現代の航空機の飛行経路を制御するために、フライ・バイ・ワイヤが採用されており、操縦士のサイドスティックとラダーやエルロンを直接つなぐ機械的なリンクを電子制御信号に置き換えています。オートパイロットや支援機能が飛行制御を補助する一方で、サイドスティックの役割は依然重要であり、正確な入力を可能にするだけでなく、機体に働く力を操縦士に正確に提示して、適切に対処できるようにします。

この機能は フォースフィードバックとして知られており、飛行状況を微妙な触覚的手がかりに変換して、操縦士が本能的に解釈できるようにします。これらの力をロッドやケーブルでサイドスティックに伝える代わりに、電子信号で電動モーターと制御用電子機器に基づくシステムを駆動します。

しかし、サイドスティックを完成したアセンブリとして製造するティアワンの航空サプライヤーにとって、フォースフィードバックのドライブはより広範な統合課題の中の単なるサブシステムに過ぎません。サイドスティックには、位置・力センサー、通信インターフェース、フライトコントロール用コンピュータとソフトウェア、電力管理などの他のサブシステムが含まれます。

これらの各要素は個別に、また組み合わせても検証される必要があり、環境および機能試験はDO-160やAS/EN9100といった規格に準拠して行われます。

ドライブシステムの開発アプローチ

サイドスティックを一体のユニットとして設計する場合、フォースフィードバックのドライブシステムへの重大な依存は専門的な開発を要求します。ドライブシステムは、DCまたはブラシレスDCモーター、ギヤヘッド、位置センサー、制御用電子機器などの個々のコンポーネントを含みます。これら各サブシステムは、厳密な調整で動作する完全なドライブシステムに統合される前に、設計と試験の面でそれぞれ固有の課題を提示します。

サイドスティックのフォースフィードバック用途に向けて開発されたドライブシステムには特有の要件があります。とはいえ、同様のプロセスは機体全体に展開されるより広範なドライブシステムにも適用できます。それでも、用途によって設計要件は大きく異なります。例えば、ランディングギアを制御する駆動系は、客室の空調システム内のバルブを作動させる駆動系とは異なる要件を生み出します。

ティアワンの航空サプライヤーにとって、ドライブシステムの開発は社内で行うことができ、部品の一部を調達して統合する方法や、内部リソースだけで一からユニット全体を開発する方法があります。このアプローチの利点は、当初の調達コストを抑えられる可能性と、社内で管理することによる可視性が得られる点です。

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対照的に、サイドスティックのフォースフィードバックのような用途向けドライブシステムの開発は特殊なケースであり、飛行制御に直接影響を与えるため最高の精度が求められます—これには特定のドライブシステムの専門知識が必要です。とはいえ、要求がそれほど厳しくない航空用途でも、追加のエンジニアリング支援から恩恵を受けることができます。

航空用途向けドライブシステムの主要要件

トルク密度は、機体全体に数百台が設置されるドライブシステムにとって重要な要件であり、航空ドライブシステムメーカーが専門性を集中するポイントです。高トルクと低質量を両立させる設計経験は、宇宙工学やフォーミュラ1のモータースポーツのように同等かそれ以上の要求がある分野からも移転可能です。

こうしたエンジニアリングのノウハウを活かすと、航空向けに開発されたブラシ付きDCモーターでも比較的高いトルク密度を達成できますが、マルチポールのブラシレスDCモーターはその能力を最適化します。フラットなブラシレスDC設計はコンパクトな占有面積と高いトルク密度を両立できます。例えば、maxonのEC-i 40 AEROは70 Wattsの出力と151mNmのトルクを発生し、直径40mmで重量はわずか240gです。Boeing Dreamlinerは空調システムだけでも同様の設計のモーターを50基使用しています。

トルク密度に加えて、航空用ドライブシステムにとって重大な課題は、厳しい環境条件下での性能です。航空用途の試験体制を整えたドライブシステムメーカーは、高温・低温の極限条件下での動作、-55°Cまでの起動電圧や起動電流の性能、高湿度下での動作、振動や衝撃に基づく試験などを実証できる能力を備えています。

DO-160Gに準拠した社内試験を提供するmaxonのようなドライブシステムメーカーと協働することは、耐久性と信頼性の確認になるだけでなく、サブシステム統合を支援する事前検証済みのデータを提供することで開発工数を削減します。これにより、社内のエンジニアリングチームはドライブシステムや個々のコンポーネントの適合性確認ではなく、サブシステム統合に注力できるようになります。

カスタマイズと完全なドライブシステム

サイドスティックアセンブリのような完全なシステムを開発する航空サプライヤーが、ドライブシステムの開発に外部のエンジニアリングを関与させたい場合は、選択の柔軟性を高める目的で複数のサードパーティメーカーから個々のコンポーネントを調達することがあります。特に、航空サプライヤーがドライブシステムの制御に社内の電子機器やソフトウェアを使用する意向がある場合、このアプローチが好まれることがあります。

あるいは、単一のサプライヤーから完全なドライブシステムを調達することで、開発は大幅に速く、単純になります。完全なサブシステムを導入すれば、物理的インターフェースの整合や通信・制御の調整といった統合に要する時間やリソースが不要になり、代わりに単一ユニットとして設計されたドライブシステムが提供されます。さらに、単一サプライヤーから完全統合されたドライブシステムを調達することは、システム統合の変数を減らすことでDO-160G適合を簡素化し、ドライブシステム全体ユニットの検証試験も提供します。

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カスタマイズは統合の容易さをさらに一歩進めます。maxonのようなドライブシステム専門企業は、カスタムのモーター巻線や特定のケーブル・ハーネスといったオーダーメイドの部品を設計・製造できますが、完全なアクチュエータとサブアセンブリをホストシステム向けに設計する形でドライブシステム全体にカスタマイズを適用することで、真の利点を得られます。

ドライブシステムのカスタマイズは、市販の汎用品では得られない性能向上も実現します。トルク供給やデューティサイクル、熱保護、真空環境での潤滑剤の挙動などに関する厳格な基準を満たすようにドライブシステムを設計・試験することで、航空サプライヤーは付加価値を提供する機会を得られます。

エンジニアリングサポート

カスタマイズ、標準製品、または標準製品への柔軟な設計変更を含むかに関わらず、単一のドライブシステムサプライヤーと協業する最大の利点は、エンジニアリング面での連携です。ドライブシステムのエンジニアリング専門知識に依存することで、仕様策定の支援、性能の最適化、製品化までのリードタイム短縮が図れます。

アイデア段階から実稼働後のフィールドサポートに至るまで、maxonのエンジニアリングサポートをプロジェクト全体で活用すれば、社内リソースへの負担が軽減され、長期的にはコスト低減につながることもあります。電動ドライブシステムは今後も航空分野で不可欠であり、エンジニアリングのパートナーシップは付加価値を実現する手っ取り早い方法になり得ます。