極超音速旅客機研究～目に見えないジェット騒音源との戦い～

アメリカ西海岸は日帰り出張となる

太平洋横断は、従来の亜音速旅客機で10時間かかります。もし、マッハ5（音速の5倍）での飛行が実現すれば、太平洋は2時間で結ばれ、映画鑑賞が終わるころには到着です。現在JAXAで、このような極超音速旅客機の研究が進められています。バーチャル空間のみならず、リアルワールドでも世界を密接につなげていく、次世代エネルギーキャリアである水素を燃料とする全く新しいモビリティです。しかしその実現には、これまでの常識が全く通用しない過酷な課題が待ち受けています。その1つがジェット騒音です。

ジェット騒音は「速度の8乗」に比例

航空機の推進機関である「ジェットエンジン」では、ノズルから高速ジェットを噴出することで、巨大な推力（機体を前進させる力）を得ます。噴出されたのちのジェットは、周囲空気との摩擦によりジェット騒音が発生します。ところで、自分の鼻息（典型的な「ジェット」）で目が覚める人はいませんが、空港近隣住民の人々は航空機のジェット騒音に悩まされます。ジェット騒音特有の性質によるものです。ジェット騒音の強さは速度の8乗に比例します。ジェット速度が2倍になれば、騒音は256倍になります。超音速飛行は、騒音との戦いなのです。

「なにもない空間」から音が出る

ジェット騒音は、ジェットと周囲空気との摩擦、つまり「なにもない空間」から発生するので、目に見えません。騒音低減デバイス開発には、ジェット騒音源の位置と規模の把握が必須です。見えない音源を可視化するため、「音」の計測に「光」を用います。音は圧力変動です。ここに光を通すと、極めてわずかに曲がります。これを特殊な光学系で検出し、さらにCTスキャンやMRIで使用されるアーベル変換という数学手法を用いてジェットを「輪切り」にするように音源位置を可視化します。これを突破口に、音源に効果的に作用する手法を開発し、ジェット騒音を低減していきます。さまざまな方法を検討しながら、極超音速旅客機の研究は続けられているのです。

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先生情報 / 大学情報

群馬大学理工学部電子・機械類（機械プログラム）教授荒木幹也先生

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航空宇宙工学、機械工学

先生が目指すSDGs

メッセージ

私は小学生の頃、パイロットになるのが夢でした。大空を自由に飛ぶ、それはとても魅力的なことです。高校生になると、「なぜ飛行機は飛ぶのだろう」という原理に強い興味を持つようになり、大学では航空宇宙工学を専攻しました。高校生の時に抱いた興味は今も変わらず、現在は仕事として超音速航空機の研究を行っています。流体力学・熱力学・音響学・計測工学を網羅したおもしろいテーマです。
大学は、あなたの夢を実現するための場所です。今持っている夢を大切にして、じっくり大学を選んで、そして大学で大いに学んでください。

先生への質問

先生の学問へのきっかけは？
先輩たちはどんな仕事に携わっているの？

群馬大学に関心を持ったあなたは

群馬大学は北関東を代表する総合大学として、優れた人材を育成し、学問の研究と応用、福祉への貢献など、社会的使命を果たすことを特色としています。「社会のニーズに配慮しつつ細分化から総合化へ」という理念を研究面、及び教育面に具体的に実現させ、「研究活動面における社会との連携及び協力」に高く評価される形となって生かされています。