旅客機が乱れた空域を突き抜けるたびに、乗客の多くが気づかないことを翼が行っている：しなり、エネルギーを吸収し、多くの場合はコンピュータによって能動的に制御されて受ける負荷を軽減している。

乱気流時に翼に実際に何が起きるのか

乱気流は揚力面にかかる気圧や気流が急速かつ不均一に変化する形で機体に襲いかかり、炭素繊維複合材で作られた柔軟な翼は単にしなることでその衝撃の一部を吸収するよう設計されている。

試験では、Boeing 787の翼が元の形に戻る前に約25 feetも上向きにしなることが示されており、現代の機体にどれほどのたわみが組み込まれているかを劇的に示している。

しかし、しなるだけでは限界がある。

放置すれば、繰り返される突風荷重は時間をかけて翼根部に負荷をかけ、客室の快適性に直接影響を与える。そこで能動的制御が重要になる。

突風が本格的に襲う前の感知

現代のガストロード緩和システムはセンサーとデジタル飛行制御を組み合わせて機能する。

加速度計やピッチレートセンサーが乱れのごく初期を検知すると、ミリ秒単位でフライトコンピュータがエルロン、エレベーター、ラダーに指令を出してそれに対抗し、乗客が衝撃を感じる前に機体の縦方向の動きを和らげる。

このような応答はデジタルのフライ・バイ・ワイヤが突風が衝撃に発展する前に反応できるだけの高速性を持つことに完全に依存しており、だからこそフライ・バイ・ワイヤ自体が成熟して初めてこの技術が実用的になったという側面が大きい。始まりは Concorde で、その後完全なデジタル・フライ・バイ・ワイヤを備えた最初の旅客機である Airbus A320 へと続いた。

The Boeing 787's Gust Load Alleviation System

787 Dreamlinerは商用機としてこの技術をより包括的に採用している機体の一つだ。

そのGust Load Alleviation SystemはNorthrop Grumman B-2 Spiritの設計思想を取り入れており、Boeing自身の試験ではこのシステムが乱気流による機体への垂直方向の影響を60～70 percent軽減することが示されているが、乱気流を完全に消し去ることはできないとも認めている。

比較すると、Airbus A320やBoeing 777はより限定的なロード緩和システムを搭載しており、787のようにすべての主な操縦面を横断的に連携させるのではなく、主にエルロンとラダーで突風に対応する形になっている。

AirbusがA320の応答をどのように設計しているか

Airbusスタイルのナローボディ機に関する公開された制御則の研究は、これらのシステムの背後にある詳細さを示している。

On the A320 では、計測された正規荷重と指令された正規荷重の差が設定閾値を超えるとロード緩和機能が作動し、エルロンと外側スポイラーを最大200 degrees per secondの舵角変化率で動かす。

この機能を実装することで、垂直突風条件下で翼荷重を約15 percent削減し、最悪荷重を受け止めるためだけの余裕を持たせる必要がなくなるため翼構造重量を約180 kilograms削減できることが示されている。

技術の今後

最新の研究はガストロード緩和を受動的な反応から予測的な制御へと押し進めている。

Systems using forward-looking Doppler LIDAR can detect gusts several seconds before they reach the aircraft, giving flight computers time to prepare control surfaces in advance rather than simply reacting after the fact.

風洞およびシミュレーション試験では、この種のフィードフォワード方式が翼根曲げモーメントを平均で39 percent超削減し、さらに翼端加速度を無緩和システムの機体と比べて65 percent以上低減することを達成している。

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静かな安全余裕

これらの技術はいずれも乱気流の発生を止めるものではなく、どのシステムもそれを主張してはいない。

しかし、それらは翼に一世代前にはなかった余裕を与え、荒れた空気をより滑らかな乗り心地に変え、下にある機体構造の寿命を延ばす。時には構造重量の削減にも寄与するほどだ。

次に飛行中にシートベルトサインが点滅したときは、窓の外の翼がその衝撃をすでに数歩先読みしている可能性が高い。