MRJ 5回目の納入延期:理由とその考察


1月23日、三菱航空機は、開発中の旅客機MRJについて納入スケジュールの延期を発表した。
2018年半ばに予定されていた量産機の引き渡し開始が、これで5回目となる今回の延期で、2年遅れの2020年半ばに修正された。
これまでの計画遅延については、Aviation Week & Space Technology が掲載した下のグラフのとおりである。

MRJ納入延期の履歴
(出典 Aviation Week & Space Technology)

-延期の理由は
今回の延期理由は、搭載機器の配置変更と、これに伴う電気配線(ワイヤハーネス)の全面的な見直しという設計変更のためだという。
航空機の飛行制御コンピュータなど重要な電子機器は、1台が故障しても機能を失わないように、3台あるいは2台が積まれて、冗長性を持たせている。
MRJでは、冗長化したこれらの機器を一箇所の電子機器室にまとめて置いていたが、これを機体の前後に分散配置するように改め、単一箇所への水漏れなどで全部が一度に故障することを防ぐ、ということだ。
また、これに伴ってワイヤハーネスも全面的に変更されることになる。
MRJは、日本の航空局(JCAB)の耐空証明に加えて、アメリカ連邦航空局(FAA)の耐空証明と、欧州航空安全機関(EASA)の耐空証明を取得することになっているが、アメリカFAAの耐空証明を取得するためには、この設計変更が必須になったものと思われる。
しかし、なぜ今ごろになって、こんな大きな設計変更を迫られる事態になったのだろうか。

-なぜ今頃になって問題になったのか
新型航空機の設計開発は、段階を追って進められる。
まず最初に、どんな航空機をつくるのか、という構想を立て、構想図という簡単な図面にまとめる。アイデアを技術資料や図面の形にする作業で、この構想に対して、開発のゴーサインが出されることになる。
次に、計画図という図面を作っていく作業がある。計画図は、機体の構造や機器の配置などを決める図面で、これによって機体の基本設計が完成する。
ここまでが「基本設計段階」だ。
そして、計画図に基づいて、今度は実際の部品製造や組み立てなどに使う製造図が描かれる。これが「細部設計段階」だ。
この細部設計の成果である製造図面を用いて、試作機が製造される。
今回の設計変更にあるような基本的機器配置は、上述したうちの「基本設計段階」で決定されることである。本来なら、既に試作機が完成して飛行試験たけなわの今頃になって指摘されることではない。
しかし、この背景には、旅客機開発における日本の経験不足がある。

-MRJの開発体制と経験の不足
日本の航空局(JCAB)では、MRJの型式証明に備えて組織を整え、基本設計の段階から全面的な支援をしてきた。
その支援の中には、設計資料の書類審査なども含まれており、基本設計段階からJCABが深く関与してきているのだ。
従って、本来なら、基本設計の段階で、JCABが今回のような設計不備を指摘するべきだったはずだ。
しかし、JCABにはそれができなかった。
なぜか。
JCABは、YS-11以来、旅客機の型式証明を審査する経験を持たなかった。最新の欧米における耐空証明事情については何もわからない。
耐空証明の合格基準は、実際に起きた事故や危険事象を反映して、年を追うごとに更新され、厳しさを増していくのだ。
この遅れをキャッチアップするため、JCABはFAAなどとも連絡を図りながら体制を整えたものの、最新のFAAにおける審査基準について十分把握できていなかったのだろう。
また、三菱航空機側でも、アメリカから最新の事情に通じたエンジニアを招き入れていたものの、その体制でも、基本設計段階で問題を見抜くことはできなかった。
すなわち、日本では官民ともに経験が不十分であり、その経験ギャップを埋めることができていなかった、というわけだ。

-これ以上の遅延はありえるのか
今回の事態を受けて三菱航空機では、これまで意思決定に関与できなかった外国人経験者が直接指示を出せる新体制に改めるという。
これ以上の後戻り作業が発生することを避けるには、FAAの型式証明の事情に明るい経験者を、今まで以上に積極的に活用する必要があると考えたのだろう。
機器配置やワイヤハーネス設計を、計画図段階にまで引き返して設計し直すには、相当の労力と時間がかかる。それが、今回の約2年の遅延ということだ。
その結果、開発スタートの当初、2013年からの量産機引き渡しが計画されていたのに対して、7年もの遅れが発生することになる。
また、これからも飛行試験やFAAの審査次第では、更なる設計変更が発生する可能性は否定できない。むしろ、何事も起こらないと考えるほうが難しいだろう。
しかし、既にMRJの開発は引き返せない段階に達している。少しでも少ない遅れで量産が始められるよう、切に願っている。


沖縄での不時着事故に見るオスプレイの脆弱性

オスプレイ2016年12月13日夜、沖縄県名護市の沿岸にオスプレイが不時着し大破した。
ニュース等によれば、夜間空中給油訓練中に、給油機からの給油ホースが切れて、オスプレイのプロペラ(プロップ・ロータ)を破損したのが原因だという。
ただし、何らかの理由で切れたホースが当たったのか、プロペラに当たったことでホースが切れたのか、そのあたりははっきりしない。
いずれにしても、ホースが当たったことでプロペラが破損したことは確かなようだ。

さて、プロペラを破損したオスプレイはどうなるか。
通常の双発飛行機なら、破損したプロペラ側のエンジンを止めて、片発飛行で帰還すれば良い。
しかし、オスプレイの場合はそうは行かない。
オスプレイは、片方のプロペラを止めて飛行することができないのだ。
このあたりは以前のエントリ「オスプレイの安全性を考える – ハザード検討の一例」に詳しく書いた。
すなわち、今回の事故は、通常の双発飛行機であれば不時着大破や墜落などという事態には至らない事象であり、プロペラ不具合に対するオスプレイの脆弱性が顕在化したものといえる。

では、ヘリコプターと比較してではどうか。
ヘリコプターの場合も、ローターの機能に障害が出れば、墜落もしくは不時着を強いられることになるだろう。
空中給油の際に、ローターがホースに触れてしまえば、オスプレイと同じことではないのか。
これについては、件の軍事ブロガー(笑)JSFさんが、興味深い動画を教えてくれた。
(もちろん既知の動画だが、わざわざtweetで教えてくれたJSFさんに敬意を表して引用させていただく)

この動画では、CH-53ヘリコプターが空中給油中にピッチングを起こし、ホースではなく自機の受油プローブをへし折っている。
JSFさんは、これを示して「CH-53も危険だ」と言いたいのかもしれないが、そうだろうか。
だって、このCH-53、ホースよりも強度の高いであろう金属製のプローブをへし折っているが、その後も平然と飛行しているではないか。(笑)

そう、ヘリコプターのローターが空中給油中にホースに接触しても、ただちにローターが破壊されるようなことは、まずない。
ヘリコプターもバカではないから、ローターにそれなりの強度を持たせているし、ホースだって無用に強いわけではない。

では、オスプレイのプロペラは、なぜ壊れてしまったのか。
オスプレイのプロペラは、ヘリコプターのローターよりも弱いのか。

弱いのである。わざわざ弱く設計してあるのだ。

オスプレイは通常ヘリコプター・モードで離着陸するが、なんらかの理由で、飛行機モードで不時着陸しなければならない場合もある。
(今回の事故でも、飛行機モードで不時着している。)
滑走路等に飛行機モードで不時着する場合、プロペラが大きいため、そのままでは地面に接触してしまう。
その際、プロペラの強度が強すぎると安全に不時着できないため、地面に接触したプロペラは、竹箒のようなささら状に壊れるようにしてあるのだ。
つまり、オスプレイのプロペラはヘリコプターのローターほど強くはない。それが設計の仕様なのだ。

以上のことをまとめると、次のように言えるだろう。
空中給油時のホースとプロペラ(ローター)の接触インシデントに対して、オスプレイは

  • 双発飛行機のようなロバスト性(強健さ)はない
  • ヘリコプターほどのロバスト性もない

ということだ。
つまり、オスプレイはこの種のインシデントに対して、従来の航空機よりもずっと脆弱なのである。
おまけに、オスプレイはプロペラの描く円盤面積が大きく、この種のインシデントを起こしやすい。
これはオスプレイの設計上の仕様であり、免れ得ない特徴だ。

今回の事故を受けて、米軍は”「オスプレイの機械的なシステムの問題ではない」として、機体の問題でないことを強調した”(朝日新聞より)という。
これを受けて、件の軍事ブロガー(笑)JFSさんも「今回の夜間空中給油訓練はオスプレイの機体欠陥とは公式にも見做されないので、いくら欠陥だと騒いでも無駄です。」と上記に引用したtweetで仰っている。

僕はJSFさんのいう「欠陥」というのが何をイメージしているかわからないし、何が無駄なのかもわからないが、とにかくJSFさんはオスプレイが無謬の乗り物だと言いたいらしい。笑止である。

上記に示したように、空中給油という運用(オペレーション)に関わるハザード・リスクに対して、オスプレイは従来の航空機よりも脆弱である、ということは事実であり、その事実がはしなくも今回の事故で示されたといえる。

とはいえ、僕は以上の事実を持って「オスプレイは危険だー!」と叫ぶつもりはないのである。
これも以前からの繰り返しになるが、こうしたリスクを十分に認知したうえで、安全な運用を行っていくことが必要なのだ。
ただし、このような脆弱性を抱えている以上、空中給油という高リスクの運用について、運用者は従来以上に慎重な対応が求められる。
そして、重度の難治オスプレイ信仰者であるJSFさんには、ご病状の安定をお祈りする次第である。


技術実証機X-2が初飛行から半年以上飛ばなかったわけ – 荷重較正の話

先進技術実証機X-2は、2016年4月22日に初飛行して岐阜基地に着陸して以来、11月下旬になろうとする現在も飛行試験を始めていない。
10月30日の岐阜基地航空祭では一般に地上展示されたが、かれこれ半年以上も飛行していないことになる。
この間、X-2は何をしていたのか。
11月18日の航空新聞社WINGのツイートが下のように報じている。


そう、荷重較正をやっていたのである。
今回は、荷重較正とはなにか、ということについて書く。

航空機の飛行試験において、機体の構造各部に加わる荷重を計測することは、しばしば重要な課題である。
設計範囲内の荷重に収まっているか、予想外の荷重が発生していないか、ということをモニターしながら、飛行試験を行うのである。
機体の各部にかかる荷重を測るためには、対象箇所に歪ゲージ(Strain gauge)というデバイスを貼り付ける。
歪ゲージは、貼り付けた部分に生ずる応力によって抵抗値が変わり、電圧を変化させるデバイスだ。これを使うことで、局部に加わる荷重を知ることができるのだ。

歪ゲージの図

歪ゲージ(共和電業ホームページより)


飛行試験機の機体各部には、この歪ゲージがたくさん貼られている。
しかし、単に歪ゲージを貼り付けただけでは、正しく荷重を知ることはできない。
当たり前だが、計測部分にかかる応力(ひいては荷重)と歪ゲージの抵抗値を、きちんと対応させておかないと、荷重を知ることができない。
そこで、実際に機体に荷重をかけ、計測部分にかかる荷重と歪ゲージの抵抗値を対応させる(較正する)作業が、荷重較正だ。
この作業の一例が、NASAのレポートの中にあったので下に転載しておく。
NASAでの荷重較正の一例

NASAでの荷重較正の一例


こういう計測作業を、主翼、尾翼、あるいは胴体に対しても行い、荷重と歪ゲージの抵抗値を対応させておくのだ。
関係者によっては、この作業を「荷重較正”試験”」と呼んだりもするが、この作業そのものは試験ではなく、飛行試験の準備作業にあたるものだ。
しかし、単に”準備作業”と言うには大掛かりな作業であり、機体のセットアップから作業終了まで数ヶ月を要するのが普通だ。
X-2が半年ばかり飛ばなかったのは、飛行試験を始める前に、この荷重較正を含む準備作業が必要だったからだ。

この荷重較正作業、通常の試作機では会社側で行うことが多いのだが、X-2の場合は防衛省に引き渡された後に実施されたということだ。
聞いているところでは、初飛行時に岐阜基地に降り立ってから、すぐに荷重較正作業にかかったとのこと。
10月30日の岐阜基地航空祭のときには普通に展示されていたから、それまでには作業が終わっていたのだろう。

このほかにも、飛行試験に備えて地上で行う作業として、機体の空力弾性振動特性を把握するための「地上振動試験(Ground Vibration Test:GVT)」などもあり、初飛行前後の試作機が地上で行うべきヘビーな作業は少なくない。
従って、ロールアウトや初飛行の前後に、数ヶ月のオーダーで飛ばない期間が存在することは、当たり前のことなのだ。


P-1哨戒機はなぜ4発なのか

P-1
海上自衛隊のP-1哨戒機は国産エンジンを4基搭載した4発機である。
一方、アメリカの新型哨戒機P-8は、ボーイング737の改造開発で、エンジン2基の双発機である。
こうしたことから、飛行機ファンの一部には、なぜP-1が4発である必要があるのか、という疑問があるようだ。
本エントリでは、その疑問に答えたい。

まず、巷間で目にする間違った解釈を否定しておこう。

間違いその1
「国産の小型エンジンを採用するため、4発にした。」
これは話の順番が逆である。P-1の搭載するF7エンジンは、最初から「4発の哨戒機に搭載」することを念頭に開発したのであり、エンジンに合わせて哨戒機を開発したのではない。P-1哨戒機の開発にあたっては、そもそも4発であることが要求されているのである。

間違いその2
「飛行中にエンジン1基を停止してロイターするために4発にした。」
既存のプロペラ哨戒機P-3Cでは、エンジン1基(または2基)を停止して滞空時間を延長する「ロイター・シャットダウン」というテクニックがある。このことから、P-1も同じことをするのではないかと想像したのだろう。
しかし、これはたまたまP-3Cで可能であるというだけで、P-1で同じことができるわけではなく、そのために4発機にするようなことでもない。そもそもP-1は新規開発なのだから、当然4発健全でロイター時間の要求を満たすよう設計されている。

間違いその3
「経空脅威による攻撃に備えて4発にした。」
いちばん酷いデタラメがこれ。
まあ、いつものJSFさんとか、トンデモ系の人たちの主張である。
経空脅威というのは平たく言うと敵戦闘機のことだが、そんなものにミサイルや機関砲で攻撃されたら、エンジンが止まるとかいう以前に、機体が破壊してしまう。論外。

さて、P-1が4発なのは、洋上への進出と滞空にあたり、十分な余裕を持って運用可能とするためだ。
まず下図を見ていただきたい。
4発と双発の比較もし、パトロール海域からの帰投時、最悪のタイミングでエンジン1発が故障することを想定すると、哨戒機はある程度の余裕を持ってパトロールを切り上げる必要がある。このとき、4発と双発では必要な余裕に大きな差がある。
双発機の場合、エンジン1発が停止すれば完全な非対称推力での飛行になり、航続力が大きく損なわれてしまうため、早めに哨戒を切り上げて帰投しないと、万一のときに基地へ帰り着けなくなってしまう。
4発機であれば、1発が故障しても推力の左右非対称は最低限に留めることができ、双発機に比べて長距離を飛べるから、より長距離の進出や長時間の滞空が可能なのである。

もうひとつの大きな理由は、哨戒の継続性である。
海上自衛隊の哨戒機は、パトロール海域を絶え間なく継続的に哨戒することが求められている。哨戒監視が途絶えては困るのだ。
そのため、1機がパトロールを終えると、交代の次直機がパトロールを引き継ぐ体制をとっている。
しかし、双発機であった場合、エンジン1基が故障すると、発電量が半分になってしまい、哨戒機器の作動継続が不可能になり、哨戒が中断してしまう。
4発機なら、エンジン1基が故障しても発電量は3/4になるだけなので、次直機が到着するまで哨戒を継続することが可能だ。

つまり、P-1が4発なのは「P-3Cの後継機として、我が国周辺海域における常続的な広域の警戒監視や哨戒に使用する」という開発目的に最適化された結果なのである。


オスプレイの安全性を考える – フール・プルーフ設計

我ながら旧聞にも程があると思うが、2012年にモロッコで起きたオスプレイの墜落事故に関連して、ティルト・ロータ機の操縦システムにおけるフール・プルーフ設計について書こうと思う。

フール・プルーフ設計とは、安全性設計概念のひとつで、人間が「やってはいけないこと」をやってしまっても安全なように、あるいは、「やってはいけないこと」ができないように設計しておく、という考え方だ。
日本語では「馬鹿対策」などと汚い言葉で表現されることもあるが、人間は必ずミスをするものであり、本来すべきではない操作をやってしまうものだから、対策をとっておこうというのが、このフール・プルーフである。

さて、モロッコで起きたV-22墜落事故の概要は、以下のようであった。

1. 同機は海兵隊員12名を降ろした後、離陸して地上6mまで真っ直ぐ上昇、副操縦士が右ペダルを踏みこんで右回りのホバリング旋回に移った。
2. 高度14mほどでホバリング旋回を終え、そのままエンジン・ナセルを87°から71°まで前方へ傾けて、25ktの背風を受けつつ遷移飛行に入った
3. ナセルを前方へ傾けたことで重心が前方へ移動して機首が下がり、しかも追い風で水平尾翼が押し上げられ、機体は前のめりになって墜落した。

墜落の原因は、前進速度のない状態で、しかも25ktの背風を受けつつ、遷移モードに移行してしまったことである。

オスプレイの操縦マニュアルによれば、エンジン・ナセルを傾けて遷移モードに入るには、尾翼の下向き揚力が十分に得られるよう、まずヘリコプタ・モードで40kt以上の前進速度をつけなければいけない。
ところが、この事故においては、前進速度ゼロ(背風の影響を加味すればマイナス25kt)で遷移モードに入れてしまったため、頭下げが抑えきれずに前のめりに墜落したのだ。
正しいプロシージャ(手順)と事故機の事例を図示すると、下の図1のようになる。

図1. V-22の飛行モード遷移

図1. V-22の飛行モード遷移


ここで、パイロットがマニュアルに従って操縦していれば、当然このような事故にはならなかった。だから、事故の原因はパイロットの誤った操作というヒューマン・エラーである。
しかし、ここで起きたようなパイロットの誤操作は、十分危惧されるものだ。
なぜなら、遷移モードに移る前にヘリコプタ・モードで40kt以上まで加速するという操作は、必ずしもパイロットの直感にそっていないからだ。
図1の正しいプロシージャを見てわかるとおり、オスプレイの飛行モード遷移は、飛行状態のフェーズと一致していない。そのため、パイロットの直感的な操作として、加速フェーズに入る際、直に遷移モードに入れてしまうという誤操作が起きてしまったのである。

さて、ここで冒頭に触れたフール・プルーフについて考えてみる。
こうした誤操作で事故に至らないようにするには、40kt以下ではパイロットが操作しても遷移モードに入らないよう、操縦系統にプロテクションをかける方法が考えられる。誤操作を予期したフール・プルーフだ。
なぜオスプレイにそのようなプロテクションがないのか、防衛省の調査チームが照会したところ、遷移モードによる滑走離陸を想定しているためだとの説明があったようだ。
しかし、それならWOWスイッチ(Weight on Wheel Switch:車輪にかかる荷重を検知するスイッチ)を使うなどして、飛行状態にあるときだけプロテクションを効かせればよいのであって、必ずしも十分な説明ではない。
はっきり言えば、オスプレイの安全性設計に抜け穴があったとしか言いようがない。

では、現在開発されている民間向けのティルト・ローター機、AW609ではどうなっているだろうか。
先の図1に準じてAW609のプロシージャを示したのが図2である。

図2.AW609の飛行モード遷移

図2.AW609の飛行モード遷移


ご覧のとおり、機体の飛行モードは飛行状態フェーズに一致している。
更に、飛行モードの遷移は、V-22オスプレイのようにナセルの傾きをレバーで制御するのではなく、操縦レバーに付いたスイッチを押すごとに、ヘリコプタ・モード>遷移モード>飛行機モード と変化するようになっており、ヘリコプタ・モードから直に飛行機モードに入ってしまうような誤操作もおこらない仕様になっている。
オスプレイでは考慮されていなかったフール・プルーフが、AW609ではきちんと成立しているのだ。
少なくともこの点では、オスプレイの安全性設計がAW609に大きく劣っていることは確かだ。

もちろん、今回取り上げた内容が、直ちにオスプレイ配備基地の周辺住民に危険を及ぼすものと言い切れるとは限らない。
しかし、ティルト・ロータ航空機の安全性という観点では、重要な示唆を含む事故であったと言えるだろう。