超音速旅客機開発における数値流体力学シミュレーション

摘要

オリンピックの標語でもある「より速く」というフレーズは人類のスピードに対する憧れを示しており，航空機は，其の憧れと人や物の地球的移動の社会的必要性が相まって進化してきたのである．動力による初飛行は1903年Wright兄弟によって達成され，最初の超音速飛行は1947年にBell-XS-1に乗った米空軍大尉Chuck Yeagerによって成されている．また，現在のところ最初で最後の商用超音速旅客機であるConcordeは，初飛行が1969年，営業運航開始が1976年である．超音速機に関して言えば，その後30年，軍用機は進化し新機種がいくつか出現したが，一般旅客のためのSST（超音速旅客機）の新機種は実現していない．それどころか離陸時の事故がきっかけでConcordeは2003年に運航終了となっている．一方で，政治経済から観光娯楽に至るまで人々の活動が地球規模になってきている現在，高速で（つまり短時間内に長距離）移動できる超音速機を望む声は小さくない．これまでも，実現には至らなかったが欧米などでは継続的にSSTの改良について研究が行なわれてきている．最近では例えば，米国のQSP (Quiet Supersonic Platform)計画が話題となっている．我々に見える限りにおいて，米国QSPは商用民間機として旅客10人程度のビジネス超音速機開発を近い将来のターゲットとしているようである．勿論，日本でも超音速旅客機の研究は行なわれている．以下に2つの研究を紹介する．両方とも数値流体力学(CFD)と分類されるシミュレーション技術が大きな役割を果たしている．まず，2章では，1995年から始まったNEXST (National Experimental Supersonic Transport)プロジェクトについて述べる．これは，現在JAXA（宇宙航空研究開発機構）の一部となった旧NAL（航空宇宙技術研究所）の主導の下に行なわれている．ポストConcordeを意識した，次世代SST開発のための新しい空力要素技術と進化した空力設計手法の確立を目指したプロジェクトで，実際のSSTの1/10縮尺モデル機が製作された．このプロジェクトでは，CFD（数値流体力学）シミュレーションによる数理設計を進化した空力設計手法（技術）として位置づけ，設計手法自体が研究対象とされた．また，製作されたモデル機は研究成果であるシミュレーション設計技術を駆使して設計された．続く3章では2004年から東北大学流体科学研究所で始まった，革新的なコンセプトを用いた複葉型SSTの基礎研究について簡単に述べる．大胆な発想を仮想現実の航空機で試し実際の設計開発に生かすことが，計算機シミュレーションの機動性と経済性の恩恵の下で可能になりつつあることを示したい．