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航空機の風洞試験と、日本の課題

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航空機の風洞試験と、日本の課題
中部経済産業局と C-ASTEC が、名古屋地区に航空機開発用の大型風洞を建設するか否
かの協議を、8月からスタートすることが、6月 28 日付の日刊工業新聞で報道された。
現在、航空宇宙産業における風洞試験で世界をリードしているのはヨーロッパであり、
アメリカ企業からも試験依頼を受注している。ヨーロッパ航空学界の諮問機関のひとつ
ACARE(Advisory Council for Aeronautics Research in Europe)から、特に重要と位置
づけられている風洞が3つある。フランスの ONERA-S1MA、ドイツの ETW、オランダの
DNW-LLF だ。この3大風洞は、それぞれに専門領域が異なり、相互補完してヨーロッパ
の航空宇宙産業の発展に貢献している。
写真=オランダ北部にある DNW-LLF の、直径 12.35 メートル×8枚羽の巨大ファン。手前の
人の姿から、大きさを実感してもらいたい。DNW-LLF はヨーロッパ最大級の風洞であり、離
着陸時の性能を中心とする「低速風洞試験」などをおこなっている
このうち DNW-LLF(ドイツ・オランダ大型低速風洞)は、筆者のウェブサイト上に取
材レポートを載せてあるし、09 年 10 月に名古屋で開かれた、航空宇宙産業におけるオラン
ダ製複合材に関するセミナー(オランダ総領事館主催)でも、プレゼンさせていただいた
ことがある。当時は、まさか日本で大型風洞を建設するような話が持ち上がるとは予想も
していなかったので、単純な施設紹介だけにとどめたが、取材の目的自体は、日本でも同
様の施設を建設ないし誘致可能か否かをリサーチすることにあった。今回は、当該案件を
進めるために克服するべき課題などについて、簡単に触れておこうと思う。
★ 風洞は単体では機能しない
風洞による試験技術がどのように発展してきたのかについて、DNW-LLF のゲオルグ・
エイテルベルク所長は、
「風洞は、実機による飛行試験および航空機の製造現場のノウハウ
と、相互補完しながら発展してきた」と語っていた。
風洞試験は、トンネル内に人工的に起こした気流の中で、ミニチュア模型を使っておこ
なうテストで、当然のことながら、実際に航空機が飛行する環境とは異なる。常に実機試
験で得られたデータと照合し、精度を高めていく必要がある。また、実用レベルの試験を
おこなうには、産業の現場との連携が欠かせない。
では、日本の実機飛行試験のノウハウはどの程度あるのだろうか?
日本に限らず、世界各国の航空法および安全基準は、基本的に欧米のものをベースに定
められている。これは、
「欧米の航空当局は(日本と異なり)、自前の飛行試験施設を備え、
豊富な実証試験に基づいて安全基準を定めている」(ある航空会社の整備部門マネージャ
ー)ため、「航空機の安全性に関し、日本を含む各国とは比較にならない、膨大な量のデー
タを蓄積している」(元重工の熟練エンジニア)ことに由来する。
しかも、航空機の開発・製造は欧米メーカーが中心となっておこなわれ、航空機の利用
量においても、欧米が世界の2大マーケットとなってきた。欧米航空当局の認証に基づき
製造された航空機が、欧米の定めた法に基づき日々フライトをおこなっているということ
は、欧米当局の定めた安全基準の妥当性が、世界各地で今も実地に検証されつづけ、デー
タを蓄積しつづけていることを意味する。
要するに日本は、実証試験のノウハウはほとんど持ち合わせておらず、荒っぽい言い方
をすれば、「安全基準もデータも欧米からの“借り物”に過ぎない」(元重工の熟練エンジ
ニア)。
航空機の製造に関するノウハウも然りで、たとえば最新鋭機のボーイング B787 の主翼生
産も、「ボーイングの技術を使ったライセンス生産であり、日本の技術ではない。サプライ
ヤーとしての仕事を果たすために必要な技術は与えられているが、自前で民間機を開発で
きるわけではない」(元重工の熟練エンジニア)
。これは、MRJ が部品・設計のかなりの部
分を欧米に発注している大きな理由のひとつでもある。
なぜ自前の技術が育っていないのかというと、前述のように、マーケットを説得できる
だけの実証データが蓄積されていないからだ。「単純に空を飛ぶ機械を造るだけであれば、
必要な知識を学べば学生でもできる。ただし、安全基準を満たして型式証明を取得するレ
ベルの技術がなければ、ビジネスとしては通用しない。それが日本のネックとなっている」
(重工の現役熟練エンジニア)
以上のように、日本で風洞を発展させるには、前提として、実証試験と製造ノウハウの
蓄積が必要となる。
写真=オランダが半世紀以上にわたって世に送り出し続けてきたリージョナル航空機のヒット
ブランド Fokker(フォッカー)
。DNW-LLF のエイテルベルク所長は、
「航空機を造る経験・基
盤は、MRO にも風洞にも非常に重要となる」と指摘している。写真の機材は Fokker 50。オラ
ンダの MRO クラスター”Maastricht Maintenance Boulevard(マーストリヒト・メンテナンス・
ブールヴァール)”内にて
★ ミサイルや戦闘機、宇宙船もテストする
DNW-LLF のテスト案件を見ていると、欧米や中国の民間航空機メーカーはもちろん、
ミサイルや戦闘機、宇宙船の試験も数多くこなしている。これらは全て各メーカーのエン
ジニアと二人三脚でおこなわれている。「風洞試験には、大学で学ぶ知識だけではなく、産
業界の知識と経験が重要な役割を占めている」
(エイテルベルク所長)という。
ACARE によるヨーロッパの戦略的重要風洞の認定要件には、
① 初期投資額1億ユーロ(=約 120 億円・記事執筆時の為替レートによる)以上
② 年間研究予算 1,000 万ユーロ(=約 12 億円)以上
③ 外部のメーカーなどに利用を開放していること
──などが定められており、もちろん DNW も、諸条件を全てクリアしている。
このようにヨーロッパでは、風洞試験そのもののレベルアップにも、毎年巨額の研究予
算が投じられている上に、企業からもさまざまなプロジェクトを受注することで、アカデ
ミックなレベルにとどまらず実戦的な実力を日々磨いている。
それでも、1国で全ての分野をカバーできるわけではなく、3大風洞だけでも、オラン
ダ、ドイツ、フランスが1国1風洞と役割分担している。
日本の諸重工も、それぞれ自前で風洞を所有してはいるが、実機の開発にあたっては、
これらヨーロッパの有力風洞に試験を発注している。そもそもの技術レベルもさることな
がら、経験量が圧倒的に違うからだ。
なお、新聞記事内では風洞の老朽化が取り上げられていたが、実際には風洞そのものの
新旧は大した問題ではない。複数の重工 OB エンジニアによると、「ボーイングはワシント
ン大学にある数十年前の古い風洞をいまだに活用している」という事例もあれば、そもそ
も「同じテストでも風洞ごとに異なる結果が出るので、風洞間のキャリブレーション(調
整作業)が必要となる。その調整は使い古した風洞だからこそ可能であって、新しい風洞
を使う場合は、調整ノウハウ自体がリセットされてしまう」という問題もある。
以上のように、MRJ の後継機の開発支援のため風洞を新設する場合、まずは運営ノウハ
ウそのものが課題となる。たとえばエンブラエルや中国の ARJ21 は、DNW などにテスト
を発注している。世界各地のメーカーから、ミサイルや戦闘機などのテストまで受注して
いる風洞でデータを得た競合機種と、マーケットに対する説得力で張り合うには、非常に
高度な技術レベルが要求される。
また、日本一国でヨーロッパに対抗しようと考えるなら、単純計算で、初期投資額 360
億円以上、年間研究予算 36 億円以上が必要となる。実際にはヨーロッパ3大風洞の投資額
と研究予算は、それぞれ ACARE の基準の数倍に達しているので、対抗するには、年間研
究予算だけでも 100 億円では足らないだろう。
そうした諸条件をクリアしない限り、諸外国のメーカーから風洞試験を受注することは
困難だろうし、ノウハウで劣る風洞でテストされた日本製の航空機を、マーケットで認め
させることも厳しいだろう。
★ 「無駄なハコモノ」に新たな1ページを付け加えないために
幸いなことに、今回の案件で関係者の話を聞いた限り、ヨーロッパに張り合うような風
洞は想定していないようだ。無理のない予算で、ヨーロッパ勢が対応しきれないニッチ分
野に特化した風洞という方向で、実現可能性を検証するつもりらしい。
「大事なのはソフト」
という一点を踏み外さない限り、可能性を探る価値はあるだろう。
事業仕分けで感情的な議論が巻き起こったスパコンだが、筆者も 10 年ほど前に「地球シ
ミュレータ」が稼動した際には、「地球上の気象現象を、ほぼ完全に再現できる計算能力を
備えた世界最高のスーパーコンピュータ」というキャッチコピーに、胸躍らせた一人だ。
ところがこのスパコン、一度の計算で膨大なコストが発生するため、能力を発揮する機会
はほとんどなかったのが実状である。
航空機産業との関わりでも、「航空機が竜巻に巻き込まれた場合どうなるのか(気候の変
動が進むであろう今後、決して軽視できる事態ではない)
、実証試験など不可能なので、地
球シミュレータで検証してほしいと依頼したが、計算ソフトの開発には巨額の予算が必要
となるので実現しなかった」(元重工の熟練エンジニア)といったエピソードがある。大事
なのはソフトである。
風洞について今言えることは、
① 日本には十分な試験ノウハウがない
② 試験ノウハウの確立には、実機による飛行試験と、実際の航空機の開発経験が必要
③ 上記いずれも、日本単独では欧米勢には到底及ばない
④ ただしニッチな分野での試験ニーズは、ないわけでもないらしい
──これらを踏まえて突破口を探るなら、第一歩は次のようなものとなるだろう。
豊富なノウハウを備えたヨーロッパの風洞試験機関に、建設も運営も委託する
ただし“ニッチ分野の試験”に日本の予算で協力する以上、共同出資で一定の責任を負
ってもらうことは必要だ。さらに、日本人エンジニアも一定数以上を雇用することを、交
換条件で認めさせなければならない。時間をかけて風洞試験のノウハウを吸収することは
もちろん、外国のエンジニアが中核を占めるチームに参加して仕事をする経験は、価値あ
るものとなるだろう。ノウハウ・経験・実績を蓄積し、将来は世界で活躍できるエンジニ
アとして巣立ってもらえれば、日本の航空機産業発展の布石ともなるはずだ。
原発事故の後始末と震災の復興に、どれだけの国家予算が必要となるか。その確保に、
どれだけの増税が必要となるか。この記事をお読みいただいている読者諸氏も、その子や
孫も、(日本国外に移住しない限りは)その負担者となる。航空機産業関係者であれば、今
回の風洞が実現した場合は、直接・間接にユーザーともなり得る。以上を念頭に、大勢の
人々に意見表明・議論参加をしていただければ幸いである。
文責:石原達也(ビジネス航空ジャーナリスト)
ビジネス航空推進プロジェクト
http://business-aviation.jimdo.com/
※ DNW-LLF や MRO クラスターの取材レポートはこちらへ
略歴
元中部経済新聞記者。在職中にビジネス航空と出会い、その産業の重
要性を認識。NBAA(全米ビジネス航空協会)の 07 年および 08 年大
会をはじめ、欧米のビジネスジェット産業の取材を、個人の立場でも
進めてきた。日本にビジネス航空を広める情報発信活動に専念するた
め退職し、08 年 12 月より、フリーのジャーナリストとして活動を開
始。ヨーロッパの MRO クラスターの取材を機に、C-ASTEC とも協
力関係が始まり、現在に至る
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