ケース スタディ
飛行の未来を想像する
TE は Orville Wright の 150 回目の誕生日を記念し、航空設計におけるイノベーションを実現する技術を考察します。
著者
Matt McAlonis、エンジニアリング フェロー、航空宇宙部門
航空分野のパイオニアである Orville と兄の Wilbur は、世界初の動力飛行機 (有名な二翼式の「複葉機」) を制作および操縦することに成功しました。 布張りの複葉機から大きな進歩を遂げる間、私たちは飛行の分野で複雑な課題に直面しては前進し続けてきました。今なお、航空の未来は、ライト兄弟の不屈の精神と高度な設計技術に導かれています。
世界的なパンデミックからの復活
最近の世界的なパンデミックは、民間航空機ならびに裾野産業に大きな打撃を与えました。Cirium のデータによると、2020 年 1 月における世界の民間ジェット機の数は約 25,000 機でしたが、4 か月後にはその 3 分の 2 が待機状態となっていました。この課題に対処する戦略は次のとおりです。
1. 数千機に及ぶ待機中の航空機を稼働させるための追加の検査とメンテナンスを提供する。長期間飛行していない航空機は、腐食、風化、ほこり、昆虫や営巣した鳥などの侵入生物、駐車中の航空機に影響を及ぼすその他の環境的ストレスがないか、検査する必要があります。1
2. 乗客の衛生状態向上のために客室環境を最適化するには、次のような確立された新しい技術を使用する必要があります: 飛行の合間に機内の衛生処理プロセスを強化する。ホスピタル グレードの HEPA (High Efficiency Particulate Air) フィルタを持続的に使用して、1 時間あたり最大 30 回の換気で約 50％ のろ過空気と 50％ の外気を混合する。また、新しいデータ モデルを使用して、客席と呼吸ゾーンを最適化する。2
航空機利用客数が回復するにつれ、機体のメンテナンスが向上し、よりクリーンな客室環境に対する乗客の期待が高まると同時に、業界ではさらなるイノベーションが推し進められています。
乗客のコネクティビティ開発
1903 年、ライト兄弟は、世界初の動力飛行機の持続的な管制飛行に成功しました。 当時、この大ニュースに対する反応は冷淡なものでした。
今日の乗客は、インターネット、ソーシャル メディア、客室娯楽 (IFE) へのシームレスなコネクティビティにより、ニュースなどの情報にアクセスできることを期待しています。乗客の接続を確保するには、次のことが必要です。
1. オペレーティング システムに関係なく、乗客が各自のデバイスを使用できるように、ワイヤ インタフェースとワイヤレス インタフェースをサポートする「バックエンド」システムを備えた航空機を構築する。
2.ギガヘルツの速度でビデオのストリーミングを可能にする光ファイバ ケーブルなど、高速ケーブルおよび配線を使用して、より高い帯域幅に対応する。
音速飛行と持続可能性の発展
コンコルドの最終飛行から約 20 年後、2 倍の速さで移動できる超音速ジェット旅客機が再び開発される一方で、空の旅が環境に与える影響についての懸念が高まりつつあります。今日の航空イノベータは、ゼロ カーボンを目標とする、次のような設計エンジニアリングと持続可能性の進歩によってこれに応えています。
1. バイオ燃料や合成灯油などの持続可能な航空燃料を配合して、炭素排出量を削減し、「より環境に優しい空」を作り出す。
2. 軽量化と燃料費および消費量の削減に役立つ革新的な材料と小型電子機器を使用して、航空機を軽量化する。ジェット燃料を 1 キログラム節減するたびに、3.16 キログラムの CO2 排出量が削減されます。4
電動飛行の開発
電気自動車が自動車産業に革命を起こしているように、電動航空機は持続可能性を高め、空の旅の利便性を実現します。都市や郊外の上空を飛行することで交通渋滞が回避され、電動回転翼機を使用することで騒音と CO2 排出量が大幅に削減されます。
しかし、実用的なアーバンエア/アドバンスドエア モビリティ (UAM/AAM) の「エア タクシー」(電気駆動の垂直離着陸機 (eVTOL)) の設計には、次のような新たに生み出される複雑な課題があります。
1. 500 フィート (150 メートル) という低高度で都市の上空を 50 マイル以上航行すると、航空交通管制、センサ、データ処理、およびコネクティビティに新たな要求が課せられます。高速スイッチ ファブリック バックプレーンや光インターコネクションなどの防衛航空業界からの技術の移行により、自律型 UAM 航行に必要な膨大な帯域幅を提供できます。
2. 民間の電動飛行を経済的に実行可能にするために、eVTOL 航空機および UAM/AAM 航空機のバッテリー充電を数時間ではなく数分で行う必要があります。特殊なケーブル、コンタクタ、およびスイッチは、急速充電中に発生する高電圧、電流、および温度に対処できます。バッテリーの軽量化、エネルギー密度、急速充電により、イノベーションの機が熟しています。機体に過度の重量を加えることなく離陸と着陸のピーク電力を供給するために、バッテリーの設計と配合が開発されています。これは、ライト兄弟が熟知していた重量と電力のトレードオフの関係です。
Avionics デジタル マガジンの 2021 年 2 月/3 月 EVTOL 号によると、エア モビリティ企業は 2020 年に 13 億ドルの追加民間投資を調達しました。これは、2019 年に比べて 80％ の増加です。5
無限のその先へ
最近、民間宇宙飛行の出現により、私たちは航空のまったく新しい時代を目の当たりにしました。この新しい航空分野がどのように進化し、拡大し続ける業界で私たちがどのようにイノベーションを継続できるかを見るのは、大きな喜びです。
近年の課題をよそに、航空イノベーションは、ライト兄弟が誇りに思うであろう効率的かつ持続可能な技術を航空機と接続するという、大胆なビジョンのもとで継続しています。
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