東京報道新聞

飛行機や自動車などの輸送機器の空力設計において、80年来信じられてきた「前縁部表面が滑らかなほど空気抵抗は減る」という常識を根本から覆す画期的な発見が発表されました。国立大学法人 東北大学と国立研究開発法人 科学技術振興機構は5月12日、壁面境界層厚さのわずか1.0％という極めて微細な不規則粗さを施すことで、空気抵抗を最大43.6％低減することに世界で初めて成功したと明らかにしました。

1940年代から航空工学の大前提として、流体が整然と流れる層流から乱れを伴う乱流へと遷移するのを抑制して空気抵抗を減らすには、前縁部をはじめとする表面を極限まで滑らかにすることで摩擦を最小化しなければならないという原則が世界中で受け継がれてきました。しかし、東北大学流体科学研究所の焼野藍子准教授らの研究グループは、流線型模型の表面に目に見えないほど微細で不規則な粗さ「DMR」を施工し、遷移域を意図的に変化させる手法を採用しました。従来の約80年間の常識では平滑なほど良いとされてきたのに対し、今回の実証ではわずか1.0％の不規則な微細粗さが摩擦の低減に有効であり、最大で43.6％もの空気抵抗を削減できることが示されたのです。

この極めて精密な計測を可能にしたのが、同研究所が保有する世界最大級の「1メートル磁力支持天秤装置（MSBS）」です。このMSBSは、磁力を用いて試験模型を空中に浮揚させたまま非接触で計測を行う装置であり、従来の風洞試験でどうしても避けられなかった支持棒による気流の乱れを完全に排除できます。これにより、微細な粗さがもたらす抵抗変化の精密な検出が初めて実現しました。

さらに研究グループは、高解像度のシミュレーションとオイルフローによる可視化手法を駆使し、この劇的な抵抗低減効果が単なる気流の剥離抑制ではなく、「壁面摩擦抵抗そのものの抑制」によるものであることを定量的に証明しています。空力抵抗は主に圧力抵抗と摩擦抵抗に大別されますが、今回の結果は摩擦抵抗そのものが減少しているという点で画期的です。この画期的な研究成果は、2026年5月7日に流体力学分野における権威ある国際学術誌「Journal of Fluid Mechanics」に掲載され、各方面から大きな注目を集めています。

次世代の省エネ技術と輸送機器革新に向けた展望

今回実証された「DMR」による摩擦抵抗の低減技術は、部分的な適用であっても二桁台の抵抗低減のポテンシャルを秘めており、今後の産業界に与える影響は計り知れません。特に、世界的に温室効果ガス排出の削減が急務となっている航空業界において、機体そのものの空力性能を飛躍的に高める次世代省エネ技術の社会実装へ向けた大きな前進となります。

また本研究は、日本学術振興会の科学研究費助成事業や、科学技術振興機構の創発的研究支援事業および戦略的創造研究推進事業（CREST）などの支援を受けており、今後は最先端の数理科学やAI技術を融合させた研究も展開される予定です。東北大学が切り開いた新たな流体力学の地平は、空飛ぶクルマなどの次世代エアモビリティや高速鉄道など、あらゆる輸送機器の燃費向上と環境負荷低減に大きく貢献していくことが期待されています。