為實現溫室氣體淨零排放的碳中和目標,全球對於相關技術的關注日益升高。在航空領域中,為減少二氧化碳排放,控制燃料消耗量成為關鍵。日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)、日本航空(JAL)以及O-WELL公司共同開發出一項可以有效降低飛機空氣阻力的機體微細表面加工技術。透過對於飛機這項重要交通工具的技術開發,可望有助於降低環境負荷。
新技術採用了「微細縱溝結構(Riblet)」的構造設計,於飛機機體表面加工出約0.1 mm的微細縱向溝槽,藉此在飛行過程中控制氣流渦流,減少因摩擦產生的阻力。這項技術的靈感來自鯊魚的鱗片,並據此設計了表面形狀。從實物來看,在光線下可以清楚看到微小起伏的加工痕跡,觸摸時則能感受到如鯊魚皮般的粗糙質感。
研究團隊利用「微細縱溝結構」的微細加工,期藉此有效降低摩擦阻力。據統計,飛機整體阻力中約有40%來自機體表面的摩擦阻力。若對整架飛機全面施作「微細縱溝結構」,估計可將「微細縱溝結構」部分的表面摩擦阻力降低約5%,進而促使整體阻力下降約2%。JAXA強調:「即使僅僅減少1%的阻力,也具有極大的效益」。
目前採用的「微細縱溝結構」技術是直接將微細形狀加工於機體的塗裝面上,這項結構性塗膜技術為JAXA與OWELL共同改良開發,並已取得專利。既有方法是將膜材貼附於機體,但容易在飛行過程中脫落;而新開發的技術則有助於減輕重量並提升耐久性。至今已針對JAL國內線機體進行測試,包括施作7.5×7.5 cm的小面積「微細縱溝結構」進行耐久性飛行驗證,以及擴大應用至機體下方的大面積施工。
此外,JAXA等在2025年1月首次將「微細縱溝結構」應用於國際航線客機,並展開長距離航行的實證實驗。JAL的波音787-9型客機約30%的機身表面採用了「微細縱溝結構」,預期可達到約0.24%的阻力降低率。根據JAL的試算,此結果相當於每年減少約119噸的燃料消耗與約381噸的二氧化碳排放,相當於約2萬7千棵杉樹一整年的二氧化碳吸收量。今後將根據實證結果,進一步檢證大面積「微細縱溝結構」塗層在耐久性、外觀品質及長途國際航線燃油效率方面的效益。
目前「微細縱溝結構」塗層施工技術仍處於開發階段,JAXA表示將繼續擴大施工範圍,並追求更高的性能。此外,未來「微細縱溝結構」技術也可望應用於其他涉及摩擦阻力的產業領域,預期將對產業界有所貢獻。