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我ら“クレイジー☆エンジニア”主義! vol.35 海上を時速400kmで走る“新幹線”「表面効果翼船」の商用化に挑む秋元博路
時速400kmの高速で海の上を低高度航行する次世代の超高速船「表面効果翼船」の研究を進めている東京大学准教授の秋元博路氏。線路のいらない、海の上を走る“新幹線”の商用化を目指し、飛行実験にも取り組んでいる人物だ。
(取材・文/上阪徹 総研スタッフ/宮みゆき 撮影/栗原克己)作成日:09.04.09
クレイジー☆エンジニア
東京大学大学院工学系研究科
環境海洋工学専攻
システム創成学専攻
秋元博路氏
全長7.2mの“翼をもった船”は、轟音とともに水上からひらりと飛び立つとゆっくりと旋回、超低空飛行で水上すれすれを飛んでいった。見物客からの飛んだ!という驚きの声がそのまま聞こえてくる映像は、YouTubeにもアップされ、世界各国の人々が見た。ラジコン自航模型での飛行試験だったが、人が乗り込める巨大なサイズは新たなステップとなった。
「表面効果翼船」。極低高度の飛行で翼の効率が著しく向上することを利用した、新しい海上輸送機関だ。時速200kmから500kmで海上を低高度飛行する、船舶工学と航空工学に基づいた乗り物である。大規模なインフラ工事を必要としない低環境負荷の大量高速輸送システムであり、急拡大を続けるアジア諸国間の旅客・高速貨物輸送をはじめ、多くの可能性が想定されている。この商用化研究を続けているのが、東京大学の秋元氏である。

飛ぶところを見せる必要がある
 わかりやすくいえば、海の上で新幹線と同じ速度で走る乗り物ができる、とお考えいただくとわかりやすいかもしれません。しかも、線路を引く必要はない。新幹線は、そのインフラ建設のコストを考えれば、たくさん輸送できないところには敷くことはできません。商用で利益を出すことが難しいからです。逆にいえば、そういうところに新幹線のようなインフラを引こうとすることが間違いだ、ともいえます。しかし、インフラ建設のコストが不要な海上輸送なら、新幹線並の速度の輸送機関が輸送需要の小さいところからでも始められるということです。

 実際、この超高速船は実用化されています。最も研究が進んでいたのは旧ソ連。軍用で使われていたのは、今のジャンボジェット機より大きなものでした。しかし、エンジンを前に8個、後ろに2個もつけるなど、効率も悪く、重量的にも重すぎるもの。システムとして複雑で、これではとても商用的に成り立たない。もっとシンプルな機構にして、商用化できるようなものにすることが、私たちの研究です。

 かなりチャレンジングな研究です。こうした研究は、海外ではベンチャー企業が担ったりしますが日本ではなかなか難しい。しかも、日本の船舶メーカーや自動車メーカーは、人を乗せるモノづくりには極めて慎重です。だからこそ、実証デモンストレーションに意味があると考えています。単に水槽の実験でシミュレーションするのではなく、実際に飛ぶところを見せる必要があると考えました。だからこそ、ラジコンでの飛行研究を始めることが重要だったんです。
なかなか浮かべない難しさ。水没や大破も経験
 博士課程を終えてから8年間、私は鳥取大学応用数理工学科に赴任していました。表面効果翼船と出合ったのは、このとき。一緒に研究する教授が、この分野の専門家だったんです。あまり知られていない分野でしたが、大きな乗り物の研究にもともと興味があった私は関心をもちました。

 当時からコンセプトとしてあったのは、前翼型の表面効果翼船が有望ではないか、というもの。そこで、紙でつくった先行模型でヒモを用いた高速円運動実験で、離陸と定常飛行を確認するところからプロジェクトはスタートしました。それから、全長1.8mの自航模型づくりへ。小さいと動きが速く、観察がしにくいため、徐々に大きくするのが基本。このときの一号機は、「海燕(Kaien)-1」と名付けました。

 まずは飛んでみせることが目標。ところが、これが簡単なことではありませんでした。重量を決め、必要なパワーがきちんと得られるかを考え、電池とモーター、計測器を乗せる。水上飛行機などの既存の形状を参考に設計をしましたが、飛ばないんです。ただ、自分たちですべてつくりましたから、微調整ができたんですね。外注しようと思うと形を決めないといけませんが、自分たちがつくるなら、いい加減からでいい。しかも、現場合わせで調整ができるわけです。

 実験を行ったのは、大学近くの湖。どうすれば、飛び立てるか。船が完成してからも、何段階も検討を重ねて、半年以上、10回以上にわたって飛行のトライを重ねました。いろんなことが起きました。水の上に出した途端に止まってしまう。スピードが出ているのに浮かない。そのたびに、戻って検討する。浮上したもののバランスを崩して水没。飛び立つときにひっくり返って大破したこともありました。野外の実験での難しさを実感したのは、同じ条件で実験はできないこと。天候も風の状態も、同じにはならないんです。
飛行機を船のレギュレーションで作れる
 離水と飛行に成功し、初めて学会で発表したのが2001年。実際に飛ぶデモンストレーションの映像を付けての発表は、かなり手応えの大きなものでした。やはり実際に飛んでいるというのは、強い印象を生んだと思います。ただ、日本よりも、海外の研究者のほうが関心は高かったようでした。チャレンジングな研究には、海外のほうが称賛や評価が得られる。そういう現実があると感じました。

 私たちが目指しているのは、あくまで商用化。そのためには、船を造るメーカーの協力なしには前に進みません。新しい乗り物として興味をもってもらえた点もありましたが、日本の企業がいかにリスクに敏感なのか、ということも学びました。

 表面効果翼船は、飛行機を開発することに比べれば、リスクがかなり低いんです。飛行機は細長く造らなければならない、細い翼で全重量を支えなければならないなど、開発の難易度も高く、コストもかかる。しかし、表面効果翼船なら寸詰まりの太い翼でいい。胴体も飛行機ほど細くする必要がない。だから、強度のリスクを小さくできる。言ってみれば、表面効果翼船は飛行機を船のレギュレーションで造れる。航空機の規制を満たさなくてもいいので、安く造れる。その意味でも、大きな可能性を秘めていると思っています。

 日本の高度経済成長では、人を運ぶことで新幹線が大きな役割を果たしました。これから発展を続けることになる国、東南アジアの国々でも、高速輸送機関は大きな期待が寄せられている。しかし、東南アジアでは、海岸線が多く、日本のような新幹線や高速道路を作ることが難しいとも言われています。そこに、表面効果翼船のような乗り物が登場すれば、新幹線の役割が果たせる。経済を活性化する役割が果たせるということです。
飛行映像
 
■飛行映像

全長1.8mの「海燕-1」で飛行に成功したのが2000年。それから、3.6mの「海燕-2」、7.2mの「海燕-3」とスケールアップしていった。You Tubeにアップされたのは「海燕-3」だが、歓声を上げていたのは、たまたま湖に練習に来ていたボート部の女子高校生たち。実験をしていたメンバーは懸命で、歓声どころではなかったという。
海燕-3 自動車と一緒の上からの写真
 
■海燕-3 自動車と一緒の上からの写真

表面効果翼船は、英語のWing In Surface Effect Shipの頭文字を取って「WISES」とも呼ばれる。航空機の翼が地面や水面に近づくと、揚力が増加、抵抗が減少する現象、地面効果や表面効果が現れるが、その効果を活用する。水との摩擦抵抗や造波抵抗もわずかなため、安定性のある高速海上輸送機関として注目されている。翼をもち、時速200kmから500kmの高速で水面上を低高度航行する船だ。
飛行中の海燕-3
 
■飛行中の海燕-3

浮かぶ難しさは、ラジコン操作だけに加速度を自分で体感できない点にもあった。微妙な操縦ができないのだ。実際、ラジコンの操縦かんの操作は極めて高度なものらしい。フライトシミュレーターを買って、学生みんなで練習したという。また、記録用のビデオカメラの撮影も、慣れないとフレームが揺れて見るに堪えない。ビデオ撮影の練習もずいぶんしたそうである。
 東京大学の本郷キャンパス。工学部のあるエリアを真上から描いたマップには、不思議な形の建物があることがわかる。農学部寄り、西片門の前、言問通りにある細長い建物だ。東大生でも意外に知る人は少ないという長さ130mほどのこの建物が、工学部船型試験水槽室。幅3.5m、長さ84mにわたって、深さ2.5mの実験用の巨大な水槽が建物の中にひっそりとあるのである。隣接する環境海洋工学の古い建物を含め、建築は戦前の1937年だという。この水槽で、世界に冠たる日本の海洋工学技術が戦前から数多く生まれたであろうことは、想像に難くない。それほどの、威厳を感じた水槽だった。秋元氏は東京大学理科T類に入学後、船舶海洋工学(当時)を専攻、修士課程を経て博士課程を修了するまで、この水槽の2階に位置する輸送・環境システム計画研究室で過ごし、鳥取大学の赴任を経て、2005年に再び戻ってきた。
水の流れがコンピュータでシミュレーションできる
 最初から研究者になりたいと思っていたわけではありませんでした。ところが、卒論の研究が面白かった。円柱の流体シミュレーション。波と潮の流れが水の中の円柱に当たった場合にどんな力が出るか。それをコンピュータシミュレーションと実験で調べる。ここでコンピュータシミュレーションの面白さに出合うんです。もっと何かやってみたい、と思いました。

 所属した研究室は、水の中での最適な船の形状を研究していました。船の形状は、船の運航に大きな影響を及ぼします。エンジンが変わったり、スピードが変わることでも、最適な形状は変わる。また、太平洋や大西洋、日本海など、波の出現確率も影響する。船がどんなエンジンを積み、どこで航海していくかで、最適な形状は変わってくる。現在では、この研究ノウハウを生かして、さまざまな分野の研究を推し進めています。

 私が最初に研究室に入って感じたのは、船の開発というのは、実はかなり複雑なんだ、と思いでした。そして研究はコンピュータによるシミュレーションと実験の両方で行われます。実験の場合は、水の流れを見ることは難しいんです。それこそ試験水槽で波がどんなふうに動くのかはわかります。しかし、全てを計測することはできない。でも、コンピュータシミュレーションで行えば、流れがコンピュータ上で見える。水面の形も、瞬間瞬間でどんな形になるか残る。これを実験と対比しながら、研究を進められます。どちらかが欠けると使えない。両方があって初めて研究できるわけです。

 そもそもからして、水の流れがコンピュータの中で作れるんだ、ということが驚きでした。今でこそ市販のシミュレーションコードがありますが、当時はプログラムも研究室内で作り、流れの支配方程式からシミュレーションを実施していました。
ヨットの水中の船体シミュレーション
 修士課程では、魚のヒレのシミュレーションをテーマにしました。魚はなぜ、効率よく泳げるのか。水の外から見ているだけでは、流れが見えません。どんな圧力がかかっているのかもわからない。それをコンピュータでシミュレーションしてみたら、どうなるんだろうと思ったんですね。そうすれば、魚の流れも圧力も見えるはずだ、と。すでに先駆者がいて、そのモデルを参考に、流体を後ろに送り出していくモデルを作り、胴体のくねりが魚の体を通って後ろに向かって進むシミュレーションに挑みました。

 当時行ったのは、メダカくらいの大きさの魚のヒレの流れ。メダカくらいの魚には水は粘り気が強いのですが、そのほうが計算しやすいんです。もっといえば、当時の計算機の能力はメダカにしか対応できなかったともいえます。今は3次元で、マグロくらいの魚で研究を続けている人がいる、テーマです。

 東大の中でもかなり先駆的に流体シミュレーションを始めた研究室でした。船の周辺の流れをコンピュータで解析するなど、新しい領域をどんどん切り開き、そのための環境を整備していたのが、指導教官でした。そして、アメリカズカップの日本のチャレンジャーチームのヨット開発のトップでもあったのです。

 この関わりもあって、私の博士課程の研究テーマは、ヨットの船体シミュレーションの開発になりました。ヨットは、傾いて走行するのが普通です。水の中から見ると、形が変わる。その流体シミュレーションを行う。実は、ヨットの強いチームは、レースが終わるまで水の中に入る部分の形状を隠し続けます。絶対に見せない。それは勝負を決める重要な要件だからです。もちろんクルーの腕もありますが、水の中の形状も大きな意味をもつ。そしてシミュレーションを使うことで、限られた開発費を最大限に効果的に使えます。

難しい研究でした。しかも、実際にアメリカズカップのヨットの開発に使われる。短い時間で結果を得ないといけない。あまりに複雑なものはできません。でも、それなりに使えるものができた。私の表面効果翼船の開発は、こうした経験を生かし、翼の性能をシミュレーションで3次元計算することから始めたんです。
チャレンジができる環境を作らないと
 研究を行う意味は、やはり世の中の役に立つため、だと思っています。新幹線のスピードを海の上で得られる。それだけでも、かなり意味がある。今、海を越えて人やモノを運ぶには方法は2つしかありません。飛行機で運ぶか、船で運ぶか。しかし、前者は一番早いけれど一番高い運び方になる。後者は一番安いけれど一番遅い運び方です。いろんな運び方を選びたくても、どちらかしかないから、無理矢理選んでいる。中間の運び方がない。そこにこそ、表面効果翼船の出番があると考えています。

 実際、商用化はそれほど遠い未来にあるわけではないと思っています。やってみたい、という企業が現れれば、5年ほどでできてしまうのではないか。実際、韓国など、国家プロジェクトとして取り組んでいる国もあります。中国もかなり力を入れています。国内で大規模大量輸送の新しい手段を手に入れるだけではなく、その技術やノウハウを東南アジアをはじめとした国々に提供できることにも意味がある。この状況を目の前で見ているだけに、日本だけが取り残されていくことを私は心配しています。

 学会発表では、日本より海外から支持を得た、という話はすでにしましたが、日本に足りないことのひとつに、チャレンジができる環境、があると私は感じています。技術者も経営者も、一緒にこの環境をつくっていかなければいけない。チャレンジを過大に恐れない、という意識も含めて、です。海外のサイトなどを見ていると、こんなものを本当に作ってしまうんだ、というものがたくさんある。でも、日本はそういうことをなかなかやりません。失敗しても、ある程度の失敗を許容する体制、ムードが必要だと思うんです。すべて成功しなければいけない、では厳しい。時に失敗しても、そこから得たものがあれば、認められるべきだと思います。

 それこそ成功や成果には、時の運もある。タイミングもある。むしろ、そのほうが大きいかもしれない。それだけで、世の中に認められるか、認められないか、の違いになってしまうのはどうか。どの研究も自己満足でやっている人はいないと思うんです。何か貢献ができると思うからやっている。私はそう信じているんです。
内部構造
 
■内部構造

全長7.2mの「海燕-3」の内部構造はセミモノコック。フレームは5mm厚の発泡スチレンボードとヒノキ材、一部にCFRPシートが、外皮には1mm厚の発泡スチレンシート、船底には5mm厚の発泡スチレンボードが使われている。軽さが大きな魅力の発泡スチレンボードだが、5mm厚にもなるとそこそこ強度があるという。すべて学生たちと力を合わせ、自分たちで作り上げた。有人機の材料はより強いものに変更する。
遠隔操縦
 
■遠隔操縦

最大ですでに500mの連続走行を記録している。もっと飛ぶことができるが、手動による遠隔操縦では範囲が限られる。小さな釣り用のモーターボートで追いかけながらの操縦になるそうだが、高速にはとても追いつけない。実験では、時速40kmの走行が行われている。だが、一度、浮かび上がると表面効果で安定走行ができることは実証済み。また、失速したとしても飛行機のように急に落ちることはなく、ゆるやかに着水する。
飛行中の正面写真
 
■飛行中の正面写真

次のステップは有人飛行。だが、人が乗ることは一気にハードルを高くする。メーカーによる協力がなければ、大学だけではなかなか難しい。造船、自動車メーカーなどにも期待を寄せているが、まったく違う分野のメーカーでも可能性は十分にあるという。飛行機でも船でもない、ゼロベースで始められる輸送機関になるからだ。企業はチャレンジに成功すれば、新しい産業の担い手になれる。

profile

秋元博路
東京大学 大学院工学系研究科
システム創成学専攻
工学博士 准教授


1967年、千葉県生まれ。東京大学工学部卒。船舶海洋工学専攻。修士課程を経て、96年に博士課程を修了。同年4月から鳥取大学工学部応用数理工学科助手。2000年、講師。2002年、助教授。2005年4月、東京大学大学院工学系研究科環境海洋工学専攻助教授。2006年、広島大学大学院工学研究科社会環境システム専攻客員助教授兼務。専門分野はグローバル物流システム、流体シミュレーションを用いた船型開発、運動解析、表面効果翼船の研究開発、高速滑走の数値流体力学、船舶・航空力学。



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宮みゆき(総研スタッフ)からのメッセージ 宮みゆき(総研スタッフ)からのメッセージ
大学研究室に置かれた海燕を見学させていただたのですが、本当に軽い!男性1〜2人で運べるくらいでした。低コストで新幹線並みの速度、さらに環境に優しいこの技術が今この時代こそフォーカスされ、商用化へと進んでくれたらいいのにと思います。動画がお見せできなかったのが残念!

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