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飛びながら変形する未来の飛行機

A Radical New Wing

2019年5月4日(土)15時00分
アリストス・ジョージャウ

新しい翼は離陸、巡航、着陸の各段階に適した形状に変幻自在に変化する Eli Gershenfeld, NASA AMES RESEARCH CENTER

<まるでアニメの変身ロボ――飛行状況に合わせて最適な形状に変化する翼をNASAとMITが開発>

NASAとマサチューセッツ工科大学(MIT)の研究者は、多数の小さな「サブユニット」で構成される新タイプの飛行機の翼を開発。学術誌スマート・マテリアルズ・アンド・ストラクチャーズで発表した。

この翼は製造工程に大きな柔軟性をもたらすもので、将来的に航空機製造の生産性向上が期待できると、研究者は言う。

「主な目標は『ボクセル』という材料ブロックを使い、製造工程をデジタル化することだ。ボクセルはより大きな構成部品に組み立てることができる。構成部品の機能は細かく設定することが可能で、高度な機能を低コストで実現できる」と、MITの大学院生ベンジャミン・ジャネットは言う。「このプロセスには可逆性がある。つまり完成後の手直しや部品の形状変更が可能であり、目的に合わせて自由に調整できる」

通常、翼は補助翼のような可動部を使って飛行機の機体を制御する。しかし、この新しい翼はその形状を飛行中に変えることができる。剛性を持つ部品と柔軟性を持つ部品を組み合わせることで、翼全体またはその一部を曲げられるようになっているからだ。

研究者は同一の形状を持つ小さなサブユニット(ボクセル)を組み合わせて格子構造をつくり、それを薄いポリマー素材で覆った。そのため翼の内部は大部分が空洞で、剛性を保ちながら低密度を実現している。この格子の剛性度はゴムと同等だが、密度は1000分の1程度だ。

エネルギー効率を改善

翼が変形可能になれば、離陸、巡航、着陸の各段階に適した形状に変化させることができる。研究者によると、これによって従来の翼よりずっと軽く、燃費性能が高い設計が可能になる。「異なる角度の空力の負荷に翼の形状を適応させることで、エネルギー効率を改善できる」と、論文の筆頭執筆者であるNASAエームズ研究センター(カリフォルニア州)のニコラス・クレーマーは述べている。

現行の翼は研究者の手作りで、長さ約5メートル程度の小さなものだ。複数の自律型ロボットを組み合わせれば容易に翼の組み立てが可能で、射出成形によって各部品をわずか17秒で製造できるという。

「今は製造法を見つけた段階」だと、ジャネットは述べている。「これから工作機械設備への投資が必要だが、その後は部品を安くつくれるようになる」

新しい翼のデザインが小さなサブユニットで構成されているという事実は、翼の形状の自由度が大幅に増すことを意味する。「どんな形状でも望みどおりにつくれる」と、ジャネットは言う。「ほとんどの航空機が同じ形状なのは製造コストのためだ。それが最もエネルギー効率の高い形とは限らない」

つまり、この翼はもっと効率的な、例えば機体と翼の構造が一体化した航空機の開発につながる可能性があるということだ。「私たちのアプローチが、将来のさまざまな輸送手段の性能向上、ひいては資源の節約を実現することを願う」と、ジャネットは言う。「この低コストのアプローチは、新しい輸送手段の武器になるかもしれない」

<本誌2019年04月23日号掲載>

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