国内初の極超音速実験機のマッハ５燃焼実験に成功　太平洋を２時間で横断できる時速約５４００キロの実現へ…早大などの共同研究

学校法人早稲田大学（東京都新宿区）は、国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構（ＪＡＸＡ）、東京大学、慶應義塾大学との共同研究で、ＪＡＸＡ角田宇宙センター（宮城・角田市）のラムジェットエンジン試験設備を用いて、我が国で初めて、極超音速実験機を用いた音速の５倍（時速約５４００キロ）に相当するマッハ５燃焼実験に成功した 。 本実験により、将来期待される太平洋を２時間で横断できる「極超音速旅客機」や、高度１００キロ程度に到達する「スペースプレーン」の実現に向けた、貴重なデータを取得した 。 極超音速空気吸込みエンジン技術については日本が先行して研究開発を進めている。本研究では、マッハ５環境下で飛行実証し、機体とエンジンを一体として制御する機体／推進統合制御技術の構築を目指している。 早大などの共同研究チームは、観測ロケット等による飛行実証を見据えた極超音速実験機の設計・製作を行い、音速の５倍（時速約５４００キロ）に相当するマッハ５飛行環境を模擬した燃焼実験を実施した。 極超音速飛行では、機体とエンジンの相互干渉が非常に強いことが大きな特徴。このため、極超音速機では、機体の空力設計、エンジンの燃焼設計を個別に行うのではなく、一体のシステムとして取り扱う「機体／推進統合設計・制御」が必要になる。 この研究では統合的設計を行い、極超音速飛行環境においても安定したエンジン作動と機体制御が可能となる構成として、必要最小規模である全長２メートルの極超音速実験機を実現した。その際、マッハ５の飛行状態では空気の圧縮加熱によって機体周囲の空気温度は１０００度程度に達する。このような高温環境に対応するため、耐熱材料と遮熱構造を組み合わせた軽量耐熱構造として設計し、高温環境下でも機体および内部の電子機器が正常に動作できる構造を構築した。 この極超音速実験機を用いて、ＪＡＸＡ角田宇宙センターのラムジェットエンジン試験設備を使用して、マッハ５の飛行状態を模擬した極超音速風洞での燃焼実験を実施した。 その結果、これらの空力、推進、構造の統合設計の妥当性を確認することができた。さらに、耐熱構造の設計解析手法を検証するための機体表面温度分布の計測や、水素燃料を用いるラムジェットエンジンの排気が地球環境に与える影響を調べるための排気温度場の計測等を実施し、将来の極超音速機の実用化に向けた基礎データを取得した 。 この実験結果を踏まえて、極超音速実験機を観測ロケット等に搭載してマッハ５程度の飛行実験の実施を構想。極超音速飛行技術が確立されれば、太平洋を２時間で横断できる「極超音速旅客機」や、高度１００キロ程度に到達する「スペースプレーン」の実現につながることが期待される 。