輸送機のサイズバリエーション(4)基本型と長距離型と短距離型

ストレッチは基本的に定員増加が目的である。ところが民間輸送機では特に、定員の多寡だけでなく、航続距離の長短というファクターも関わってくる。オーバースペックな機体は不経済で経営の良し悪しに関わるから、カスタマーはなるべく最適な規模の機体を求めるし、それに合わせようとすると複雑なことになる。

同じ外寸なのに複数のモデル

ストレッチ型は外見でも容易に見分けがつく。ところが、同じ寸法なのに複数のモデルを用意している事例もある。

例えば、ボーイング777-200がそれ。基本型の777-200と、長距離型の777-200ERは全長(63.7m)、全幅(60.9m)のいずれも同じである。しかし最大離陸重量が異なり、777-200は247,210kg、777-200ERは297,824kg。実はこの両者、燃料搭載量も違っていて、777-200は117,335リットル、777-200ERは171,160リットルである。

本連載の第75回で解説したように、ペイロードと燃料の両方を限度いっぱいにすることはできないものだが、機体構造を強化して最大離陸重量を引き上げれば、同じペイロードのままで、より多くの燃料を搭載できるようになる。燃料搭載量が増えれば、当然ながら航続距離は伸びる。

なお、777-200にはさらに777-200LRというモデルもあり、これは全幅が64.8m、最大離陸重量が347,452kg、燃料搭載量が202,287リットルと、それぞれ増えている。ただし、この全幅の違いは翼端に抵抗低減のためのレイクド・ウィングチップを加えたためで、その内側の主翼本体は同じだ。

ボーイング777の長距離型が翼端に装備するレイクド・ウィングチップ。787の主翼はもっと滑らかな形をしているが、考え方は同じだろう

ストレッチ型の777-300も同様。基本型の777-300に加えて、レイクド・ウィングチップを追加するとともに、最大離陸重量を引き上げたり、燃料搭載量を増やしたりした、777-300ERがある。航空自衛隊で導入する次期政府専用機が、この777-300ERである。日本航空や全日空の長距離国際線向け機材としてもおなじみだ。

ボーイング787の基本型と短距離型

といったところで、ボーイング787の諸元を見てみたい。

787は翼幅がやたらと広いことで知られている。そこで諸元を見てみると、-8、-9、-10の全幅は同じ60.1mだが、計画倒れに終わった-3だけ、全幅が52mと短い。

787-3の全長は787-8と同じで、違うのは翼幅だ。実はこの787-3、短距離型という想定だった。実際、発注していたのは日本航空と全日空だけだ。日本の国内線や近距離国際線で使うつもりだったのだろうが、後日にキャンセルして別モデルに振り替えている。

アスペクト比(翼弦長と翼幅の比率)が大きい、つまり細長い主翼は、航続性能の改善に貢献する傾向がある。実際、日本航空は787の長距離性能を活用するため、これまでのところは同機を国際線にしか使っていない。

しかし、サッと上がって、できるだけ巡航区間を長くとりたい短距離便にとっては、必ずしもアスペクト比が大きい主翼にメリットがあるとはいいきれない。機体が大きく、重くなれば上昇性能に響くし、一方で、航続距離の長さというメリットはあまり効いてこないからだ。

それなら、短距離路線にだけ使うと割り切った上で、主翼を短くして機体を軽くするほうに理がある、という考え方も成り立つ。それを具現化したのが787-3だった。しかし、機種を統一するメリットのほうが、短距離便に最適化した機体を持つメリットを上回ったということだろう。

燃費効率がいくらか悪化するかもしれないが、長距離型で短距離便を運航することはできる。しかし、その逆は難しいし、できたとしても行ける範囲が限られる。つまり、短距離型というのは「つぶしがきかない」のである。

そういえば、ボーイング747にはSR-100、-300SR、-400Dといった短距離型があったが、日本航空と全日空しか買っていない。そして-400では、国際線型は翼端にウィングレットを付けて抵抗を減らしていたが、国内線専用の-400Dはウィングレットを外して軽量化していた。ウィングレットによる燃費改善よりも軽量化のほうが大事というわけ。

全体最適 VS 部分最適

当たり前の話だが、胴体が長いモデルのほうが自重が重く、搭載量が増える分だけ最大離陸重量も増える。というか、増やす必要がある。サイズが同じでも、最大離陸重量を引き上げようとすればやはり、構造強化は必要になる。

特に影響が大きいのが、主翼と翼胴結合部と降着装置。飛行機が飛んでいるときには、機体の重量を主翼で発生させる揚力で支えているのだから、構造的にいちばん辛いのは主翼と翼胴結合部となる。そして地上にいるときには降着装置で支えるのだから、そちらも強化する必要がある。

さて。これらの部材について、最も大きく重いモデルに合わせた設計にすれば、「大は小を兼ねる」ので、部材の共通化が可能になり、生産効率やコストの面では具合がよい。しかし、そうすると短胴型や軽量型では無駄が出てしまう。

かといって、胴体長や最大離陸重量の違いに合わせて別々の主翼や翼胴結合部を用意すると、設計や試験の手間が増える上に、部材の種類が増えるからスケール・メリットが減ってしまう。それは、コスト上昇要因になり、カスタマーにとっては嬉しくない。

つまり、全体最適と部分最適のどちらを重視するかという、よくある二者択一である。全体最適と部分最適のどちらを優先するケースが多いのか、と気になる。ところが、主翼の平面型は外から見ればわかるものの、内部構造の違いは外から見てもわからない。

ボーイング777の場合、777-200と777-300は、胴体長は違うが翼幅は同じである。767はどうかというと、767-200と767-300は、胴体長は違うが翼幅は同じだ。しかし767-400は例外で、-300からさらに胴体をストレッチするとともに、翼幅も拡げている。

767-200 : 全長 48.5m、全幅47.6m
767-300 : 全長 54.9m、全幅47.6m
767-400ER : 全長 61.4m、全幅51.9m

これらのうち、767-400は長距離型のERだけで、これはレイクド・ウィングチップを使っている。一方、767-200と767-300には、基本型と長距離型がある。長距離型はそれぞれ767-200ERまたは767-300ERといい、レイクド・ウィングチップではなく、ウィングレットを追加するオプションがある。この辺の選択の違いが興味深い。