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旅客機の進化は軽量化との戦い

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この記事では旅客機の進化について話したいと思います。

まずは航空機、その歴史を簡単に振り返ります。

Contents

航空機の歴史

ライト兄弟が人類最初の動力飛行に成功したのは1903年12月17日、その時の飛行記録は12秒間で飛行距離は約37ｍだそうです。その時から120年・・・今も進化し続けています。

航空機は旅客機だけじゃない

航空機というと、飛行機やヘリコプターなどが思い浮かびますが、実はもっと多様な形や機能を持つ航空機が存在します。例えば、ドローンやロケット、気球なども航空機の一種です。これらの航空機はどのようにして発明され発展してきたのでしょうか？歴史を振り返ってみましょう。

航空機の始まり

最初の航空機は、紀元前に中国で発明された凧です。凧は紙や布を竹などで支えて風にあげることで飛ばすことができます。凧は当初は娯楽や信号などに使われていましたが、後には気象観測や軍事などにも応用されることで世界中に広まり、さまざまな形や色に工夫されました。

次に登場したのは、18世紀にヨーロッパで発明された気球です。気球は熱気や水素などで満たした袋を空気より軽くすることで飛ばすことができます。気球は人類初の有人飛行を実現しましたが、風の影響を受けやすく方向や速度を自由に制御することが難しかったのです。今、気球は観光や科学観測などに使われています。

航空機の進化が加速

翼を持つ航空機が主流となり飛躍的に進化します。

19世紀：翼を持つ航空機の研究が進歩

19世紀に入ると、翼を持つ航空機の研究が進みました。翼は空気の流れによって揚力を生み出し重力に抗して飛ぶことができます。翼の形や角度などを工夫することで、さまざまな飛行特性を得ることができます。そんな翼を持つ航空機には、グライダーや飛行機、ヘリコプターなどがあります。これらの航空機はエンジンやプロペラなどで推進力を得ています。

20世紀：航空機の性能や用途が飛躍的に向上

20世紀に入ると、航空機の性能や用途が飛躍的に向上しました。飛行機はジェットエンジンやターボファンエンジンなどの高性能なエンジンを搭載し、音速や超音速で飛ぶことができるようになりました。飛行機は旅客や貨物の輸送だけでなく、戦闘や偵察などの軍事目的にも使われました。ヘリコプターは回転翼によって垂直離着陸やホバリングができるようになり、救急や消防などの救助活動や建設や農業などの産業目的にも使われました。

21世紀：新しい種類の航空機が登場

21世紀に入ると、新しい種類の航空機が登場しました。ドローンは小型の無人航空機でリモコンやスマートフォンなどで操作できます。ドローンは趣味やスポーツだけでなく、写真や映像の撮影や配達などの商業目的にも使われています。ロケットは宇宙空間に到達できる航空機で固体燃料や液体燃料などで高速で飛びます。ロケットは人工衛星や探査機などの打ち上げ、有人宇宙飛行などに使われています。

人類の夢

航空機は人類の夢であり、挑戦であり、進歩です。

「空を飛びたい」この願望が人々を突き動かしてきたのですが、ドローンの出現がありついに一人乗りで空を飛べる時代になったのです。

旅客機の取り組み

現在も、日々研究に取り組んでおり更なる軽量化で燃費改善を目指しています。

環境保護の観点から

新素材
バイオ燃料
水素燃料
電気モーター利用

などいろいろな取り組みを行っています。

まだまだ実用化とは行きませんがどこかで突破する足掛かりを掴むと期待しています。航空機はこれからもさらに進化し続けるでしょう。

旅客機の軽量化と燃費改善

ここからは旅客機の軽量化と燃費改善についてお話しします。

軽量化が必要な理由

旅客機の軽量化とは、なぜ必要なのでしょうか？それは、燃費改善のためです。燃費改善は、なぜ重要なのでしょうか？それは、先ほども述べたように環境保護とコスト削減のためです。

旅客機は、

大量の燃料を消費
燃料は、二酸化炭素や窒素酸化物などの温室効果ガスを排出
温室効果ガスは、地球温暖化の原因となる
地球温暖化は、気候変動や海面上昇などの深刻な問題を引き起こす

したがって、旅客機の燃料消費量を減らすことは、環境保護に貢献することになります。

燃費改善が利益に直結する

また、燃料は、旅客機の運航コストの大部分を占めます。

燃料価格は、市場の変動によって上下する
燃料価格が高くなると、運航コストが増加
運航コストが増加すると、航空会社の利益が減少
航空会社の利益が減少すると、サービスの低下や値上げなどの影響が旅客に及ぶ

したがって、旅客機の燃料消費量を減らすことはコスト削減につながります。その結果、利益につながるということです。

以前は給油のために乗り継ぎがあった

昭和の時代には航続距離が今のように伸びていませんでした。そのため長距離路線ではアンカレッジ空港などに寄港して燃料補給する必要があったので乗り継ぎが一般的でした。しかし、軽量化と高効率化で航続距離が伸びた現在、給油で乗り継ぐことはまずないでしょう。

旅客機の軽量化

では、旅客機の軽量化は、どのようにして行われるのでしょうか？主な方法は、次の3つです。

1.素材の変更

旅客機の素材を、従来のアルミニウム合金から、カーボンファイバーやチタン合金などの軽くて強い素材に変更します。これにより、旅客機の重量を約20％削減できます。

ご存知ですか？旅客機の窓が大きくなっているのを！

素材の強度が上がり窓が大きくとれるようになったので以前と比較すると一目瞭然です。この取り組みはお客様の要望でサロンカーや豪華列車のように大きな窓にして欲しいというニーズに応えたものです。さすがに全面ガラス張りとは行きませんがこれも企業努力の賜物です。

JAL公式HPより

2.構造の最適化

旅客機の構造を、空気抵抗や応力分布を考慮して最適化します。例えば、翼や尾翼の形状を変えたり、胴体や窓枠を細くしたりします。これにより、旅客機の重量を約10％削減できます。

実は塗料は重いのです

機体には塗装処理が行われていますよね。実は意外と重量があるり最新鋭機でも150Kgほどあります。それでも塗装するのは機体表面のざらざらを減らして空気抵抗を減らすためです。また機体の腐食防止にも一役買っています。貨物機では塗装を最小限にし金属を剥き出しにした飛行機が飛んでいました。しかし保護する塗装がないのでメンテナンスに費用がかかる傾向にあります。

デカールによるラッピング

デカール（DECAL）とよばれる絵柄が印刷されたシールを機体に貼り付ける手法です。貼り付けるデザインをおよそ1~2m程度に分割して印刷したパーツを、パズルのように現地で貼り合わせて絵柄を表現します。バスやタクシーで派手な広告を貼り付けて走っていますよね。

JAL公式HPより

実は塗装と比較して、絵柄の複雑さによる作業時間の増減が少なく工期を短縮できるため、近年普及してきています。飛行機の胴体や搭乗口付近などのワンポイントの表現はデカールラッピングが採用されることが多いようです。

また、使用されるデカール材は、飛行時の高度や気温の上下に耐えられるような航空機専用の高機能な材料が使用されます。

3.機能の統合

旅客機に搭載される様々なシステムや装置を統合し、重複や無駄を排除します。例えば、電源や通信や制御などのシステムを一つにまとめたり、座席やトイレやキッチンなどの装置を軽量化したりします。これにより、旅客機の重量を約5％削減できます。

以上のように、旅客機の軽量化は、燃費改善に大きく寄与する技術です。

軽量化によるリスク

しかし、旅客機の軽量化には、まだ課題もあります。例えば、軽量化した素材や構造が安全性や耐久性に影響しないかどうかを検証する必要があります。また、軽量化した旅客機の製造や保守にかかるコストが、燃費改善による利益を上回るかどうかを評価する必要があります。さらに、軽量化した旅客機の性能や快適性が、旅客の満足度に影響しないかどうかを調査する必要があります。