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28-5 最近の降着装置システムに関する技術動向
１．はじめに 降着装置システムは、地上で航空機を支持するとともに離陸滑走、着陸時の衝撃の緩衝、 着陸時及び離陸断念時の制動、タキシンング及びタキシング時の操向角制御を行うシステ ムであり、前脚システム、主脚システム、前輪ステアリング制御システム、ブレーキ制御 システム、脚揚降制御システムの 5 つのサブ・システムから構成される。 降着装置システムは、これまで軽量化及び耐久性向上や信頼性向上のため、材料の高強 度化、熱処理・表面処理等特殊工程の改良、ブレーキ材料やシール技術の改良、各種制御 方法の進歩とともに発展してきた。最近では、環境適合性や経済性向上を目的に電動化技 術の導入が積極的にすすめられるようになってきている。ここでは、電動化を中心に降着 装置システムに関する最近の技術を紹介する。 ２．降着装置の技術動向A320 型機をはじめ A330/340 型機、A380 型機、 A350 型機の降着装置システム開発に 携わってきたAirbus UK Engineering 副社長 Neil Scott 氏の“降着装置の将来技術”とい う講演を聴講する機会があった。講演の中で、降着装置システムは全機システム・インテ グレーションの中で最も重要なシステムであるとのことで、その理由として下記の理由が 挙げられた。 (1) 主脚・前脚系統：機体構造そのもので、開発費が膨大にかかる品目。 (2) ブレーキ系統：飛行機の地上制動性能を決める極めてクリティカルなシステム (3) 揚降系統：:機体の抵抗とノイズを与えるクリティカルなシステム (4) 前脚ステアリング系統：機体の地上操作性を決める重要品目 (5) 車輪、タイヤ、ブレーキ：消耗部品という点で運航コストを決める重要品目 降着装置の将来技術には、安全が担保された上で、環境にやさしく、軽量で、信頼性が 高く、整備性も良いうえ運航コストを従来機よりも低く抑えることが要求されるとして、 下記の技術項目が挙げられた。 (1) More Electric (2) High Reliability (3) Health Monitoring (4) Advanced Vehicle Control (5) Modeling and Simulation
要約すれば、降着装置の技術課題は次の3 点に集約されるものと思われる。 (1) 電動化技術開発 (2) 軽量化材料開発 (3) 脚騒音の低減化技術 以下にそれぞれの技術の開発動向を述べる。 （公財）航空機国際共同開発促進基金 【解説概要 28-5】 この解説概要に対するアンケートにご協力ください。
2 ３．電動化技術開発 ３．１ 電動ブレーキ ボーイング 787 型機で導入された電動ブレーキを図１に示す。電動ブレーキを導入した背 景には，定時出発率を阻害する大きな要因の一つであるブレーキ回りからの作動油の漏洩 問題解決であったとされており，エアラインからの強い要望に応えるべく油圧駆動に代わ ってモーター駆動方式のブレーキを採用することとなった。 この技術の流れは、主流にな るものと思われたが、ボーイング社の777X 型機は従来の油圧式ブレーキに戻す見込みであ る。これはまだ電動ブレーキの信頼性が十分ではないためと思われる。なお、A350 型機で も電動ブレーキの採用を見送った理由は、モーターを制御するための配線重量が油圧式と 比較し重いこと、また、信頼性が十分でないためとのことであった。 図１ B787 の電動ブレーキとその動作原理
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787 型機で採用された電動ブレーキについて Safran Landing Systems 社の研究者にその 評価を聞く機会があった。軽量小型化の為にDirect Drive Actuator を採用したが、システ ム重量は油圧ブレーキシステムよりも重くなり、機器レベルでの信頼性はまだ低いがシス テムレベルでほぼ従来通りを確保できた結果、期待通りに部分的な電動ブレーキ故障に対 する定時出発率は格段に向上したとのことであった。 将来的には、ブレーキ系統から作動油を排除することは定時出発率の向上には必須で、 民間機だけでなく将来軍用機でも導入されていくものと思われる。 ３．２ 電動揚降システム1) 降着装置の電動化の中でも最も多くの作動油が必要とされる揚降システムの電動化は、 次世代電動化航空機の実現には必須の技術と言われている。揚降システムを電動化するこ とで集中油圧システムを排除することが可能となり、機体配管を含めて機体全体の軽量化 に貢献できるといわれている。 住友精密工業が欧州エアバス社と共同で研究開発を進めている次世代航空機用電動揚降 システムを図２に示す。当該システムはEHA(Electro-Hydrostatic Actuator:電気油圧式ア クチェエータ)技術を中心に次の機能を実現すべく開発を行っている。 通常の脚揚降に加えて非常脚下げ機能、ダウンロック、アップロック、ならびに脚室ド ア開閉アクチェエータの制御も行うことを目指しており、前脚・右主脚・左主脚それぞれ に対する油圧分散システムを構成することが可能となる。 図２ EHA 方式採用による電動脚揚降システム ３．３ 電動ステアリング2) 降着装置電動化技術の中で前脚ステアリング機構も対象となっている。Safran Landing System 社では旧 Bugatti 部門が中心となってエアバス A380 型機向けに開発した LEHGS(Local Electro-Hydraulic Back-up Generation System)で 2 系統ある油圧系統がフ
4 ェイルした場合に油圧を前脚ステアリング、ブレーキングに供給する局所油圧供給システ ム技術を活用してエアバス社と共同で前脚ステアリング・システムの電動化研究開発を進 めている。図３に示すように、このシステムでは３．２項と同様、前脚ステアリングだけ でなく前脚の揚降系統（含む脚室ドア開閉）に加えてダウンロック解除、前脚ドア開閉を 取り込んだシステム開発を目指している。 図３ 前脚電動脚揚降及びステアリング・システム開発研究
Safran Landing System 社では EHA 技術から更に一歩進んで EMA(Electromechanical Actuator)技術のステアリング機構への適用を研究中であり、課題となるジャミング問題 (*1)についても耐ジャミング性を持つアクチュエータ Direct Drive Duplex Actuator （Dual screw 構造で jamming tolerant, direct drive on normal path）等の開発を行って いる。降着系統に要求されるパワーが大きく、単純なEMA 方式では重量が極端に増加する ため、減速ギアを導入して軽量化を図るなど基本設計フェーズにあるとのことであった。 降着装置の電動化も将来的にはEMA 化に向かうことを示唆しているものと考える。 (*1)EMA 方式におけるジャミング問題は、電動モーターにより駆動される機構部品が摩耗 によるコンタミネーション（摩耗片）あるいは疲労による部品破損等によって固着し 回転できなくなることを意味する。 ３．４ 電動タキシング
２項の新技術項目である”Advanced Vehicle Control"の中で”Taxiing without Engine Power”という新技術が挙げられている。この新技術は、欧州を中心に研究が進められてお り、前脚車輪または主脚車輪に電動モーターを組み込みAPU(Auxiliary Power Unit:補助動 力装置)の電源で駆動する方式であったり、あるいは、図４に示すように、トーバーレス方 式の牽引車を無人化・無線化して滑走路までパイロットが操作できるようにしたものであ
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る。後者はイスラエルのIsrael Aerospace Industries 社（以下 IAI 社）が「Taxibot™」と いう名称で開発している。目的は、タキシー中のエンジン運転を停止することで燃費改善、 CO2 削減、エンジンの運用時間延長、FOD(Foreign Object Damage）の吸い込み防止、地 上整備員の削減（3 名から 1 名に）等種々のメリットを生かすことにある。「Taxibot™」は 機体重量への加算がないこと、ならびに地上設備であることから、技術的課題がより小さ く、メリットもあり、既に実用化され2014 年 11 月からドイツのフランクフルト空港で導 入 さ れ て い る 。 ま た 、2016 年 9 月に欧州航空安全庁（European Aviation Safety Agency :EASA）から正式承認を取得している。 図４ IAI 社が開発した半自動運転牽引車「Taxibot™」3) 電動モーターを組み込む形式は、飛行中は無駄な重量を抱えることになるために、十分な トレード・オフ・スタディを行う必要がある。Wheeltug 社は、図５に示すように、前脚ホ イール内に電動モーターを収納し補助動力装置の電源で自走できるSelf-taxing system を 開発し、737 型機後継機への採用を目指しいている。前脚ではなく、図６に示すように主脚 片車輪に自走用モーターを装着させて補助動力装置の電源で自力走行できるシステムを Honeywell 社と Safran Landing Systems 社が共同で開発し 2013 年 6 月のパリ・エアショ ーではA320 型機に搭載して地上デモ試験を披露した。主脚車輪に組み込む理由は、機体重 量の 90%程度を支えている主脚に組み込むことで地上での牽引力を得ることにある。いず れのシステムも2 時間の平均的飛行ミッションで 150kg の燃料削減効果が期待できると試 算している。
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図５ Wheeltug 社の電動タキシング・システム4)
図６ Safran Landing Systems 社の Electric Green Taxiing System
しかしながら、この流れは2013 年以降オイル・プライスが低下したために、エアラインの 運航コストに対する負担が軽減されたことから実用化にブレーキがかかり、また、離着陸 時モーターが回転させられることによって発生する逆起電力の影響に対する安全性をいか に解決するかという大きな課題克服が残されたままの状態にあり、研究開発の根本的な見 直しが必要とされている。 「Taxibot™」は機体改修のインパクトが少なく、かつ、パイロットによるタキシング操作 が可能であるが、誘導路上で切り離し後に無人運転でベースに戻る間の事故防止の観点か ら、監視要員の搭乗が運用条件になっている。ただ、この無人牽引車の考え方は自動車の 無人運転技術に通ずるものである。ちなみに、図７に示すようにエアバス社の2050 年の航 空機の地上オペーレーション・イメージは自走式Self-taxiing system ではなく、「Taxibot ™」の考え方をベースに自動運転技術・環境技術を融合させて離着陸前後に使用可能なタキ シング・システムを提案している。日本が得意とする電動モーター、パワー・エレクトロ ニクス、再生可能エネルギー、燃料電池、自動運転技術と重複する技術になっている点で
7 大変興味深い技術課題である。
図７ Airbus Smart Sky/Low Emission Ground Operations 5)
４．新材料技術の動向 現在、降着装置構造部材の主要材料は300M（AMS6257）と呼ばれる超高張力鋼である。 切り欠き感受性や、応力腐食感受性の高い材料であるが故に、正しい設計ならびに製造・ プロセスを適用するとともに、運用時には，耐食性を維持するための定期的な整備が要求 されている。それ故，近年の整備コスト低減の観点から、300M 以外の材料として高強度チ タン合金の適用が大型民間機では進んでいる。同時に、更なる降着装置構造の軽量化を目 指して複合材料の適用も検討されている。実用化面では、図８に示すように、 B787-8 の 降着装置開発でSafran Landing Systems 社がサイドステイと呼ばれる構造部材に CFRP 構造を2010 年世界に先駆け実用化した。更に、その新材料技術導入の流れを汲むように米 国脚メーカーUTAS Landing Systems 社がオランダの Fokker Landing Gear 社と共同でロ ッキードマーチン社が開発中の戦闘機F-35 Lightning II 用主脚構造部材の CFRP 化を行い、 整備コスト低減等ライフサイクル・コストの低減を目指している。2010 年台に入って降着 装置の複合材化の流れが本格化すると思われ、日本でも宇宙航空研究開発機構（以下JAXA） も含めて降着装置の複合材化の研究が行われた。その結果、下記の点で、炭素繊維複合材 の降着装置部品への適用には難点があり、現在の技術では適用は限定的であることが判明 した。
8 炭素繊維複合材の降着装置部材への適用はチタン合金と比べても高価であること。 降着装置部材そのものは重量軽減できるが、機体レベルでの重量軽減効果は期待する ほど得られないこと。 損傷に対する取扱が極めて困難な部品であること。特に厚肉複合材は、強い衝撃を一 旦受けると表面欠陥は浅くても、深い位置に潜在的に大きな欠陥が発生するため部材 交換が必要となること。 複合材料技術の一つとして金属基複合材(3)の適用も検討されている（図９参照）。金属に
近い特性を有し、高比強度、低LCC (Life Cycle Cost) 及び環境適合性が期待される金属基 複合材 (MMC: Metal Matrix Composite) の降着装置主要構造部品への適用に向け、SiC (Silicon Carbide)を強化繊維にしたチタン基複合材（Titanium Metal Matrix Composite、 以下TiMMC）は、300M 材よりも高い比強度・比剛性を有し、重量比で 30%軽量化できる とされている。更に、CFRP の欠点である耐 FOD 特性、耐雷性における優位性が期待でき る点において、将来的には降着装置の複合材料化に最も有効な手法と考えているが、炭素 繊維複合材と同様に製造コストの低減が大きな課題となっている。
図９ 金属複合材技術を用いて試作したComposite Landing Gear Component 一方、従来の金属系材料開発も引き続き重要な技術である。技術動向として 300M から 大型機では耐食性に優れた高強度チタン材料への変更が進む一方で、150 席クラスの小型機 や、それ以下のリージョナル機では高強度のステンレス鋼の採用がますます進展すること になると予想している。米国のカーペンターズ社が13-8 ステンレス鋼よりも応力腐食感受 性の低いニッケル・クロム合金ベースの商標名 Custom 465 と呼ばれる高強度ステンレス 鋼を、フランスのAubert & Duval 社や米国 Queste 社からも同種の高強度ステンレス鋼を 市場投入している。これらの材料の特徴は高強度(材料強度 1700MPa 程度)で耐食性が 15-5PH 材並みであることだが、材料コストが 300M に比較すると高いという欠点がある。 素材コスト低減には市場規模の拡大が必須と思われる。降着装置主要構造部材だけに限ら ず、油圧アクチュエータ、フライトコントール用アクチュエータとその使用範囲が拡大す
9 ることで市場規模の拡大を期待する。 ５．脚騒音の低減化技術6) 離着陸時に航空機から発生する騒音は、近年エンジン騒音の低減とともに、特に着陸時 にはエンジン推力が抑えられるために降着装置ならびに高揚力装置から発生する騒音が主 たる騒音源となっている。空港の離発着量は今後ますます増えていくことから航空機に対 する騒音対策が求められており、米国ではNASA やボーイング社が中心となって、欧州で はエアバス社が中心となって降着装置、高揚力装置あるいはエンジンナセルと主翼の干渉 によって発生する騒音に対する低減研究が進められている。 日本でもJAXA が中心となって「機体騒音低減技術の飛行実証（FQUROH（フクロウ）: Flight demonstration of QUiet technology to Reduce nOise from High-lift configurations）」プロジェクトを立ち上げ、着陸時の機体騒音の主たる音源である高揚力 装置及び降着装置に対する騒音低減技術を研究開発し、実際の航空機に適用して飛行試験 による実証を目的としている。本研究での解析によれば脚騒音はタイヤ・車軸空間とサイ ドステイ構造からの風切り音が全体の 80%を占めていることがわかった。（図１０参照） 図１０(c)は圧力変動レベルの強さを示している。 図１０(c)の左図は 141-283Hz 帯の低音 域を、右図は566-1131Hz の高音域の分布を示しており、タイヤ・車軸空間の低音域での風 切り音が大きいことを示す。このためタイヤ・車軸空間の低騒音化対策として、整流板を つけることで数値解析と実験検証によりその効果を確認し、最終的には実機での実験実証 を進めている。 図１０ JAXA での脚騒音低減研究
10 欧州ではエアバス社がAFLoNEXT という EU プロジェクトを立ち上げ、(ホームページ： www.aflonext.eu 参照)、主脚降着装置と高揚力装置からの騒音ならびに振動低減の実験実 証するためドイツ航空研究所が保有する A320 に改善技術も盛込み試験飛行を計画してお り最終的には実用化を目指し研究開発を進めている。 ６．最後に 2015 年 11 月 11 日に MRJ の初飛行が行われた。この MRJ の降着装置システムに日本 の装備品企業である住友精密工業が参加している。また、同じ2015 年 12 月にはホンダエ ア ク ラ フ ト 社 が 開 発 し て い た HondaJet が 米 国 連 邦 航 空 局 （ Federal Aviation Administration :FAA）より型式承認を得た。この HondaJet の降着装置にも住友精密工業 が開発に参加している。この二つの事実により、日本も民間航空機降着装置事業への参入 に向けて大きく一歩前進したと考えている。 降着装置技術は、これまで新材料開発とその設計・製造技術に支えられた発展をしてき たが、今後20 年は、新材料技術だけでなく、電動化・電子化技術が加わりより安全で安心 できる降着装置システムに発展していくものと期待できる。 ７．参考文献
1) AST2015 Paper “ELECTRO-HYDROSTATIC ACTUATION SYSTEM FOR AIR- CRAFT LANDING GEAR ACTUATION “, Dr. Westly DAVIDSON, Mr. Jacques ROIZES, 2015,2
2) 27th INTERNATIONAL CONGRESS OF THE AERONAUTICAL SCIENCES (ICAS2012) Paper “PRESENTATION OF TEST RESULTS ON ELECTRICALLY ACTUATED NOSE LANDING GEAR!”, G. Balducci, T. Prado, P.O. Bousquet, 2012
3) http://www.taxibot-international.com/より
4) http://www.wheeltug.gi/より
5) http://www.airbus.com/innovation/future-by-airbus/smarter-skies/low-emission-g
round-operations/より
6) 28th INTERNATIONAL CONGRESS OF THE AERONAUTICAL SCIENCES (ICAS2014) Paper “COMPUTATIONAL STUDY ON NOISE GENERATION FROM A TWO-WHEEL MAIN LANDING GEAR”, Mitsuhiro Murayama, Yuzuru Yokokawa and Kazuomi Yamamoto
（公財）航空機国際共同開発促進基金 【解説概要 28-5】
