#56Leg 簡易モデルでも絶対に削ってはいけない3要素eVTOL運航シミュレーションの“最低限の物理”

0.破綻する運航計画の共通点

eVTOL事業で最も多い失敗は、技術そのものではありません。

「過度に楽観的なシミュレーション」です。

初期検討段階では、次のような簡易式がよく使われます。

• 需要 × 機体数

• 単純な往復時間

• 平均消費電力

しかし実装段階に入ると、こうなります。

「回るはずだった運航が、なぜか回らない」

その原因の多くは、削ってはいけない前提を削ってしまったことにあります。

本記事では、近年の研究成果を根拠に、
簡易モデルであっても絶対に削ってはいけない3要素を整理します。

結論：削ってはいけない3要素

1. プロセス単位のポート処理時間（待機列）

2. フェーズ別エネルギー消費モデル

3. 時間帯別の需要変動

この3つはすべて、非線形性を持つ変数です。

つまり、平均値や線形仮定を置いた瞬間に、結果が崩れます。

① プロセス単位のポート処理時間（待機列）

➤なぜ床面積ではなく“時間”なのか

ミュンヘン工科大学 のPreisら（2023）は、エージェントベースモデル（複数主体の相互作用を再現する手法）により、パッド・ゲート・スタンドを分離して分析しました。

主な発見

• 遅延の最大要因は「パッド処理時間」

• 容量には明確な閾値が存在

• 閾値を超えると遅延は線形ではなく急増

（Preis et al., Vertiport Capacity Analysis, 2023）

ここで重要なのは、

面積ではなく「占有時間」が支配変数である

という点です。

➤なぜ簡易モデルで削られやすいのか

簡易モデルでは、

• 回転時間を固定値にする

• 待機列を無視する

• 充電待ちを考慮しない

といった簡略化が行われがちです。

しかしこれは、空港の滑走路待ちを“存在しないもの”とするのと同じです。

➤最低限入れるべきモデル

簡易でも以下は必要です。

• パッド占有時間

• 搭乗・降機時間

• 充電待機時間

• 同時処理可能数

これは M/M/c待機理論（確率到着×複数サーバの標準モデル） の簡易適用でも十分です。

➤削るとどうなるか？

機体数を増やせば増やすほど利益が増える、という非現実的な結果になります。
実際は、ある点で遅延が爆発します。

② フェーズ別エネルギー消費モデル

➤EVと同じ扱いをしてはいけない

ORNL（2022）は、eVTOLが電気自動車（EV）と根本的に異なる負荷特性を持つことを示しました。

※数値は機体仕様により変動しますが、研究では以下の傾向が確認されています。

eVTOLの特性

• 離陸時：3〜5C級の急放電

• 上昇・ホバリングで最大出力

• 巡航は比較的安定

• 降下での回生は限定的

（ORNL, eVTOL Battery Analysis, 2022）

➤非線形性の本質

• SOC 80%までは急速充電可能

• 80%以降は急激に充電速度が低下

• 劣化により航続距離が15〜30%低下

これはすべて、線形近似が成立しない領域です。

➤最低限入れるべき簡易モデル

• 離陸・巡航・着陸のフェーズ分離

• SOC依存充電時間

• 安全余裕SOC

• 地上待機中の消費電力

➤削るとどうなるか？

「1日○便回せる」という数字が20〜40%楽観になります。

③ 時間帯別の需要変動

➤平均需要は嘘をつく

SimMobility を用いた研究（Balakrishnan et al., 2021）は、

• UAM需要は全移動の1〜2%

• しかしピーク集中が極端

であることを示しました。

➤なぜ平均値が危険か

仮に、

• 1日800人

• 12時間運航

→ 平均67人/時

しかし実際は、

• 朝2時間で300人

• 夕方2時間で300人

• 残り時間は閑散

となる可能性があります。

これは待機列モデルと結合した瞬間に、遅延を爆発させます。

➤最低限入れるべきモデル

• ピーク補正係数

• ランダム変動

• 価格弾力性（簡易）

➤削るとどうなるか？

必要機体数を過小評価し、ポート容量不足が発生します。

1.なぜこの3要素なのか？

この3つは共通して、

閾値を超えると挙動が急変する変数

です。

• 待機列 → 飽和点で遅延爆発

• バッテリー → SOCで充電時間急変

• 需要 → ピークで混雑集中

つまり、線形近似が壊れる場所

これを削ると、必ず楽観に倒れます。

2.実務でよく見る失敗パターン

私自身、初期検討で「回る」と判断された計画が、実装段階で詰まるケースを複数見てきました。

多くは、

• 充電待ちが考慮されていない

• ピーク需要が平均化されている

• バッテリー劣化が入っていない

というパターンです。

技術の問題ではなく、前提の削りすぎが原因でした。

3.簡易モデルの正しい作り方

➤フェーズ1（初期検討）

• 簡易待機列モデル

• フェーズ別エネルギー

• ピーク補正需要

➤フェーズ2（投資判断前）

• エージェントベースモデル

• 充電制御最適化

• 空域制約

※すべてを一度に実装する必要はありません。
重要なのは「何を省略しているか」を自覚することです。

まとめ

eVTOL運航シミュレーションは、

機体数 × 距離 ÷ 時間

では評価できません。

最低限、

1. ポート処理時間

2. フェーズ別エネルギー

3. 時間帯別需要

この3つを入れない限り、

「回るはずだった運航」は、実運用で破綻します。
未来に向けて丁寧に軌跡を描くことが大切です。

参考文献