2019年パリ航空ショー：主要ハイライトと業界インサイト

2019年パリ航空ショーでの複合材集約型Airbus A400M軍用輸送機の静態展示。出典：CW

2019年パリ航空ショー（6月17〜23日）への期待は複雑でした。Boeingが新型中型機（NMA）の足固めをすることを期待されていましたが、737 MAX危機が同社のエネルギーと注意の大半を消費していました。実際、初日にBoeingはビジネス状況に関する非常に一般的な発表を行い、20年間の商用機予測を発表しました。NMAについては何もなし。ショー中にBoeingが最大のニュースとしたのは、International Airline Group（IAG）に200機の737 MAXを売却したことです。

一方、AirbusはA321XLR（LR＝長距離）を発表しました。これはA320neoの最新版で、2023年就航予定、追加燃料容量により4,700海里の航続距離を実現。Airbusは、この航続距離により、現在はより高価な双通路機が主に担う路線で、安価な単通路機オプションを航空会社に提供できると述べています。対象路線には、ニューヨーク〜リオ、上海〜シドニー、マドリード〜ドバイなどが含まれます。

NMAのニュース不在にもかかわらず、パリ航空ショーに出展する複合材関連企業の間では、今後10年間でBoeingとAirbusがサプライチェーンに課すであろう要求に応えるべく、材料とプロセス技術を開発・整合させる明確な努力が見られます。これには、従来の熱硬化性プリプレグ/オートクレーブ硬化、ドライファイバー液体樹脂インフュージョン/アウトオブオートクレーブ硬化、熱可塑性複合材、積層造形が含まれます。サプライチェーン全体に期待感が漂っています。

パリ航空ショーで展示されていた複数のEVTOLのうちの1つ、Boeing製。出典：CW.

フライントラインには、通常の商用、軍用、民間機が並び、日替わり飛行デモが行われました。空では電動航空機のデモが注目され、戦闘機や商用ジェットの轟音とは対照的な静寂さでした。静態展示では、都市型モビリティ市場をターゲットにした複数のEVTOL（電動垂直離着陸機）が展示されていました。この航空機タイプは特に複合材の重要なターゲットとなっており、電動飛行には不可欠です。しかし、これらのプラットフォームの一部の生産量は年間数千機規模と見込まれ、材料とプロセス技術をより自動車的な生産モデルへと押し進めています。とは言え、EVTOLは規制、認証、空域管理のハードルが残されていることを考慮すると、まだ初期段階です。

以下にショーのハイライトを示します。

Spirit AeroSystems. 世界最大のエアフレーマー、Spirit AeroSystems（米国カンザス州ウィチタ）は、月曜早朝の記者会見で、次世代単通路機の性能、レート、コスト要件を満たす完全複合材胴体の設計を示すASTRA胴体パネル（Advanced Structures Technology and Revolutionary Architecture）を発表しました。その設計と製造は、こちらの単独記事で取り上げられています。

次世代高レート単通路機向けSpirit AeroSystems ASTRAデモンストレーター胴体パネルの背面。出典：CW

MTorres. ショーで注目されたもう一つの複合材パネルは、MTorres（スペイン・ナバラ州トーレス・デ・エルロルツ）ブースにありました。この「グリッド/スキン構造」リブ補強パネルは、ドライカーボンファイバーの樹脂インフュージョンで製造されましたが、実はStanford大学名誉教授で複合材ベテランのStephen Tsai氏の考案です。Tsai氏はMTorresブースでこれを説明していました。氏は数年前にこの設計を考案し、Vickers-Armstrongs製造の英国WWII爆撃機Vickers *Wellington*に採用されたグリッド/スキン構造に基づいています。この機体は墜落時にも構造的完全性を維持したことで有名です。この設計を複合材応用で実現するため、Tsai氏はリブを格子構造で設計し、各リブの幅と高さ、リブ間隔を固定しました。

自身が設計しMTorresが製造を支援したリブ補強パネルとともに立つSteve Tsai氏。鍵はリブ構築のための精密なファイバー配置。出典：CW

氏の設計の課題は、大きな機械的荷重に耐えられるリブ交差部を開発することでした。氏が考案したのは、カーボンファイバーテープを一方向（方向Aと呼ぶ）に連続配置し、交差方向（方向B）に不連続配置するリブアーキテクチャです。次の層では、方向Aに不連続、方向Bに連続配置します。このパターンをリブの所望厚さまで繰り返します。これにより、各リブ接合部は常に連続テープで横切られることになります。リブがツール内で構築されると、スキンを自動ファイバープレースメント（AFP）または自動テープ積層（ATL）で上から積層し、全体を共同硬化します。

氏によれば、この設計の利点はいくつかありますが、主なものは「損傷が局所領域を超えて広がりにくい」こと。つまり、スキンに発生したクラックが、影響領域を境界とするリブのいずれをも容易には超えて伝播できません。また、グリッド/スキン構造は重量と材料の面からも高効率だと氏。ただし、「設計は簡単だが、製造は難しい」とも述べています。そこに登場するのがMTorresです。

パリ航空ショーでのMTorresリブ補強パネルのリブ接合部クローズアップ。Tsai氏は航空宇宙と自動車部品への応用可能性を指摘。出典：CW

Tsai氏によれば、氏のパネル設計の製造における制限要因は、リブテープの配置でした。完全な工業化には、最近まで不可能だったテープ配置切断速度と精度が必要でした。しかし、Tsai氏はMTorresに設計を持ちかけ、ATL/AFPスペシャリストとして対応可能か尋ねました。同社特別プロジェクト部門責任者Iñigo Idareta氏とMTorres複合材チームが課題に取り組み、Tsai氏と協力してMTorres技術を応用に適合させました。航空ショーでIdareta氏が語ったところでは、2つの課題があった：テープ配置切断速度と精度の微調整（MTorresのAFPカットオンザフライ機能が高速積層速度維持の鍵）、スタック完全性を失わずに各リブを積み上げるツーリングソリューションの開発。さらに、MTorres独自のAFP用ドライカーボンファイバーフォーマットの使用が、この困難なインフュージョンを成功させるために必要でした。すべて達成されたとIdareta氏。また、Tsai氏の設計に基づき、パネルスキンのオフアングルファイバー配置も実現（4プライ、約1.2mm厚）。

Jeff Sloan氏の簡易図：リブ構築方法を示そうとしたもの。連続ファイバーをまず方向Aに、不連続ファイバーを方向Bに配置。次の層で連続ファイバーを方向B、不連続を方向Aに配置。こうしてリブ接合部は常に連続ファイバーで覆われる。出典：CW

使用されたカーボンファイバーは、Mitsubishi Chemical Carbon Fiber & Composites Inc.（米国カリフォルニア州サクラメント）製ドライ50K材で、主にMTorresが手元にあった材料だったため選ばれました。樹脂は「標準的な」工業用タフニングエポキシ。Idareta氏によれば、パネルはNASAのAlan Nettles氏によってテストされ、良好な性能を示しました。特にリブ/スキン接着が優れていたとのこと。Tsai氏は、パネルの弱点はリブ接合部で、これはクロスプライ[0/90]積層であることを認めました。リブはすべて[0]方向。そのため接合部は単方向引張強度の約半分、単方向圧縮強度のわずかに半分以上しかありません。それでも、グリッド/スキン強度は同設計の現行アルミニウム技術の2倍以上で、複合材の更なる軽量化を考慮しなくても優れています。Tsai氏は、アルミニウムで同設計の強度特性を得るには3倍の重量になるとも述べています。

この技術の次のステップは？Tsai氏は「適用準備完了」とし、胴体構造、宇宙打ち上げ機体、自動車パネル、バッテリーケースなど複数の部品タイプを挙げました。Idareta氏はMTorresが設計の反復に取り組んでおり、曲面パネルとフルバレルパネルの開発中で、両方とも手の届く範囲にあると述べました。

また、Tsai氏の設計のいくつかの側面は、さまざまな荷重ケースに対応するよう修正可能です。これにはリブ幅、リブ高さ、交差角度、リブ間隔が含まれます。また、MTorresは今回インフュージョンでパネルを製造しましたが、従来の熱硬化性プリプレグでも製造可能です。

GKN Aerospace. 商用翼スペシャリストのGKN Aerospace（英国レディッチ）は、エアバスWing of Tomorrowプログラムにおける自社担当分の最初の部品を製造したと発表。これは5年間（2018〜2022年）、複数企業、英国カタパルトによる取り組みで、次世代単通路機に展開される樹脂インフュージョン炭素繊維複合材翼の高レート（月産100機）製造のための材料・プロセス技術開発を目的としています。

GKN Aerospaceの技術担当VP Paul Perera氏が航空ショーに出席し、プログラムの詳細を提供しました。同氏によれば、現在60人がスパーとリブに取り組んでおり、大部分は年内に新施設へ移転予定のGKNグローバルテクノロジーセンター（英国フィルトン）で行われています。

スパーはGKNがドライファイバー配置し、その後インフュージョン。リブは熱可塑性複合材とアルミニウムの両方で製造。National Composites Centre（英国ブリストル）がWing of Tomorrow向けに複数技術に取り組んでおり、iCAP（デジタル能力習得プログラム）によるデータベース自動化ソリューション開発、Loop Technology（英国ドーチェスターポンドベリー）開発の自動ファイバー切断・配置システムが翼製造に採用されます。Northrop Grumman（旧Orbital ATK、米国ユタ州クリアフィールド）がストリンガーを開発。下翼スキンはSpirit AeroSystemsがスコットランド・プレストウィック施設で、上翼スキンはAirbusが製造。目標は、今後18ヶ月でエアバス翼工場（英国ブロートン）へ3シップセット納入、組立実施。第1弾は2020年6月、第2弾は2020年後半、第3弾は2021年初頭。最終的に計画通り進めば、次世代単通路機向け複合材翼の高レート生産プロセスとして樹脂インフュージョンの実現可能性を証明します。Perera氏によれば、ワイト島（英国）GKN施設で製造・評価された1メートルスパー断面は、材料とプロセスが用途に適していることを示しています。

Perera氏は、Wing of Tomorrowプログラムの大部分が自動化開発を中心に回ると指摘。実際、自動化が次世代航空宇宙製造における樹脂インフュージョンの鍵になると述べています。

Solvay Composite Materials. 材料サプライヤーにまで航空宇宙製造の工業化と生産効率への焦点がどう浸透しているかの証拠を探すなら、Solvay Composite Materials（米国ジョージア州アルファレッタ）以上に適切な例はありません。同社は複数年にわたり、航空宇宙グレード樹脂、テープ、プリプレグの生産場所と方法を再評価する取り組みを進行中です。Solvayの重点は、より少ない製品番号を、高度に特化した設備で、次世代機のレートと品質要件を満たせるよう生産する施設への運営戦略開発にあります。Marc Doyle氏（SolvayエグゼクティブVP航空宇宙）によれば、2018年9月開業の英国レクサム新工場はこの取り組みの象徴です。同工場はわずか2製品番号（接着剤）のみ生産しますが、顧客のジャストインタイム要件を満たすよう設計された高度に構造化され、最適化され、自動化主導の環境で生産されています。同社はこのモデルをすべての新施設で踏襲し、既存工場の転換も試みるとしています。

材料イノベーションの面では、Solvayは2つの注目すべき取り組みを強調しました。一つは熱可塑性、もう一つはカーボンファイバーです。Mike Blair氏（研究イノベーション担当エグゼクティブVP）によれば、熱可塑性の最大の課題/機会の一つは高温度デルタです。すなわち、熱可塑性の高い加工温度が、冷却時に部品に熱膨張係数（CTE）問題を引き起こす可能性があり、特に大型部品で顕著。目標は、ガラス転移温度（Tg）に影響を与えずにポリケトン化学を修正して加工温度を下げること。また、自動装置での熱可塑性材料のプロセス性とハンドリング向上も検討中。「標準的なPEEKとPEKK材料は実際うまく機能します」とBlair氏。「それらをより適応しやすくするために修正するだけです。」

カーボンファイバー周辺のイノベーションも同様に興味深いです。2017年、Solvayは大判ポリアクリロニトリル（PAN）メーカーEuropean Carbon Fiber GmbH（ドイツ・ケルハイム）を買収し、50Kトウカーボンファイバー用の新たで健全なPAN供給源を得ました。これを受け、課題が提示されました：大判カーボンファイバーを、中弾性率（IM）小判カーボンファイバーの性能特性を提供するようフォーマットできるか？Blair氏はこのアイデアは考えさせられるが、自明ではないと述べています。50Kトウファイバーの取り扱い自体が、それ自体でファイバーを損傷させる可能性があると指摘。詳細を明かさずに、Blair氏はファイバー損傷を回避するハンドリング技術に取り組んでいると述べました。「積極的なスケジュールなら18ヶ月」とのこと。

Toray Advanced Composites. 旧TenCate Advanced Compositesは現在完全にTorayに吸収され、3月からToray Advanced Composites（米国カリフォルニア州モーガンヒル）として運営されています。マネージングディレクターSteve Mead氏によれば、EVTOLは現在同社にとって特に活発な分野（熱硬化性と熱可塑性の両方）です。氏は「新興EVTOLプログラムに材料を供給しています」と述べ、「複合材はこれらの航空機で真のイネーブラーです。寄生的なバッテリー重量があるため、非複合材は選択肢になりません。」航空宇宙品質の製造を自動車レートで行う組み合わせは興味深いと述べました。

Eviation. パリ航空ショーでの注目発表の一つは、Eviation（イスラエル・カディマ・ツォラン）が発表した全電動・全複合材航空機*Alice*です。*Alice*は9人乗り地域輸送機で、巡航速度240ノットで650マイル/1,000キロメートルの航続距離を持ちます。機体は尾部に主推進プロペラ1基、翼端に補助推進プロペラ2基を備え、抗力低減と冗長性を実現。Eviation CEOのOmar Bar-Yohay氏が機体を紹介し、飛行試験を米国ワシントン州モーゼスレイクで実施、米国連邦航空局（FAA）認証を2020年末または2021年初頭に取得予定と発表。定価は400万ドルで、同社は認証と初期生産まで完全に資金調達済みと述べました。

Omar Bar-Yohay氏（Eviation CEO）が*Alice*の前で立つ。全電動・全複合材・9人乗り機で、2021年までに市場投入予定。出典：CW

ショーで展示された機体は、前週に組み立てられた非飛行プロトタイプ。最終的な生産場所と方法は未定。プロトタイプは複数のサプライヤーが製造した複合構造から組み立てられました。一つはMultiplast（フランス・ヴァンヌ）、Carboman Group SA（ヴァンヌ）傘下の5社ロールアップの一部で、Decision（スイス・エキュブランス）、SNE SMM（フランス・ラネステル）、Plastinov（フランス・サマザン）、Plastéol（サマザン）も含まれます。海洋構造物製造の歴史を持つMultiplastが、*Alice*の胴体をオートクレーブ外（OOA）で、ノーメックスハニカムコアのサンドイッチ構造で製造。胴体は右舷/左舷センターライン構成で2半分に分けて製造され、2胴体セクションが接着/締結されました（タイムラプス動画参照）。Multiplastはシリーズ生産契約を獲得できるか不明ですが、材料とプロセスの観点から生産工業化に必要なものを評価中と述べています。翼とベリーフェアリングはComposite Cluster Singapore（CCS）が供給。

Stratasys. 積層造形（AM）マシンスペシャリストのStratasys（米国ミネソタ州エデンプレーリー）は、パリ航空ショーで部品と工具生産へのAM活用能力を強調。複合材製造では工具に重点。同社ブースにはStratasysマシンで作られた2つの金型がありました。材料はSABICのULTEM 1010、非強化ポリエーテルイミド（PEI）で、オートクレーブ処理に適しています。1つ目の金型はカーボンファイバー翼前縁製造用で、金型内電極を備えプリプレグ加熱能力を向上、硬化時間を1.5時間からわずか10分に短縮。もう1つは、Boom Aerospace（米国コロラド州センテニアル）が開発中の超音速商用機*Overture*の小型部品製造用積層治具。Stratasys製造ソリューション担当VP Scott Sevcik氏によれば、BoomはすでにStratasysマシン2台を使用中で、3台目が年内納入予定。Sevcik氏は、Stratasysが年内にAM用チョップドカーボンファイバー強化材料2種を新発表予定、また連続繊維強化AMにも取り組んでいると述べました。

Boom AerospaceがStratasys積層造形システムで作った積層治具。材料は非強化ULTEM（PEI）。出典：CW

Boom Aerospace. パリ航空ショーでのもう一つの派手な発表は、Boom Aerospace（米国コロラド州エングルウッド）からで、同社は全く新しい超音速旅客機*Overture*を開発中です。Boom CEO兼創業者Blake Scholl氏が記者会見で、複合材集約型*XB-1*（*Overture*のサブスケールプロトタイプ）が完成間近で、2019年末までにロールアウト、2020年中に試験飛行予定と発表。これらの試験飛行は、航空機の設計・工学原則を評価し、教訓を*Overture*の最終設計・生産に活かすためのもの。 *Overture*は2020年代半ばの就航を目指しています。当初の予想より長いスケジュールです。「野心的なプロジェクトです」とScholl氏。「初期には楽観視しすぎるのは簡単です。」

Boom Aerospaceの複合材集約型*Overture*航空機、マッハ2.2で超音速飛行を提供。出典：CW

*Overture*は最大速度マッハ2.2、巡航高度60,000フィート（19,354メートル）、乗客（55〜75名）をシドニー〜ロサンゼルス間わずか7時間、ワシントンD.C.〜ロンドン間わずか3.5時間で輸送可能。Scholl氏によれば、*Overture*のチケットコストはシートマイルベースで現行航空運賃と競合可能になる見込み。また、*Overture*はPrometheus Fuelsと呼ばれる技術を使用し、大気中の炭素を電気（再生可能エネルギー由来）を用いてガソリン、あるいはBoomの場合ジェット燃料に変換。これにより、正味ゼロカーボン超音速飛行を実現すると述べました。