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マッハ5機用に設計されたラムジェットエンジンの日本での成功した試験

21時間前原文(bgr.com)

概要

  • JAXAと日本の大学がMach-5ラムジェットエンジンの地上燃焼試験に成功
  • 超音速・極超音速旅客機の実現に向けた重要な一歩
  • 25km上空・時速マッハ5の過酷な条件を模擬し、耐熱・制御・エンジン性能を検証
  • 今後は観測ロケットによる実飛行試験を計画
  • 2040年代に東京-ロサンゼルス間2時間の旅客サービス実現を目指す

日本のMach-5ラムジェット開発とその意義

  • JAXA、日本の主要大学（Waseda University, University of Tokyo, Keio University）による共同開発
  • Mach-5（音速の5倍）対応ラムジェットエンジンの地上燃焼試験成功
  • NASAの「quiet」超音速機X-59など、国際的な高高度・高速旅客機開発の潮流
  • 東京-ロサンゼルス間を2時間で結ぶ未来像の現実味
  • 高速・高高度旅客輸送やサブオービタル旅行の新時代到来への期待

ラムジェットエンジンの仕組みと特徴

  • ラムジェットは 可動部を持たない 空気吸い込み式ジェットエンジン
  • 前進運動で空気を圧縮し、燃料と混合・燃焼させて推力を得る方式
  • 重い回転圧縮機不要で、従来のターボファンを大きく上回る速度域で運用可能
  • 自力での始動不可、 超音速まで加速後に作動 する特性
  • 今回の試験は 風洞内に模型機を設置し、25km高度・Mach-5の環境を再現

極限環境下での技術的課題と日本のアプローチ

  • Mach-5での機体先端部温度は 1,000℃超、米空軍も課題とする耐熱対策
  • 高度25kmでは大気密度が地上の約1/100、特殊な熱制御・材料技術が必要
  • 内部温度を通常運用範囲に維持する 先進的サーマルプロテクションシステム を開発
  • 機体表面温度分布をセンサーで計測、 熱構造設計の妥当性を検証
  • フルスケール旅客機開発へのスケーリングに向けた重要なデータ取得

今後の展望と超音速旅客機の未来

  • 今回は 縮小モデルによる地上試験、実際の飛行試験は今後の課題
  • 次段階は観測ロケットに模型機を搭載し、Mach-5飛行の実証を目指す計画
  • 技術的・法規制上の課題をクリアすれば、 2040年代の商用極超音速旅客サービス 実現可能性
  • Mach-5・高度25km運航で、東京-ロサンゼルス間10時間→2時間への短縮
  • 従来の週単位の渡航が 数時間の「日帰り」圏内 となる社会変革の可能性

Hackerたちの意見

マッハ5のその高度では、機体の鼻や先端部分の周りの空気は1,000度セ氏（1,832度F）を超える温度に達することがあり、これはアメリカ空軍が自国のハイパーソニックジェットで克服しようと苦労している課題なんだ。 > そのレベルの熱に対処するために、エンジニアたちは高度な熱保護システムを構築して、機体内部を通常の運用温度に保ち、搭載されたアビオニクスや制御電子機器が正常に機能できるようにしたんだ。ヒンデンブルク2.0が待ってるって感じ。

└

今、宇宙からの再突入用の熱シールドに関してはかなりの経験があるから、これは実現可能だと思うよ。

└

ヒンデンブルク2.0が起こるのを待ってる。幸いにも、その飛行機には水素がないからね。

カナダ人として、月に一度ヨーロッパに行く私としては、これにすごくワクワクしてるよ :D

└

数時間節約するために20年待つって感じだね :)

面白いけど、エンジンが意図通りに動くとしても、旅客機がマッハ5に達する方法がまだ問題だよね。固体燃料ロケットブースターを使って、そこから切り離すのかな？

└

最初の用途はミサイルになるのは確実だし、乗客の心配はないだろうね。

└

もしかしたら間違ってるかもしれないけど、ラムジェットは点火にマッハ5は必要ないと思う。マッハ3から6が高高度で最も効率的な範囲なんだ。例えば、第二次世界大戦中の初期のドイツの実験はロリンチューブに基づいていて（https://en.wikipedia.org/wiki/Ren%C3%A9_Lorin）、320 km/hに達するだけで動き始めたんだよね： https://en.wikipedia.org/wiki/Kronach_Lorin

このプロジェクトの本当の目標はマッハ5の旅客機なの？日本がこのエンジンをハイパーソニック巡航ミサイルプログラムのために設計しているように思えるし、旅客機のコンセプトはちょっとしたカバーに過ぎない気がする。個人的には、マッハ5の航空機には意味がないと思う（巡航ミサイル以外は）。マッハ2〜3の航空機には可能性があるかもしれないけど（商業的に成功したことはないけど）、ハイパーソニックの境界に達するなら、サブオービタルホップのコンセプトに切り替えた方がいいと思う。サブオービタルホップなら、世界中どこでも約90分で行けるし、超音速の問題を避けられるし、ハイパーソニック飛行を維持するための巨大なエンジニアリングの問題も心配しなくて済む。しかも、乗客は1時間の無重力を楽しめるしね。

└

90分は完全な低地球軌道のサイクルだよ。サブオービタルホップなら、地球上の2点間で最大でもその半分くらいで行けるはず。

└

サブオービタルホップのコンセプトに切り替えた方がいい。どちらか一方だけではないよ。スカイロンはマッハ5以上まで空気呼吸エンジンを使って、それを超えたらロケットエンジンに切り替えることが期待されていたんだ。もしあなたがクレイジーなら、サブオービタル旅客機でも同じことができるかもしれないよ。

└

空気呼吸エンジンは酸化剤タンクが不要だから、ロケットの2/3はTsiolkovskyの数学に触れる前に消えちゃうんだ。それでペイロードの質量比が大幅に改善される。あと、これはマッハ3-4以下にはスケールダウンしないんだよね。このエンジンはスクラムジェット、つまり超音速燃焼ラムジェットを使っていて、機能するためには吸気空気が高い超音速速度である必要があるんだ。

└

（商業的に実現可能にしたことはないけど）コンコルドはスーパークルーズでマッハ2.2で商業的に実現可能だった（実はそうじゃないという誤解が多いけど）。でも、コストが非常に高くて、音の壁に対する恐れから適用範囲が厳しく制限されてたんだ（特にアメリカでは、超音速飛行を禁止してたのは、外国の競争を排除したかったからかもしれない）。

└

日本、イタリア、イギリスは、競合するF35デザインのプログラム、GCAPを進めてるんだ。日本は主にエンジンに焦点を当ててるね。このプラットフォームに対抗する巡航ミサイルを開発する必要が出てくると思うし、アメリカがイスラエルやウクライナの注文に応えられない危機の後、韓国と日本がヨーロッパの防衛市場に入ることを許可されたから、君の質問に対する答えは、もちろんこれは防衛関連のプロジェクトだよ。EU内での防衛部品の国産化を求める業界の要望があって、アメリカとの圧力や対立が影響してるんだ（再武装キャンペーンに関するECへの報告書では、EUの航空宇宙産業の主要プレイヤーが、60〜80%の部品と技術がアメリカから調達されていると推定した共同報告を出してる）。

科学と工学の観点からは、これを応援してるよ。環境の観点からは、しばらく実現しないことを願ってる。

└

核で動くことができるから、CO2排出もないし/S 最も直径が小さいところで空気に熱を加えればいいんだ。ロシアは新しい巡航ミサイル「ブレベスニク」にこのアイデアを使ってるかもしれないけど、彼らにとっては核排出がプラスの副産物になってる可能性が高いね。

元の投稿ではラムジェットについて言及されてなかったけど、実用的な応用のために改善できる未活用のデザインだと思ってた。十分に改善すれば、現在の航空機よりも安くて環境に優しくなる可能性があるけど、通常の超音速ジェットはそれを達成することはないだろうね。

いろんな理由で、このエンジンには経済的な応用が一つしかないんだ。それは、ミサイル防衛が止めにくい形での核弾頭の配達。ICBMはこれよりも速いけど、理解している限りでは、もっと高く飛ぶから早期発見が可能で、より予測可能な軌道を辿るから迎撃が現実的になるんだ。超高速ミサイルは先進的なAIよりもずっと怖いと思う。おそらく「相互確証破壊」を維持しているから、第二次世界大戦以来核戦争が起きていない主な理由かもしれないけど、それが大きな安心にはならないよね。

└

ほら、核弾頭なしの経済的な応用だよ。 https://en.wikipedia.org/wiki/Meteor_(missile)

└

AIを搭載した高速ミサイルはかなり怖いと思う。遅いドローンがAIでターゲットを追いかけてくるだけでも十分ヤバいのに…

└

ロシア、ウクライナ、イスラエルで見た限りでは、防空ミサイルは特に高度な攻撃ミサイルがなくても圧倒できるみたいだね。

└

私の意見もミサイルだけど、攻撃用じゃなくて迎撃用だね。北朝鮮は、日本に弾頭を届けられることを示したから、もし何かを日本に向けて発射するなら、通常の爆薬じゃなくて核だと思う。ハイパーソニック迎撃ミサイルがこの技術のより可能性の高い用途だと思うよ。

ラムジェットは第二次世界大戦の直後に開発されて、50年代にはマッハ4以上に達したんだ。複雑だけど、そんなに難しくはないよ。アントニオ・フェッリやロッキードX-7を見てみて。固体燃料ロケットは、空中防衛や大陸間弾道ミサイルのような用途には運用上もっと実用的だって分かったんだ。ジェットエンジンは亜音速巡航ミサイルにはより効率的だしね。ラムジェットは、長距離マッハ3の空対空ミサイル「ミーティア」など、いくつかのミサイルでまだ使われているよ。

└

ロケットとラムジェットの組み合わせを使った空対空ミサイルもあったよ。最初はロケットとして発射されて、速度が上がるとインレットが開いてラムジェットモードに移行するんだ（同じチャンバーとノズルを使う）。これで射程が延びるんだよ。ラムジェットは加速するよりも速度を維持するのに最適なんだ。編集：これが上で言及されてた（メテオ）ね。

実は、息子と一緒に「トップガン: マーヴェリック」を見てるときに「スクラムジェット」の定義を調べてラムジェットが何かを学んだんだ。映画の冒頭で、ロッキード・マーチンのスカンクワークスと共同設計したダークスター機を飛ばしてるシーンがあるんだ。まあ、映画でSR-71ブラックバードの子孫がマッハ10に達するのにはまだ遠いけど、新しい技術がマッハ5や高いハイパーソニックに押し上げてるのはかなりすごいよね。> スクラムジェットは、超音速の気流の中で燃焼が行われるラムジェットの一種だよ。ラムジェットと同様に、スクラムジェットは高い車両速度を利用して、燃焼前に吸い込む空気を強制的に圧縮するんだけど、ラムジェットは衝撃コーンを使って空気を亜音速に減速させるのに対して、スクラムジェットは衝撃コーンなしで、点火源によって生成される衝撃波を使って空気の流れを減速させるんだ - ウィキペディア

└

ラムジェットは動作できる速度に制限があるんだ。エンジン内で空気を亜音速に減速させると熱くなっちゃうし、速度が上がると温度も急激に上がるからね（入ってくる空気の運動エネルギーは車両の速度の二乗に比例していて、そのほとんどが熱に変わるんだ）。

└

私の理解では、マッハ4（または5）を超えると、金属が分解し始めるんだ。片道ミサイルには問題ないけど、再利用可能な航空機には向かないよね。何か異星の技術がない限り（90年代のゲーム「X-Com 2」を参照）、マッハ5を超えて長時間安全に飛べる再利用可能な航空機を作れるとは思えないな。

今日の航空旅行はちょっと不気味なバレーにいる気がする。どちらかと言えば、同じくらい不快か、もっと不快でもいいから、すごく速い方がいいな。例えば、マッハの数値が何個もあるくらい速いの。私は中西部に住んでいて、西海岸によく行くけど、だいたい5時間かかるんだ。マッハ2.5で2時間で着くなら、もっと不快な座席に詰め込まれても構わないよ。もしくは…飛行船。大きくてふかふかの座席。速いWi-Fiとデスクがあるラウンジ。コーヒーショップもあって、歩き回れる。旅行は一日かかるか、寝台キャビンで一晩かかる。列車もこのニッチを埋められるかもしれないけど、飛行船なら海外にも行ける。速くなるか、広くなるか。