現代の多くの旅客機では、大小関係なく断面形状が円形となっているのが一般的です。ただ一方で、ごく少数ですが断面が四角くなっているものも存在します。なぜこのようなレア機が存在するのでしょうか。

キーとなるのは現代では必須の「客室与圧」

 現代、国内の航空会社で飛び交う旅客機は、胴体の断面形状が「円形」となっているのが一般的です。この形状は大型ジェット機、小型のターボプロップ機でもほとんど共通で、ジャンボ・ジェット」ことボーイング747はその例外的な胴体断面とはなっているものの、円形をふたつ組み合わせたひょうたん型で、「円形ベース」であることには変わりはありません。
 
 一方で断面形状が四角い、「方形」の旅客機もごく一部に存在します。

 たとえばドイツ製の「ドルニエ 228」やイギリス製の「ショート 360」がこの例です。ともにプロペラ駆動のターボプロップ機で、デザインとしては比較的クラシックな旅客機、という共通点があります。これはどうしてなのでしょうか。

 この理由は、多くの旅客機が円形の胴体を採用していることと密接に関わっています。つまり先述の2種に代表される四角いターボプロップ機は「円形の必要がないから四角くなっている」といえるのです。

 ほぼすべてで円形の胴体が採用されているジェット旅客機では、高度1万mの高さを長時間飛行します。この高さは気圧が低く酸素濃度が低い「空気が薄い」状態であるほか、気温も氷点下近く。放り出されたらとても人間が生命を維持できる環境ではありません。

 そのため、機内では人為的に地上と近い環境まで気圧を高め、人間が不自由なく過ごせる空間をつくり出しています。これを「与圧」といい、多くのジェット旅客機では高度2400m相当、エアバスA350やボーイング787といった最新鋭機では、高度1800m相当の環境まで圧力を高めています。

 旅客機も与圧技術の歴史は古く、第二次世界大戦前にまでさかのぼります。与圧客室の走りとされたのが、1938(昭和13)年に初飛行したレシプロ旅客機、ボーイング307「ストラトライナー」でした。大戦下の日本に甚大な被害を及ぼした爆撃機B-29では、ボーイング307の経験を活かし機内を与圧することとなりました。大戦後は、旅客機でも与圧装置が標準装備となり、現在に至っています。

「与圧装置」と胴体形状、どう関係?

 先述の通り、長い歴史をもつ与圧客室ですが、旅客の居住性と引き換えに、機体へ負担がかかります。高度1万mを飛行しているなか、客室は2000m相当まで与圧しているとすれば、機内と機外で高さにして8000m相当の圧力の差が生じます。この大きな力を常に客室の壁は受け続けることになるのです。

 そのため、この圧力差に胴体の構造で耐える必要があります。これを達成する胴体の構造が、円形の断面なのです。ちなみに、もし方形の胴体で与圧客室とした場合、構造的に必要な強度を確保するために補強が必要です。その結果、機体が重くなる、もしくは、パーツに重量を取られるぶん、ペイロード(運搬力)が減ってしまうことになります。

 逆に言えば、セスナなどの軽飛行機や、高度数千メートルまでしか上昇しない「ドルニエ 228」「ショート 360」などでは、そもそも与圧装置を装備する必要がありません。与圧しなければ胴体に圧力差がかからないために、方形の断面でも問題がないということになります。また、製造コストや客室のキャパシティ面のほか、宅配便などの段ボールを搭載する貨物用の飛行機としても、方形の方が有利という側面も考えられるでしょう。

 また、与圧装置のない機体の場合、窓の縁のアールが必要なく角ばっていたり、窓の構造自体もシンプルになっていたりすることが多いです。そのため、客室窓からの景色は、与圧装置のない機体の方がクリアでしょう。

 ちなみにボーイング社のライバルメーカーであったダグラス社では、1947(昭和22)年に初飛行したレシプロ旅客機の傑作「DC-6」から与圧客室を採用しました。日本の国産ターボプロップ機YS-11では与圧装置を搭載しましたが、これは必要にかられてというよりは、旅客の乗り心地をよくするための目的だったそう。同機に携わっていた人に聞いたことがあるのですが、設計にあたり日本で最初の与圧対応の窓構造に苦心して、取り付けボルトの数が多いなど、窓の交換に苦労する旅客機だったそうです。