ルフトハンザは旅客機に「サメの皮」を採用：自然のデザインを模倣して効率を向上させ、燃料消費量を最大2％削減できる可能性がある

要約:

ドイツのルフトハンザ テクニックは最近、欧州航空安全局から、開発したバイオニック表面素材「AeroSHARK」をエアバス A330-300 旅客機に搭載し、飛行試験を実施する承認を取得しました。開発チームは、サメ皮の構造的特性を利用して、サメが泳ぐように大型旅客機がより効率的に空を移動できるようにしたいと考えている。

現代の航空業界にとって、常に最大の課題の 1 つは空気抵抗です。

現代の旅客機の胴体は、顕微鏡で見ると非常に滑らかに見えますが、実際にはその金属表面には小さな凹凸構造が多数含まれています。飛行機が時速約890キロメートルの速度で飛行すると、機体の表面に薄い空気の層が付着します。

身体とこの空気層の間には、厚さ約 1 mm の領域があります。粘性副層と呼ばれるこの領域は、小さな渦と空気の乱れの混沌とし​​た無秩序な塊で満たされています。

これらの一見目立たない小規模な乱流が、いわゆる「表面摩擦抵抗」を構成します。研究によると、この種の抵抗は航空機全体の空気抵抗の約半分を占め、したがって燃料消費量と飛行効率に影響を与える重要な要素となります。

航空技術者は長い間、この抵抗を弱める方法を模索してきました。その答えは最終的に海の頂点捕食者から得られます。

サメは非常に滑らかだと思われがちですが、実際にはその皮膚は非常に小さな鱗で覆われています。歯状と呼ばれるこれらの鱗は、規則的な間隔で配置された細長い隆起構造を備えた小型の歯に似ています。

これらの小さなテクスチャは、サメの体の方向に沿って並んでいます。水が流れると、多数の微小渦も形成されます。しかし、真皮の歯の表面にある突起は、これらの渦を皮膚からさらに遠くに閉じ込めることができるため、体表面上の水流の直接的な乱れを軽減できます。

このメカニズムは、サメが海水中をより効率的に高速で泳ぐのに役立ちます。

AeroSHARK のデザインコンセプトは、この自然現象に由来しています。

このシステムは基本的に、表面に幅わずか約 50 ミクロンの多数の微細溝がエンボス加工された特殊なポリマー フィルムの層です。研究者らは、サメ皮の歯の高さ、間隔、形状を正確に模倣することで、サメと同様の抗力低減効果を達成したいと考えている。

取り付け後、このフィルムは大きなフィルムのように航空機の胴体の外側を覆います。この微細な構造の中を空気が流れることで、もともと航空機の表面に形成されていた乱れが整い、空気抵抗が減少し、飛行効率が向上します。

ルフトハンザ テクニックの計算によると、AeroSHARK の現行バージョンでは 1 回のフライトで燃料消費量と二酸化炭素排出量を約 1% 削減できます。今後、翼や尾翼などの部位にもさらに拡大すれば、排出削減効果は２％程度に高まる見込みだ。

今回の試験承認は、AeroSHARK が初めて実用化されたことを意味するものではありません。

実際、この技術は一部のボーイング 777 貨物機および旅客機で商業運航が認定されており、実際の路線運航で多くの経験を蓄積しています。

これまでのところ、AeroSHARK システムはルフトハンザ グループの多くの長距離航空機に搭載されています。同社が発表したデータによると、関連技術は数十万の飛行時間の運航記録を樹立し、航空会社が燃料消費量と二酸化炭素排出量を大幅に節約するのに役立っている。

ただし、エアバス モデルの場合、この A330 認証は特別な意味を持ちます。

A330 は世界で 2 番目に一般的な長距離ワイドボディ旅客機として、今後も長期間にわたり世界の航空会社で運航されることになります。 AeroSHARK が最終的に正式な認証を取得し、広く使用されるようになれば、その潜在的な市場規模は現在の範囲をはるかに超えることになります。

認証作業を完了するために、ルフトハンザ テクニックはドイツのドレスデンで関連する試験計画を開始しました。ディスカバー・エアラインズに所属するA330-300旅客機は、飛行性能、安全性、運航の信頼性に対するこの技術の影響を評価するために、改修を受け、複数回の飛行検証を受ける予定です。

同時に、研究開発チームは次世代 AeroSHARK 素材の開発も進めており、将来的には胴体やエンジンフェアリングだけでなく、翼、水平尾翼、垂直尾翼などのより大きな空力負荷がかかる部分にも適用されることを期待しています。

業界関係者は、航空業界がますます厳しい排出削減要件に直面する中、自然の設計を直接活用する AeroSHARK のようなバイオニック技術が航空効率を向上させる重要な方向性になりつつあると考えています。航空会社にとっては、たとえ燃料消費量がわずか 1% 削減されたとしても、世界の巨大な路線ネットワークにおける大幅な運航コストの削減と二酸化炭素排出量の削減効果を意味します。

エアバス A330 が試験プログラムに追加されたことは、サメの皮から得られたバイオニック技術がより広範囲の民間航空機に拡大していることも意味します。