺伝的アルゴリズム（SAGA, Surrogate Assisted Genetic Algorithm）があります。 Boyce先生の研究所では，これを用いてSCRAMSPACE 1の空力設計の研究をやったことがあります。私もこの手法について学び，今度は空力だけでなく，構造や制御などより広範に設計パラメータを考慮する手法に挑戦していました。普段私は推進工学分野を研究していますが，オーストラリア滞在中はこのようにあまり触れたことのない最適化計算について研究していました。それだけに慣れないところもあり，滞在中にRoyal Melbourne 工科大学に行って，そこの日本人研究者と研究打ち合わせをやって，いろいろ援助してもらったこともありました。本学の航空宇宙機システムセンターでは，『様々な要素を統合する高度なシステム技術開発』を目標に小型超音速飛行実験機オオワシの飛行実験研究が進行中です。オオワシの設計でも空気力学，推進エンジン，機体構造，誘導制御などの要素が複合的に連係しており，その中から最適解となる設計パラメータを見つけることが鍵となっていきます。オオワシのような小型無人機であっても，様々な技術要素を盛り込んでいるため，非常に複雑なシステム構成になっています。そのため遺伝的アルゴリズムプログラムだけで，最適な設計仕様がすんなり決まるという訳にはいきません。プロジェクトチーム内で－　9　－何度も打ち合わせをやって，試行錯誤を繰り返しながら，設計仕様を決めて行かなくてはなりません。しかしながら要素レベルの設計では有効な手法と言えます。半年間という限られた『時間的制約条件』の中から，最適な研究成果（？）を見出すのは，航空宇宙機の設計と同様，難しいことでしたが，滞在中に何とか簡易版のプログラムを作成しました。帰国後，私は『オオワシ』の研究プロジェクトで推進エンジン関係の研究を進めていますが，クィーンズランド大学滞在中に研究した手法を，オオワシに搭載されるエンジンのインテーク・ダクトの空力形状設計に早速適用して設計を進めています。このインテーク・ダクトは2014年度中に風洞試験を行って性能評価を行う予定です。３．直に触れたオーストラリア人の日本観オーストラリアに行って，一番驚いたことは，一般の市民の中に親日家が意外にも多かったことです。オーストラリアは英連邦国家の一員であり，歴史的，文化的にはイギリス（欧州）やアメリカとのつながりが深いのですが，戦後は比較的地理的に近く，経済的な結びつきから日本との関係が深くなっていきました，日本の高校では外国語は英語ですが，オーストラリアの高校では複数の言語から外国語科目を選択します。その中でも，日本語を選択する生徒が一番多いようです。また北海道のリゾート地にはオーストラリア資本が進出して，多くのオーストラリア人観光客が来ていることはよく知られています。 Boyce先生自身も日本の東北大学で研究されたり， JAXA（宇宙航空研究開発機構）で共同試験を行ったことがあります。Boyce先生の研究室のポストドクター研究員に，Daniel君という日本に留学経験があり流暢に日本語を話す方がいました。彼に日本語を学ぶきっかけを尋ねたところ，彼の父親は銀行員で，日本企業と仕事することが多かったそうです。しかし彼の父親曰く『英語が流暢な日本人は，日本語が流暢なオーストラリア人と同じくらい少ない（！）』だそうで，言葉で苦労されていたようです。自分が日本語を流暢に話せたら将来役に平成26年 3 月号情報・資料立つのではないかと考えたことがきっかけでした。例の JAXAでの共同試験にDaniel君も参加されたのですが，彼の日本語は非常に役に立った（Boyce先生談）そうです。市内のカフェで注文した時のカップ上の写真はブリスベン市内のカフェでカフェラテを注文したときのカップです。オーストラリアでは，カフェで注文すると名前を尋ねられます。注文ができあがると，写真のようにカップに名前を記入して，客に渡します。こうやって注文の取り違いを防ぐ訳です。カップには Minatoではなく，『みなと』と記入されています。ここの店員さんはクィーンズランド大学の学生で，アルバイトでこのカフェで働いていました。日本語が少し話せるようで，私が日本人と分かると日本語で応対してくれました。この店員さんとはその後，何度か会うことがあり『いらっしゃいませ』と挨拶してくれたり，（英語には『いらっしゃませ』に相当する挨拶がありません。）私も日本語で注文したり，応対してもらったりしたこともあります。その他にも何人も高校で日本語を勉強したという方，北海道でスキーや登別温泉に行ったことがあるという方に会いました。日本に興味を持つようになったんだよ。私は，若い頃ジャーナリストをしていて Emperor Hirohito（昭和天皇）にインタビューしたことがあるよ。』このように，その老紳士の方と話をすることがありました。日本の歴史やクィーンズランド大学で行っている SCRAMSPACE 1について尋ねられたものです。彼は，日本語は全く話せませんでしたが，いつも日本のことを『日本とギリシャは，世界で最も美しい国だ。ギリシャは治安が良くないけど，日本は治安が良く安心できる。何の心配もいらない。』『奈良に大きな大仏があるだろ？あれは確か752年に建立されたんだよね。私は何度も行ったことがあるよ。他にも京都，金沢，どこも素晴らしく美しい街だった。』などと言っていました。彼はスコットランドからの移民の子孫だそうですが，故国スコットランドよりも日本の方に親しみを感じるとも言っていました。日本を美しい国だと言っている政治家もいますが，私はこの老紳士の方に言われて初めて日本が美しい国だと認識したようなものです。オーストラリアを去る時に，『きっとあなたの前世は日本のサムライだったのでしょう。』と冗談を言ったら，笑って『そうだ，私の前世はサムライだね！』と返してくれました。逆に，私は日本人で，ここまでオーストラリアや他国に対して親近感を抱いて接している人はいるのかなと思い返しています。 6 か月間という限られた期間ではありましたが，今後の研究に役立つ有意義な研究生活を送ることが出来ました。今後は，この経験を室蘭工大で進められている小型超音速無人実験機の研究プロジェクトに役立てて行きたいと考えております。ここで，私が在豪中に会った，最も印象的な親日家を紹介します。私は滞在中シェアハウスで部屋を借りて住んでいたのですが，そこにある老紳士が住んでいました。私が日本人だとわかると，いろいろ日本のことについて話しかけてきました。老紳士：『君は，日本から来たのかね。君は源氏物語や三島由紀夫を読んだことがあるかね。源氏物語の作者は確か紫の上・・・』私：　『源氏物語の作者は紫式部ですね。紫の上は源氏物語に登場するヒロインですよ。』老紳士：『ああ，そうだったね。私は大学時代の友人が日本文学を学んでいて，その友人の影響で－　10　－