1月、ボーイングは新型の豪華なワイドボディ機を初飛行させました。777xと呼ばれるこの機体の最大の特徴は、文字通り先端が折りたためる主翼です。主翼は以前のモデルよりも長くなっており、この設計変更により機体全体の燃費効率が向上しています。また、地上では先端が折りたたまれるため、空港のゲートにスムーズに入ることができます。
そして4月末には、ボーイング社は2機目の777x試験機を3時間近く飛行させた。
最大426人の乗客を運ぶように設計された新型777x機は、翼が長く伸び、地上では先端がヒンジで開くという点を除けば、これまで見てきた飛行機と基本的に同じように見えます。まっすぐに突き出た翼を持つ筒状の機体です。
しかし2008年以降、NASAとボーイングは、737やA320といった、最大220～240席程度の小型旅客機に適した、魅力的な翼設計の研究に取り組んできました。その翼の形状は、これまで搭乗したどの機体とも異なります。この斬新な設計の細長い翼は、777xと同様に、燃料消費量の削減が最大の目的である抗力低減を約束しますが、翼下部に追加されたトラスが長い翼幅を支えています。NASAはカリフォルニア州とバージニア州の風洞で、この設計の様々なバージョンをテストしており、最新のテストは昨年秋にラングレー研究センターの風洞で実施されました。
この設計は遷音速トラスブレース翼（TTBW）と呼ばれています。標準的な737の翼幅は約118フィート（約36メートル）ですが、この機体の翼はなんと170フィート（約54メートル）まで伸びます。また、ゲート内に収まるよう、翼端は折り畳むことも可能です。
しかし、そのような構造がもたらす問題は容易に想像できるだろう。「翼が長く細くなれば、より柔軟になります」と、NASA先進航空機プログラムの戦略技術顧問であるリチャード・ウォールズ氏は言う。窓の外を見て、長すぎる翼があちこちで羽ばたき、揺れているのを見たい乗客はいないだろう。
実際、細長い翼が陥りうる悲惨な状況は、空力弾性フラッターとして知られています。ウォールズ氏によると、「間違った周波数」では、フラッターを経験した翼やその他の構造物は壊滅的な破損に至ります。典型的な例は、1940年に崩壊するまでフラッターし続けていたタコマ・ナローズ橋ですが、同じような運命が飛行機の翼にも起こり得ます。NASAエイムズ研究センターの航空宇宙研究エンジニア、ケビン・ジェームズ氏は、そのような翼に起こり得る事態を、強風下で一時停止標識が示すフラッター、曲がり、ねじれに例えます。「細長い翼も同じような状態になりがちですが、そうなったら非常にまずい状況です。乗客にとって良い体験とは言えません」とジェームズ氏は冗談を言います。
それは物理学に関するものです
TTBWのような飛行機の場合、航空宇宙エンジニアは細長い翼を好みます。なぜなら、翼の抗力を低減できるからです。この形状の翼は、理想的には翼端に強い渦ではなく弱い渦を発生させます。渦が弱ければ弱いほど抗力が減少し、燃料節約にもつながります。「翼端、つまり空気から見える範囲以外に翼がない部分では、空気は非常に賢く、翼端を迂回するだけです」とジェームズ氏は言います。「翼を外側に伸ばせば伸ばすほど、より効率的に揚力を生み出すことができます。」
しかし、明らかに、NASA や将来の航空機メーカーは、燃費の良い長い翼が曲がったり折れたりすることを望んでいません。
大型のトラスは必要な支持力を提供し、胴体との接合点を増やし、暴走フラッターを防止します。もう一つの問題は重量です。トラスのない細長い主翼は、剛性と重量が高すぎて燃費効率が相殺されてしまう可能性があります。そもそも、車にスポイラーを取り付けたいと思っても、それが鉛でできているなら、誰も乗りたくないでしょう。
NASAのウォールズ氏は、この新しい翼の構成により、将来のTTBW航空機の燃料消費量を約9パーセント削減できる可能性があると述べている。
この設計のもう一つの利点は、主翼が胴体の中央または下部に取り付けられるのではなく、上部に取り付けられていることです。これにより、航空機メーカーはより大きなエンジンを主翼の下に搭載することが可能になります。エンジン径が大きいほど燃費も向上するため、エンジンが地面に擦れる心配もありません。
ボーイングのような航空機メーカーが実際にこのような設計の飛行機を製造することはないかもしれないが、ウォールズ氏は、2030年代にはこの技術を「正当に検討できる」レベルまで引き上げたいと話している。
一方、可能な限り燃料効率が高く、持続可能な未来の航空機について言えば、NASAエイムズ研究センターのジェームズ氏は、TTBWのような航空機は単なる「足がかり」に過ぎないと考えている。結局のところ、飛行機の効率が高ければ高いほど、電気推進への依存度が高まるからだ。燃料効率の観点から最も優れた設計は、胴体と翼が一体化した、マンタやB-2スピリット爆撃機のような航空機だとジェームズ氏は言う。
