航空機用先進システム基盤技術開発に関する
（先進パイロット支援システム）
評価用資料
平成２４年１１月２９日
第１回航空機関連分野技術に関する 施策・事業評価検討会 資料６－３－２2
目 次
頁 1． 事業の目的・政策的位置付け………１ 1-1． 事業の目的………１ 1-2． 政策的位置付け………１ 1-3． 国の関与の必要性………２ 2． 研究開発目標………４ 2-1． 研究開発目標………４ 2-2． 全体の目標設定………８ 2-3． 個別要素技術の目標設定………８ 3． 成果、目標の達成度………１１ 3-1． 成果……….……１１ 3-1-1． 全体成果 3-1-2． 個別要素技術成果 3-1-3． 特許出願状況等 3-2． 目標の達成度……….…２１ 4．事業化、波及効果………２３ 4-1． 事業化の見通し………２３ 4-2． 波及効果………２４ 5． 研究開発マネジメント・体制・資金・費用対効果等………２５ 5-1. 研究開発計画……….２５ 5-2． 研究開発実施者の実施体制・運営……….…２７ 5-3． 資金配分……….………２９ 5-4． 費用対効果……….………３０ 5-5． 変化への対応……….……３０1 １． 事業の目的・政策的位置付け １－１． 事業目的 航空機は自動車、鉄道、船舶と並び、長距離・高速輸送手段のひとつとして その地位を確立したが、墜落事故の発生確率は下げ止まり状態である。そのた め、航空輸送量が増大すれば墜落事故は確実に増加するものと懸念され、墜落 事故の発生確率を下げることが航空安全確保のために急務である。墜落の要因 は、機体故障やヒューマンエラーが多く、General Aviation (小型航空機) におい てはジェット化が進むなか、高高度での飛行中に乱気流に遭遇する危険性が高 まること等が予想される。こうした要請を受け、気象レーダーでは検知できな い突風領域を避けて飛行しつつ、仮に機体故障や突風等が発生しても安全に飛 行を継続する知的な飛行制御システムを備えるとともに、パイロットの操縦性 をこれまで以上に向上させた操縦支援システムの開発を行うことを目的とする。 １－２． 政策的位置付け 航空機分野の「技術戦略マップ２０１０」で、次の通り設定されている。 （１）導入シナリオ 研究開発の取り組みの装備品（システム）技術の機体・運航安全性分野とし て、「パイロット操縦負担軽減技術」が示されている。 2010 年航空機分野の技術戦略マップ
2 （２）技術マップ、技術ロードマップ 装備品（システム）技術／飛行安全技術／パイロット支援技術の重要技術が、 同じく２０１０年の技術ロードマップロードマップに示されている。 （３）世界の動き ａ．欧州で発表された航空技術の将来目標「European Vision 2020」で は事故確率を５分の１に低減することが謳われている 。 １－３． 国の関与の必要性 General Aviation（小型航空機）の事故確率は旅客機に比べて突出しており、 安全性向上技術の研究開発等の対策が必要である。米国運輸安全委員会（NTSB: National Transportation Safety Board）の資料では、General Aviation の事 故発生確率は、全事故で約 30 倍、また死亡事故では 100 倍以上となっている。 （図１参照）
図１ General Aviation（小型航空機）と旅客機の事故発生確率 （米国：1998 年～2007 年の NTSB 資料）
3 General Aviation（小型航空機）は旅客機に比べて、パイロットの操縦ミス に起因する事故が多いが、その背景として次に示す要因がある。 ａ．緊急事態への対応訓練が不十分 ｂ．飛行時間が短く相対的に離発着回数が多い ｃ．パイロットワークロードが高い（低空域での作業、ワンマン運航 等） ｄ．整備体制が不十分 等 ｅ．機能面および性能面で、悪天候への備えが不十分 また、これらの事故のほとんどは、 ① 故障や突風等により機体の操縦特性自体の悪化による操縦困難 ② 機体の操縦特性自体に問題はなくても、悪天候等による操縦困難 によるものである。 こういった厳しい外的要因に対しては、シミュレータ等による訓練を十分に 積んでいる旅客機のパイロットに比べて、General Aviation（小型航空機）のパ イロットはその機会が尐ない。そのため、General Aviation（小型航空機）に対 応可能な安全性向上技術として、このような悪条件下においてパイロットの操 縦を支援するシステムの研究を進める必要がある。 「先進パイロット支援システム」は、上記①に対しては、故障による機体の 制御自体が困難や突風等、機体の制御自体が困難な場合に、制御による特性補 償を行う「知的制御システム（耐故障飛行制御システム、突風対応制御システ ム）」を、上記②に対しては、目標経路からからの逸脱や飛行状況の変化をパイ ロットに早期に感知させる「知的操縦支援システム」を開発することにより、 事故の発生確率を低減させることを目指す。 「先進パイロット支援システム」の研究、実証、運用には安全性が直接絡む ので、各段階での適切な検証が必要であり、尐なくともその研究の方向性につ いて明確な展望を有しておくことが重要である。我が国では幸いにして大学や 産業界に於いてこの方面の基礎研究が行われており、これらのシーズを運航会 社のニーズにうまく結びつけ、更に世界的にも高い水準にある研究所の飛行実 証技術を有効に活用した研究を行うことにより、世界をリードする事が可能と なる。 国産ジェット旅客機の開発がスタートした現状において、機体の開発のみな らず、本研究で扱うような「先進パイロット支援システム」の研究開発を推進 することが重要である。「知的制御システム」及び「知的操縦支援システム」は 飛行機の頭脳というべき機能であり、高い付加価値を有するため、将来の国産 航空技術の差別化技術となりうるとともに他の技術分野への波及効果も大きい ので、国家的技術戦略としても重要である。
4 ２． 研究開発目標 ２－１． 研究開発目標 （１）耐故障飛行制御システム 「耐故障飛行制御システム」の概要を図２－１．１に示す。 General Aviation（小型航空機）に対応可能な安全性向上技術として、高価格の 機器類を装備することなく、機体の一部欠損や操縦系統の故障に対応すること が可能な耐故障飛行制御システムを開発し、実証試験用無人機（図２．１－２） を用いて実環境で飛行実証を行う。 図２－１．１ 耐故障飛行制御系の概要 【通常の機体】 【故障機構付の機体】 図２－１．２ 実証試験用無人機
5 【本研究の緊急性】 ① 軍用機に限定された米国の開発状況 ＮＡＳＡによる軍事技術として研究が推進されているが、制御能力の制 限された民間機への研究事例はない。 注）２００８年春、ロックウエルコリンズがＦ－１８スケール モデル機により、右主翼の半分近くを損失させＡＳＡＣ (Automatic Supervisory Adaptive Control) により飛行維持に成功
出典： ロックウエルコリンズのホームページより ② 航空機開発における要素技術の重要性 ＭＲＪの国産開発が始まり、航空機開発のポテンシャルが高まっている が、要素技術は世界に遅れている。 飛行機の頭脳である飛行制御技術に日本発の差別化技術が必要である。 （２）突風対応制御システム 「突風対応制御システム」の概要を図２－１．３に示す。 宇宙航空研究開発機構（ＪＡＸＡ）所有のライダーが検知した突風に対して、 突風を避ける飛行経路を自動的に生成する突風回避制御システム、また、突風 を避けられない場合は自動的にその影響を軽減する突風軽減システムを開発し、 実験用航空機 MuPAL-α（図２．１－４）で飛行実証を行う。 図２．１－３ 突風対応制御システムの概要
6 図２．１－４ 実験用航空機 MuPAL-α 【本研究の緊急性】 ① 日本が世界に誇るライダーによる突風検出技術を活かす飛行制御技術 半導体レーザーを利用した世界最先端の突風検出小型ライダーを活かす 飛行制御技術の実用化を行い、日本発の最先端技術として確立する。 注）ＪＡＸＡでは、独自研究としてライダーの計測レンジを着実に 伸ばし、飛行実験で前方の乱気流を検知。 計測レンジ１０ｋｍのライダーの飛行実証を目指して、MuPAL-αへの搭載を進めている。 ② 航空機の快適性、安全性を格段に向上できる差別化技術 今後開発される国産ビジネスジェット、ＭＲＪの次の国産ジェット旅客 機の差別化技術として搭載する。 （２）知的操縦支援システム 「知的操縦支援システム」の概要を図２－１．５に示す。 General Aviation（小型航空機）に適用されているような操縦桿と舵面が直接機 械的に連結されているだけのシステムにおいても、操縦桿を通して、適切な操 舵反力をパイロットに伝えることにより、パイロットワークロードを軽減する 知的操縦支援システムを開発し、評価用シミュレータ（図２－１．６）で地上 実証を行う。
7 図２－１．５ 知的操縦支援システムの概要 図２０１．６ 評価用シミュレータ（反力生成装置付） 【本研究の緊急性】 ① 航空交通量増大と General Aviation（小型航空機）運用ニーズの高まり 航空交通量増大に伴う空域の混雑に対応するため、世界的に次世代航 空交通システムの研究開発や導入が進められているが、その対象は大 型機中心である。一方、空港拡張などにより General Aviation（小型航 空機）の運航ニーズは高まっており、多数の大型機で混雑する空域で の安全な小型航空機の運航の確保が急務となっている。
8 ２－２． 全体の目標設定 「先進パイロット支援システム」の研究では、最終的には実機採用を目指すものであ り、その有効性を実証する必要がある。研究自体の安全性にも十分な配慮を行い、対象 となる研究のフェーズに適した確認試験を行い着実なステップで実証を進めていく。 全体の目標を、表２－２．１に示す。 表２．２－１ 全体の目標 目標・指標 設定理由・根拠等 先進パイロット支援システムの実証を 実施 対象となる研究のフェーズに適した 確認試験を行い、着実なステップで実 証を進める ２－３． 個別要素技術の目標設定 個別要素技術の目標を表２－３．１に示す。 表２－３．１ 個別要素技術の目標 要素技術 目標・指標 設定理由・根拠等 耐故障飛行制御システム 実証試験用無人機による、 実故障時の飛行実証 実証用無人機による 安全性確保 突風対応制御システム MuPAL-αによる、飛行実 証 MuPAL-αの機能活用に よる飛行実証 知的操縦支援システム 評価用シミュレータによ る地上実証 パイロッ ト評価 によ る 地上実証
9 （１）耐故障飛行制御システム この研究開発では、実飛行環境下での機体の一部欠損や操縦系統の故障に対 応可能な耐故障飛行制御システムの、実証試験用無人機による飛行実証を目指 す。具体的な目標・指標および妥当性・設定理由・根拠等を、表２－３．２に 示す。 表２－３．２ 目標・指標および妥当性・設定理由・根拠等 （２）突風対応制御システム この研究開発では、突風回避技術及び突風軽減技術を開発し、MuPAL-αの機 能を活用した飛行実証を行うことを目指す。具体的な目標・指標および妥当性・ 設定理由・根拠等を、表２－３．３に示す。 表２－３．３ 目標・指標および妥当性・設定理由・根拠等
10 （３）知的操縦アシストシステム この研究開発では、操縦桿を介して、パイロットの意思を推定し、飛行状態 に応じて最適な制御反力を与えることで、パイロットの操縦を補助し、ワーク ロードを低減するシステムを開発し、評価用シミュレータを用いた地上実証を 目指す。具体的な目標・指標および妥当性・設定理由・根拠等を、表２－３． ４に示す。 表２－３．４ 目標・指標および妥当性・設定理由・根拠等（Ｈ２０年度）
11 ３． 成果、目標の達成度 ３－１． 成果 ３－１－１． 全体成果 （１）耐故障飛行制御システム ａ．General Aviation（小型航空機）を対象とした安全性向上の研究は世 界的に例がなく世界の最先端レベルである。（飛行実証は世界で初め て成功） ｂ．各国で関連する研究が開始されており、先行研究の加速が必要である。 （２）突風対応制御システム ａ．飛行実証まで系統的に実施した事例は極めてまれであり、世界的にも 最先端レベルである。 ｂ．今後の重要課題として、回避経路の自動追従、ライダーからの事前情 報に基づく突風軽減などのテーマが明確になった。 （３）知的操縦支援システム ａ．米国で生まれたアイデアであるが、シミュレータを用いてパイロット ワークロード低減の実証まで定量的に研究を実施した例がない。 ｂ．今後の、実機での実証試験へ臨むレベルに到達できた意義は大きい。 ３－１－２． 個別要素技術成果 （１）耐故障飛行制御システム ａ．実験用無人機の製作
12 富士重工業（FHI）より提供された、General Aviation（小型航空機）想 定の形状（CARIA データ）に基づき、CFRP からなる垂直尾翼付胴体と、バル サを主体とした主翼、水平尾翼からなる機体を東京大学で作成し、右主翼の 26％を飛行中に分離できる翼分離機構を組み込んでいる。 ｂ．アビオシステム、飛行試験 耐故障飛行制御を飛行実験するために、GPS/INS 複合航法による飛行制御 システム、多孔ピトー管によるエアデーターシステム、および地上局からな るアビオシステムを東京大学で整備している。 ｃ．風洞試験、損傷モデル
13 実証試験用無人機の風洞試験用模型（62.5％スケール）を用いて、平成２ １年度は基本形態及び翼端破損故障形態について舵効きデータを取得、平成 ２２年度は翼端破損故障形態以外の各種破損形態について風洞試験を実施 している。 ｄ．耐故障飛行制御ソフト 従来の PID 制御にアドホック的に追加が可能なフィードバック誤差学習方 式（NN 制御）と、３軸を統合した DI（逆ダイナミック）方式（ND 制御）に 関して、ニューラルネットワーク（NN）による適応制御が、翼端分離という 極端な故障に対して故障後も自動操縦が可能なことを飛行実証している。 （２）突風対応制御システム ａ．突風回避制御システム
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ルールベースの経路生成手法である Force Field Algorithm と、オフライ ンの軌道最適化を組み合わせて、実時間（オンライン）で最適飛行経路生成 を行い、この経路に沿って自律的に誘導制御することを目指し、算出された 経路をパイロットに表示し、手動操縦により、操縦のしやすさやワークロー ドにつての評価を実施している。更に、自動制御とあわせ、算出された経路 に基づき自動回避する飛行実験を実施している。 ｂ．突風軽減制御システム エレベータに加えてエルロンの同位相操作に相当する制御デバイスを用 いることで、高周波数帯域の性能悪化をもたらすことなく、突風軽減が達成 可能であることを確認している。また、速度をスケジューリングパラメータ とする突風軽減アルゴリズムを設計し、MuPAL-αによる飛行試験で有効性を 確認している。
15 （３）知的操縦支援システム 操縦桿への操舵反力をインターフェイスとして活用し、パイロットの操縦 意図の推定、システムの操縦意図の提示、支援内容の許諾・操縦権限の切り 替えを随時行いながら、合意の取れた操縦支援を継続するシステムを開発し ている。また、評価用シミュレータによる有効性確認試験を実施し、NASA-TLX 及びセカンダリタスク法（選択反応時間計測法）によるワークロード評価に より、エンルートからアプローチまでの想定される全ての飛行領域に対して、 ワークロードを低減させ、本システムが安全性と簡便性の向上に有効である ことを確認している。 ３－１－３． 特許出願状況等 （１）特 許 1) 特願 2011-283508 操縦支援装置および操縦支援方法 (H23.12) （２）論文、解説記事
1) Yokoyama, N., Suzuki, S., and Tsuchiya, T. "Convergence Acceleration of Direct Trajectory Optimization Using Novel Hessian Calculation Methods," Journal of Optimization Theory and Applications, 45-1, 292-297 (2008)
2) Flight Test Evaluation of Non-Linear Dynamic Inversion Controller, Sakai, Y., Suzuki, S., Miwa, M., Tsuchiya, T., Masui, K. and Tomita, H.、AIAA Aerospace Sciences Meeting, Reno, NV, USA, 2008
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Landing Unmanned Aerial Vehicle: Transitional Flight Analysis, J of Aircraft
45-1, 2-297, 2008
4) Daisuke Kubo, Shinji Suzuki, Robust Optimal Autopilot Design for a Tail-Sitter Mini Unmanned Aerial Vehicle, JOURNAL OF AEROSPACE COMPUTING, INFORMATION, AND COMMUNICATION, Vol. 5, May
5) Naruoka, M. and Tsuchiya, T.: High Performance Navigation System with Integration of Low Precision MEMS INS and General-purpose GPS, Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 50, No. 170, 2008, pp. 284-292
6) Yuka YOSHIMATSU, Hiroki TANIGUCHI, Shinji SUZUK, Rui HIROKAWA, Yohei SANEMATSU, Flight Demonstration of Adaptive Control System Using Neural Network Theoretical and Applied Mechanics Japan, 57, pp.191-198, 2009/01
7) M. Miwa, T. Tsuchiya, S. Yonezawa, N. Yokoyama, S. Suzuki, Real-Time Flight Trajectory Generation Applicable to Emergency Landing Approach, Tran. Japan. Soc. Aero. Space Sci., 52-175, 21-28, 2009/05 8) Eri Itoh and Shinji Suzuki, Architecture for Harmonizing Manual and Automatic Flight Controls, Journal of Aerospace Computing, Information, and Communication, 6-10, 553-569, 2009/10
9) Hino, T., Takagi, S., and Tsuchiya, T.: Multi Orifice Pitot Tube as Air Data Sensor for Small Unmanned Aerial Vehicles, Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, 53(182), 320-322、2011/02/04
10) Hino, T., Naruoka, M., Miyaji, K., Kubo, D., Tsuchiya, T., and Suzuki, S.: Research Activity on Unmanned Air Vehicles at the University of Tokyo, 2010, AIAA-2010-3488.
11) Naruoka, M., Hino, T., and Tsuchiya, T.: Application of Wavelet Transform to System Identification of Small UAVs Flight Characteristic, 2010, AIAA-2010-3536.
12) Naruoka, M., Hino, T., and Tsuchiya, T.: Real-Time System Identification of Aircraft Dynamics Using Time-Frequency Wavelet Analysis, 2010, ICAS 2010-5.5.1
13) Tsuchiya, T., Miwa, M., Suzuki, S., Masui, K., and Tomita, H.: Real-Time Flight Trajectory Optimization and Its Verification in Flight, Journal of Aircraft, Vol. 46, No. 4, 2009, pp. 1468-1471. 14) Masaru Naruoka, Takuma Hino, and Takeshi Tsuchiya, Wavelet Filtered Regression as A Novel System Identification Method, APISAT2010 (Session C3(GNC3), 4th paper)
15) Masaru Naruoka, Takuma Hino and Takeshi Tsuchiya, Application of Wavelet Transform to Aircraft Safety, APISAT2011 (Session G5(Structures), 3rd paper)
16) Takuma Hino, SIMPLE FORMATION CONTROL SCHEME TOLERANT TO COMMUNICATION FAILURES FOR SMALL UNMANNED AIR VEHICLES, ICAS2010, 2010-6.4.4
17) Takuma Hino and Takeshi Tsuchiya, Path Planning of UAV Formations using New Potential Field and Cluster Analysis, APISAT2011, Paper No. 395.00
18) 鈴木真二、国産飛行機１００年と航空安全への取り組みの変遷、日本機 械学会誌、１１４（１１１６）、2011.11
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19) Suzuki S. et. A1., FLIGHT DEMONSTRATION OF FAULT TOLERANT FLIGHT CONTROL SYSTEM, ICAS2012, 2012/9/24
20) スバル技報 NO.38, 2011 「知的操縦支援システムの研究」 21) スバル技報 NO.39, 2012 「耐故障飛行制御システムの研究」
22) 第 42 回年会講演会「我が国の航空宇宙産業の将来展望と産官学の取り 組みのあり方について」(H23.4)
23) Sato,M.：Robust Model-Following Controller Design for LTI Systems Affected by Parametric Uncertainties: A Design Example for Aircraft Motion, Int. J. Control l, Vol. 82, No. 4, 689/704, 2009. 24) Sato,M. and Satoh,A.：Simultaneous Realization of Handling and Gust Responses: In-Flight Simulator Controller Design, AIAA J. of Guidance, Control and Dynamics (accepted)
25) 佐藤 昌之，横山 信宏：モデル予測制御を用いた突風軽減制御：事 前乱気流情報および機体運動状態量の観測誤差に対するロバスト性， 日本航空宇宙学会論文集，(accepted)．
26) Int. J. 13. M. Sato and A. Satoh: Flight Controller of In-Flight Simulator MuPAL-α: Variable Maneuverability and Gust Suppression, AIAA Journal of Guidance, Control, and Dynamics (accepted). 27) Tsuchiya, T., Miwa, M., Suzuki, S., Masui, K., and Tomita, H.:
Real-Time Flight Trajectory Optimization and Its Verification in Flight, Journal of Aircraft, Vol. 46, No. 4, 2009, pp. 1468-1471.
（３）口頭発表 1) 鈴木真二,柳田晃,河野充, UAV を用いた耐故障飛行制御の研究、 １）研究計画,第４７回飛行機シンポジウム, 岐阜, 2009/11/04 2) 池田康輔,梅沢啓佑,森田学,日野琢磨,横関智 弘,青木隆平,原田耕一, 高橋則之, UAV を用いた耐故障飛行制御の研究、 ２）機体製作, 第４７回飛行機シンポジウム, 岐阜, 2009/11/04 3) 森田学,日野琢磨,成岡優,池田康輔,梅沢啓佑, 土屋武司,鈴木真二,原 田耕一, UAV を用いた耐故障飛行制御の研究、 ３）飛行試験, 第４７回飛行機シンポジウム, 岐阜, 2009/11/04 4) 成岡優，日野琢磨，橋本良，土屋武司，鈴木真二，“小型 UAV 用実験プ ラットフォームの研究開発”，第４７ 回飛行機シンポジウム，岐阜， 2009/11/04 5) 佐藤昌之 ４）突風軽減制御－設計法と性能評価実験 第 47 回飛行機シンポジウム、2009/11/04 6) M. Sato, N. Yokoyama, and A. Satoh: Disturbance Suppression via Robust MPC using Prior Disturbance Data: Low Computational Complexity Method, Proc. International Conference on Control and Automation, 2176/2181, 2009.
7) M. Sato, N. Yokoyama, and A. Satoh: Disturbance Suppression via Robust MPC using Prior Disturbance Data: Application to Flight
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Controller Design for Gust Alleviation, Proc. CDC, 8026/8033, 2009.
8) M. Sato: Gust Alleviation Flight Controller Using Robust Model Predictive Control, Proc. of IFAC ACA, 2010.
9) Shinji Suzuki, Neural Network Analysis and Control for Improving Air Safety,
The 2nd Aerospace Innovation Workshop, Tokyo, 2010/02/01, 1-2 10) Shunyo Ogawa, Satoshi Kurita, Kenichi Rinoie, Kinya Nakano and
ShuzoHakuta, Lowspeed Wind Tunnel Testing of a UAV for Fault Tolerant Flight Control System, The 2nd Aerospace Innovation Workshop, P-35, Tokyo,Japan, Feb. 2010, pp.99-100.
11) M, Naruoka, T, Hino, R, Nakagawa, T, Tsuchiya, S, Suzuki, “System Identification of Small UAVs with MEMS-based Avionics”, AIAA Infotech@Aerospace 2009 Conference and Exhibit, AIAA 2009-1907, Seattle WA, USA, (Apr. 2009).
12) M, Naruoka, T, Hino, T, Tsuchiya,“System Identification of Small UAVs Dynamics by Using Time-Frequency Information and Special Avionics ” , APISAT2009, The 2009 Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology, Gifu, Japan, (Oct. 2009). 13) M, Naruoka, T, Hino, T, Tsuchiya, “System Identification of Small
UAVs with Time-Frequency Information ” , The 2nd Aerospace Innovation Workshop incorporating Tri-University Joint Workshop on Aerospace Engineering 2009, AI-4, Tokyo, Japan, (Feb. 2010). 14) F. Sawashima, T. Tsuchiya, “Real-time Trajectory Optimization for
Area Avoidance”, Asia-Pacific International Symposium on Aerospace Technology, 2009. 15) 宮路浩一、鈴木真二、ニューラルネットワークを用いた耐故障飛行制御、 第４８回飛行機シンポジウム、1E6, 2010/11/30 16) 土屋武司、沢島史弥、突風領域回避のための実時間飛行経路最適化、 第４８回飛行機シンポジウム、1E3, 2010/11/30 17) 日野琢磨、土屋武司、クラスタ解析と重力レンズ効果を用いた複数の無 人航空機の経路最適化、第４８回飛行機シンポジウム, 2C2, 2010/11/30 18) 佐藤、板橋、河野、石川、山根 ｢耐故障飛行制御システムの研究｣ 第４８回飛行機シンポジウム 2010/11/30 19) 李家、小川（東京大学）、中野、浅川(FHI)「先進パイロット支援シス テム飛行制御システム実証試験用無人機風洞試験」第８５回風洞研究 会議(2010) FHI 20) 板橋「我が国の航空宇宙産業の将来展望と産学官の取り組みのあり方 について」第４２期年会講演会 2011/04/14 21) 佐藤 昌之：フィードバック制御による突風軽減制御の有効性検証， 日本航空宇宙学会年会第４２期年会講演会，2011/04/14 22) 柳田晃、森田博和、金井隆幸、鈴木真二、先進パイロット支援システ ム１～プログラム概要、第４９回飛行機シンポジウム 2011/10/26 23) 小林直貴、小川春陽、神園仁志、李家賢一、浅川正行、先進パイロッ ト支援システム２～耐故障飛行制御システム－空力特性計測（第２報）、
19 2011/10/26 24) 吉田圭佑、小林幸寛、横関智弘、青木隆平、成岡優、日野琢馬、辻本 翼、坂口爆、森本明、土屋武、鈴木真二、高橋則之、先進パイロット 支援システム研究開発３～耐故障飛行制御システム－機体システム製 作、 第４９回飛行機シンポジウム 2011/10/26 25) 佐藤維大、板橋直亮、宮路浩一、高木一寿、橋本良、土屋武司、鈴木 真二、先進パイロット支援システム研究開発４～耐故障飛行制御シス テム－制御システム、飛行試験、 第４９回飛行機シンポジウム 2011/10/26 26) 梅沢翔、笹本貴宏、石川忠、河野充、林口寛之、西考祐樹、山根章弘、 先進パイロット支援システム研究開発５～知的操縦支援システム 第４９回飛行機シンポジウム 2011/10/26 27) 佐藤昌之，増位和也、先進パイロット支援システム研究開発６～突風 軽減制御システム～，第４９回飛行機シンポジウム，2011/10/26 （４）招待講演、特別講演
1) K. Masui, H Tomita, S Suzuki, A Yanagida, Research and Development for Fault Tolerant Flight Control System, CEAS 2009 European Air and Space Conference Manchester, UK 2009/10/24
2) 鈴木真二、飛行ロボットを通した航空分野の教育研究活動、
第１９回交通・物流部門大会、2010/12/03 3) S. Suzuki, A Neural Network Paradigm for Intelligent Flight Control, The 35th National Conference on Theoretical and Applied Mechanics、台南、2011/11/19
4) S. Suzuki, A UAV Platform for Innovative Fault Tolerant Flight Control System Testing、International Conference on Intelligent Systems 2011、Chiba、2011/10/31
5) S. Suzuki, Flight Demonstration of Resilient Flight Control System using UAVs with Wing Structure Failure 、 APISAT2012 、 Korea 、 2012/11/13
6) S. Suzuki, et. A1. Flight Demonstrations of Fault Tolerant Flight Control using Small UAVs, Autonomous Control Systems and Vehicles -Intelligent Unmanned Systems of UAV, MAV, UGV, USV and UV –,Springer 出版予定 7) 鈴木真二、福島原発事故から学ぶこと～航空機の安全性、環境性を再 考する、第４０回ＧＴＳＪガスタービンセミナー、2012/01/20 8) 鈴木真二、東日本大震災を踏まえた航空安全への取り組み―耐故障飛 行制御システムの研究、 第２４回航空安全シンポジウム、2012/02/24 9) 鈴木真二、航空安全再考～東日本大震災、原発事故から学ぶこと、「航
20 空・鉄道の安全性に関する近年の話題」、NPO 航空・鉄道安全推進機構、 2012/03/07 10) 鈴木真二、航空安全再考～東日本大震災・福島原発事故から学ぶこと、 第４９回飛行機シンポジウム、2011/10/16 （５）マスコミ報道 1) エンジン故障でも航空機安全飛行、東大・富士重工など新技術、 日経 2009/01/31 2) 小型航空機事故防止へ、科学新聞 2009/02/27 3) 人工知能、航空機事故防ぐ、日経産業新聞 2009/03/26 4) 飛行中の事故や故障を学習、影響最小化システムの有効性実証、 科学新聞 2009/3/10 5) 小型機の自動制御新システムを開発, 朝日新聞, 2009/04/20 6) 揺れない 落ちない 夢の飛行機 東大と宇宙機構、東京新聞 2009/05/05 7) 「事故ゼロ」への挑戦、 東京大学新聞, 2009/07/28 8) 大空を自由に飛ぶ最新飛行ロボット登場、BS Japan(TV) 2009/08/02 9) 落ちない飛行機、 ワールドビジネスサテライト(TV) 2009/09/04 10) 富士重工業と東大、機体破損後の航空機の自動飛行実験に成功、 富士重工業プレスリリース 2011/06/07 11) 富士重／東大、落ちない飛行機にまた一歩前進、週刊 WING 2011/06/15 12) 航空機故障も自動安定飛行、日刊工業新聞 2011/06/18 13) 耐故障飛行制御システムの研究開発について紹介 ワールドビジネスサテライト 2011/06/24 15) ニューラルネットワークで姿勢を制御、第三次を防ぐ次世代自動操縦 システムの仕組み、雑誌「DIME 2011/07/19 16)富士重工業と東大、機体破損後の航空機の自動飛行実験に成功、 航空技術 2011/08 17) 富士重工業と東大、機体破損後の航空機の自動飛行実験に成功、 航空情報 2011/09 （６）受賞等 1) 消防庁賞長官賞 特別賞、鈴木真二、防災用飛行ロボットシステム、 消防庁、2008/06/27 2) 日本航空宇宙学会学生優秀講演賞受賞、ニューラルネットワーク適応 飛行制御システムに関する研究、日本航空宇宙学会、2008/10/23
3) ICAS McCarthy AWARD, Takuma Hino, SIMPLE FORMATION CONTROL SCHEME TOLERANT TO COMMUNICATION FAILURES
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FOR SMALL UNMANNED AIR VEHICLES, ICAS2010, 2010-6.4.4
（７）国際航空宇宙展 1) ASET2011 東京国際航空宇宙事業点（2011 年 10 月 26～28 日） 2) JA2012 国際航空宇宙展（2012 年 10 月 9～14 日） 研究紹介用パネル、評価用シミュレータ等を展示 ３－２． 目標の達成度 （１）耐故障飛行制御システム ａ．表３－２．１に、耐故障飛行制御システムの成果および達成度を示す。 表３－２．１ 目標に対する成果・達成度の一覧表
22 （２）突風対応制御システム ａ．表３－２．２に、突風対応制御システムの成果および達成度を示す。 表３－２．２ 目標に対する成果・達成度の一覧表 （３）知的操縦支援システム ａ．表３－２．３に、知的操縦支援システムの成果および達成度を示す。 表３－２．３ 目標に対する成果・達成度の一覧表
23 ４． 事業化、波及効果について ４－１． 事業化の見通し （１）耐故障飛行制御システム ａ．ビジネスジェット機への搭載 ・墜落確率が旅客機より一桁高く、パイロットの技量も旅客機ほど高く ない小型機へ先に採用される。（５年後を想定） ・小型ビジネスジェット機によるエアタクシーの普及（米国）がタイミ ングになる。 ｂ．次世代旅客機への搭載 ・次期小型旅客機の差別化技術として採用される。（１０年後を想定） ｃ．防衛技術としての可能性 ・パイロットの生存性を高めること、また高価な機体を持ち帰るために 将来防衛航空機への適用可能性は大きい。（時期不明） （２）突風対応制御システム ａ．ビジネスジェット機への搭載 ・突風の影響が強い小型機へ先に搭載される。（５年後を想定） ・羽田空港拡張、成田空港拡張によりビジネスジェット機活用が国内で 活発になり、山脈越えの多い国内ビジネスジェットの安全性向上のた めの要求が高まる。 ｂ．次世代旅客機への搭載 ・次期小型旅客機の差別化技術として採用される。（１０年後を想定） ・ライダーによる突風検出技術が国産の差別化技術として実用化され、 それを活用する飛行制御技術として要求が発生する。 （３）知的操縦支援システム ａ．ビジネスジェット機への搭載 ・パイロット技能が旅客機ほど高くなく、事故率も高い小型機へ先に採 用される。（５年後を想定） ・国内空港拡張によるビジネスジェット機活用の活発化と、次世代航空 交通システム（CNS／ATM）へ対応要求が高まる。
24 ４－２． 波及効果 本研究の成果により期待される波及効果を次に示す。 (1) 墜落の発生確率低減が低減する。 ａ．墜落に伴う社会的不安、経済的損失を防止する。 事故により失った信用と旅行客の回復には長期間を要する。 ｂ．落ちない飛行機を実現する。 世界に先駆けて、安全性に優れた航空機を実現する。 (2) 個人所有機の安全性が向上する。 ａ．習熟度の低いパイロットでも、安全な操縦が可能となる。 ｂ．最高水準の整備が期待できない個人所有機でも、安全な運用が可能 となる。 (3) コンピュータ・パイロットへの見通しが得られる。 ａ．ワンマン・パイロットの定期運航への道を切り開く。 ｂ．将来実用化が予想される無人航空機への可能性を示す。 (4) 自動車産業等の他産業への技術波及効果による安全性向上に寄与する。 具体的には、障害物を自動回避する自動車や船舶の自動操縦技術、 人間のマニュアル操縦を知的に補助できる知的操縦アシストシステム、 走行中のパンクなどの事故に対しても安全走行を補償する耐故障自動 運転システム等への寄与が期待できる。
25 ５．研究開発マネジメント・体制・資金・費用対効果等 ５－１． 研究開発計画 本研究開発は平成２０年度より３年間の計画（図５．１－１）であり、その 概要を以下に示す。 （１）耐故障飛行制御システム ａ．平成２０年度 アルゴリズムの基本設計を行うとともに、飛行実験機による模擬故障 時の飛行試験を実施する。更に、平成２２年度に無人機による実故障時 の飛行実証をするための準備として、無人機の設計、製作および飛行試 験を実施する。 ｂ．平成２１年度 アルゴリズムの詳細設計を行うとともに、飛行実験機による模擬故障 時の飛行試験を実施する。２０年度に引き続き、実故障時の飛行実証を 目指し、無人機の風洞試験、自律飛行試験および故障機構の設計及び試 作を実施する。 ｃ．平成２２年度 アルゴリズムの維持設計を行うとともに、飛行実験機による飛行試験を 実施する。 故障機構付の無人機による実故障時の飛行試験を行い、その 有効性の実証を実施する。 （２）突風対応制御システム ａ．平成２０年度 突風回避制御則および突風軽減制御則に関するアルゴリズムの基本設 計を行うとともに、飛行実験機による突風軽減制御則の飛行試験を実施 する。 ｂ．平成２１年度 突風回避制御則および突風軽減制御則に関するアルゴリズムの詳細設 計を行うとともに、飛行実験機による突風回避制御則の飛行試験を実施 する。 ｃ．平成２２年度 飛行実験機に搭載された突風検知装置と突風回避制御則を統合すると ともに、飛行実験機による統合飛行試験を実施する。平成２１年度に領 域を拡大した突風軽減制御則について、飛行実験機による飛行試験を実 施する。
26 （３）知的操縦支援システム ａ．平成２０年度 システムの基本設計を実施する。更に、平成２２年度に地上実証をす るための準備として、シミュレータの設計、製作を実施する。 ｂ．平成２１年度； システムの詳細設計を実施する。２０年度に引き続き、地上実証を目 指し、シミュレータの機能拡充および予備試験を実施する。 ｃ．平成２２年度 システムの維持設計を行うとともに、シミュレータによる地上試験を 実施し、その有効性を実証する。 図５．１－１ 全体計画
27 ５－２． 研究開発実施者の実施体制・運営 （１）研究開発者の事業体制・運営 本研究は、図５－２．１に示すように、経済産業省の委託により、社団法人 日本航空宇宙工業会（ＳＪＡＣ）が研究を取りまとめ、大学法人東京大学（東 京大学）及び独立行政法人宇宙航空研究開発機構（ＪＡＸＡ）の２機関に再委 託を行うとともに、機体メーカーである富士重工業株式会社（ＦＨＩ）に設計 試験外注を行うことにより実施するものである。 図５－２．１ 事業体制・運営 また、ＳＪＡＣが組織する基盤技術開発委員会（表５－２．１）は、実施機 関を含めて関連する機関からの専門家により構成され、実施計画審議／承認、 進捗状況審議／承認、報告書審議／承認を行う。 尚、本研究開発の特徴はその実施形態にあり、産学研が個々のシーズを持ち 寄り、トータルなシステムとしてより高度で先端的な技術レベルを達成しよう とすることにある。
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29 ５－３． 資金配分 本研究は、Ｈ１４～１５年度に実施した「将来型航空機運航自律制御支援シ ステム」およびＨ１７～１９年度に実施した「耐故障飛行制御システム」から の産官学連携のプログラムであり、既存プロジェクトの実績等も考慮して適切 な配分を行っている。なお、官と学の人件費は本研究に計上されないので、産 への配分が見た目に多くなっている。 各機関への資金配分を、表５－３．１ に示す。 表５－３．１ 資金度配分 （単位：百万円） 【業務の範囲】 （１）耐故障飛行制御システム 東京大学： ・アルゴリズム（飛行維持機能）の開発 ・風洞試験用模型の製作、空力計測 ・実証試験用無人機の機体システム製作 ・実証用無人機による飛行実証 富士重工業：・アルゴリズム（操縦性回復機能）の開発 ・実証試験用無人機の設計 ＪＡＸＡ： ・実験用航空機（MuPAL-α）による予備飛行試験 （２）突風対応制御システム 東京大学： ・突風回避制御システムの開発 ＪＡＸＡ： ・突風軽減制御システムの開発 ・実験用航空機（MuPAL-α）による飛行実証 （３）知的操縦支援システム 富士重工業：・アルゴリズムの開発 ・反力生成装置付シミュレータの設計・製作 ・反力生成装置付シミュレータによる地上実証 年度 平成 ２０ ２１ ２２ 合計 先進パイロット支援システム 135 123 104 362 ＳＪＡＣ 9 10 10 29 東京大学 32 29 24 85 ＪＡＸＡ 6 6 6 18 ＦＨＩ 88 78 64 230 合計 135 123 104 362
30 ５－４． 費用対効果 本研究は、安全性の改善にそのまま結び付くので、効果を算出するのは困難 であるが、一例として次の考えがある。 （１）ビジネスジェットへの売り上げ ５０万円／機と想定 運航機数： １６,０００機（ＪＡＤＣデータ） １０％の機体に搭載 利益率１０％ と想定 50 万円 × 16,000 機 × 10％ × 10％ ＝ 80 億円 （２）次世代旅客機の売り上げ増加に貢献 ３０億円／機（次期小型旅客機） ５００機程度（３００～５００機が損益分岐点、航空宇宙工学便覧） 利益率１０％ 売り上げの１割増加 と想定 30 億円 × 500 機 × 10％ × 1 割 ＝ 150 億円 以上の例を考慮すると、本研究の費用（約４億円）に対する効果は大きいと 考える。 ５－５． 変化への対応 事業の見直し等に係るような変化は特になかった。
