飛行機の設計で考慮している環境 - 航空機エンジニア KOH’s Room

今日は飛行機の設計にて考慮している環境について紹介します。

飛行機は赤道直下の国から極寒の国まで、

真夏の太陽の照り付ける地上から真冬の北極付近の上空まで、

様々な環境で運行されます。

設計時にはこれらを設計環境（温度・湿度）として定め、

設計環境下での安全性を保証すべく、試験等を通じて強度確認をしていきます。

一般的には、この設計環境は以下の条件がよく使われています。

逆に言えば、皆さんが飛行機に乗っている時、冬の上空では構造体は-54℃近くになっているということです。

反対に、真夏で駐機している飛行機の表面は、82℃ぐらいになっているかもしれません。

この温度差は設計上でも多くの問題を引き起こします。

代表的なものとしては以下2点が挙げられます。

近年、金属材料に代わって複合材料の適用がどんどん増えていますが、この複合材料はかなり環境に依存します。

引張側の荷重に対しては低温環境の方が強度低下が大きく、

圧縮側の荷重に対しては高温高湿度環境の強度低下が大きくなります。

これらの温度・湿度環境の変化による強度低下を加味して、設計をしていく必要があります。

一般的に物質は温度が高くなると伸び、温度が低くなると縮みます。

そして温度が1℃上昇した時にどれぐらい伸びるかは、材料によって異なります。

例えばこれまで飛行機の大部分に使用されてきたアルミニウム合金に対して、近年よく使われている複合材料（CFRP）は、温度上昇の際の伸びがかなり小さいです。

そのため、アルミニウム合金と複合材料をファスナで結合すると、片方は伸びたがるのにもう片方は伸びたがらないということで、その結合部に余分な力が発生します。

見落としがちですが、これもきちんと設計で考慮しておかないと、予期せぬ破壊に至ってしまいます。

ということで、本日は飛行機の設計で考慮している環境について紹介しました。

これは一般的な部位に限った話で、もちろんエンジン周りなどかなりの高温になる部分については別途それも考慮して設計しています。