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宇宙航空研究開発機構

乱気流事故防止機体技術の実証(SafeAvio)

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2017年3月13日
飛行実証試験で乱気流検知装置の性能を確認

SafeAvioプロジェクトは、2017年1月14日から2月10日までの期間、乱気流事故防止システムを実験用小型ジェット機に搭載し、晴天乱気流検知性能を確認する飛行実証試験を行いました。今回JAXAが開発した乱気流事故防止システムは、...[続く]

国土交通白書(2010年)によれば、我が国の過去10年の航空事故のうち、50%超が乱気流を原因としています。現在の旅客機は事前の気象予報や機体に搭載した気象レーダーを使用することにより、雨雲を伴った乱気流をある程度予測することは可能ですが、雨雲を伴わない乱気流(晴天乱気流)を事前に察知することは困難です。もし事前に乱気流を察知することができれば、乱気流のエリアを迂回したり、迂回できなかったとしてもシートベルト着用サインを出したり、客室サービスを中断するなど、さまざまな対応が可能になり、事故の低減が期待できます。
「乱気流事故防止機体技術の実証(SafeAvio)」では、これまで検知が不可能だった晴天乱気流を検知できる、航空機搭載用のドップラーライダーを開発し、パイロットへ乱気流情報を提供する「乱気流事故防止システム」を飛行実証します。さらに検知した乱気流情報と航空機の自動姿勢制御装置を組み合わせ、乱気流による急な機体の揺れを抑える「機体動揺低減技術」の開発を目指します。

SafeAvioの運用概念
(巡航中に乱気流を検知したら機体動揺を低減する。着陸進入時に乱気流を検知したらパイロットに警報を出し着陸復行する)

乱気流事故防止システム

ドップラーライダーは、航空機からレーザー光を放射して、大気中に浮遊するエアロゾル(微細な水滴やチリなど)からの散乱光を受信し、ドップラー効果による光の波長変化を調べることにより、波長変化による気流の変化、すなわち乱気流を求めることができます。これにより多くの航空機に搭載されている気象レーダーで検知できなかった晴天乱気流を検知することが可能になります。

旅客機が巡航する10km以上の高高度では、エアロゾルが減少し散乱光が弱くなるため、より強力なレーザー光が必要になります。JAXAでは2011(平成23)年に重量が約150kgで、高度12,000mの高高度において約9km先の乱気流を検知することが可能なドップラーライダーを開発し、高高度でも乱気流検知できることを飛行実証しました。2012(平成24)年2月には晴天乱気流の事前検知に世界で初めて成功しています。

ドップラーライダー性能・仕様(2011年)
観測距離 1~30km
空間分解能 300m
出力レート 1Hz
重量 148kg
消費電力 1,875W

これまで開発してきたドップラーライダーは、離着陸時のような低高度・低速度時のみの使用であれば、更に小型化することが可能で、技術的に十分実用化できるレベルに達しています。この技術により、着陸進入中に乱気流を検知した場合に、危険を回避できるようパイロットに警報等で知らせます。


動画:乱気流遭遇時の客室内のシミュレーション結果(1分02秒) 左は通常の乱気流遭遇時の客室内。右は機体動揺低減技術で上下の揺れ(上下加速度)を半減できた場合の客室内。

機体動揺低減技術

一方高高度においては、小型化・高性能化を目指すだけではなく、2つのレーザー光により検知し、推定した気流ベクトルデータを元に舵面(航空機の姿勢をコントロールする動翼(エルロンなど))を自動制御し、機体の揺れを低減させる「機体動揺低減技術」の研究開発を進めています。これらの技術により乱気流事故の半減を目指します。

機体動揺低減技術のシステム概念
(乱気流検知装置で検知した乱気流を、制御計算機により解析し、揺れを低減するよう舵面を制御する)

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