2050年までに航空機製造をカーボン・ニュートラルに

産業革命以降、産業界は化石燃料の酸化による熱力学的エネルギーに頼ってきました。この酸化により、温室効果ガスが排出されます。航空業界は、2050年までにクライメイト・ニュートラルなオペレーションを実現するという目標に向け移行しています。そのため、現在の社会において、持続可能な産業開発の実践に取り組む必要があります。

シーメンスデジタルインダストリーズソフトウェアは、「Clean Aviation Joint Undertaking」プログラムの支援企業として選ばれました。このプログラムは、持続可能な航空技術を支援するシミュレーション/テストの開発に貢献しています。

このホワイト・ペーパーは、航空業界が直面するいくつかの課題と現在の進捗について説明しています。ぜひダウンロードしてください。

環境に配慮した航空機の設計

環境に配慮した航空機の設計に向け、大規模な取り組みが進行しています。航空宇宙産業が気候変動に与える影響について懸念が高まる中、環境に配慮した、または持続可能な航空機の設計に向け、航空会社は化石燃料に代わる新しいエネルギーに目を向けています。追求するいくつかの選択肢には、植物由来の持続可能な航空燃料や電動化などがあります。よく知られている選択肢は水素です。

水素は、天然ガスやガソリンよりもエネルギー密度が高く、燃焼後に排出されるのは水のみです。しかし、グリーン水素の製造や水素燃料航空機の設計には、航空燃料としての水素を広く普及させるうえで乗り越えるべき多くの課題があります。

持続可能な航空燃料: 破壊的な転換

持続可能な航空燃料への移行は、航空業界に破壊的な転換をもたらします。液体水素推進システムのような新しい応用技術の開発に取り組む際には、シミュレーションとテストにおいて、関連するすべての物理的動作 (燃焼、ボイルオフ、流動様式、浮力、材料脆化など) を捉え、測定し、活用する必要があります。それには、基礎となる物理学の知識、新しいモデルの構築、質の高い実験結果の取得、専門知識が不可欠です。

開発を加速させるには、広範囲を網羅するテスト機能に加え、より効率的で複合的、かつ大規模なシミュレーションの計算結果が必要です。そのため、持続可能な航空機製造への移行といった変化には、シミュレーションやテストにおいて野心的な取り組みが欠かせません。これらの課題に対処するための重要なツールはデジタルツインです。デジタルツインは、次世代の水素燃料航空機やその動力源となるグリーン水素製造施設の設計に役立ちます。

重量および体積エネルギー密度が最も高い燃料は、一般に炭酸燃料であり、非炭酸燃料の代替はありません。これらの燃料におけるクライメイト・ニュートラルは、その製造と二酸化炭素補償点を考慮して評価する必要があります。持続可能な航空燃料 (SAF) はこの選択肢に沿うものです。バイオ調達や石油のリサイクルを利用して燃料を製造し、ガスタービンや燃料システムを適合させて対応しています。

環境に配慮した航空機製造を加速

環境に配慮した航空機製造を加速させるには、イノベーションが必要です。イノベーションはデジタル技術によって推進されます。今後20年以内に商業展開の実現という目標のもと、航空水素技術の開発は、これまで行われてきた技術探索のはるか先を行く必要があります。これは、構造、システム、耐空性、安全性、オペレーション、バリュー・チェーン、製造など、ほぼすべての航空工学の領域に影響を与える大きな変化を意味すると同時に、航空工学特有の課題を新たに生み出しています。応用可能なすべての研究開発 (R&D) の手法やツールをさらに発展させて、産業としての成熟を早期に実現する必要があります。Simcenterのソリューションが、持続可能でクライメイト・ニュートラルな航空機への移行を加速させる方法をご確認ください。

新構造と空気力学

2050年までにクライメイト・ニュートラルを実現するという目標を達成するには、研究開発 (R&D) とエンジニアリング時間の短縮を並行して進める必要があります。新しい手法と計算能力を組み合わせた斬新なデジタル技術が、今後のクライメイト・ニュートラルな航空機製造に大きなメリットをもたらす可能性があります。

水素燃料 (液体水素または圧縮水素) の採用やハイブリッド化の機会により、推進システムだけでなく、航空機全体の構造にも影響が及びます。これらの機会には以下のことが含まれます。

• 水素航空機の統合
• 翼胴一体構成
• ドライウィング構成
• 構造物との新しい相互作用