3_耐空証明制度・型式証明制度の概要


-耐空証明制度と型式証明制度-

耐空証明制度と型式証明制度については、“2_航空機の安全運航を守る仕組み_全体像で既に概略説明しておりますが、以下に詳しく説明いたします;耐空証明制度とは、航空法第11条で、「航空機は有効な耐空証明(Airworthiness Certificate)を受けているものでなければ航空の用に供してはならない」と定められています。耐空証明を取得するには以下に掲げる基準を満足させる必要があります;
* 航空機の強度・構造・性能についての基準
* 環境についての基準:騒音基準及び排出物の基準

また、法が要求している全ての基準に適合しているかどうかを確認するために以下の段階別に検査を行うこととなっていいます;
A.設計検査
B.製造過程検査
C.完成後の現状検査

完成後の現状検査を行った後、耐空証明が与えられますが、耐空証明の有効期間は1年間であり原則として毎年更新が必要となります。しかし、整備体制、品質保証体制等が整っている航空事業者に対しては“連続式耐空証明”が付与され、毎年の耐空証明更新検査が不要となる仕組みも整られており、保有機数が多い大きな航空会社はこの仕組みを使っています

型式証明制度(Type Certificate)とは、量産を前提としている航空機を、個別に審査して耐空証明を与えることとは別に、同型式の航空機群(例えば、B787、A320、など)に対して包括的に耐空性の証明を与える制度です。
型式証明を受ける為には、製造メーカーは、各種の試験を行い、設計通りの性能が出ていることを確認した上で、必要な書類を添えて規制当局に申請します。規制当局は、これを審査した上で必要な実地検査を行い、合格すれば“型式証明書”を発効する事になります。
*必要な書類とは:設計書、設計図面、部品表、製造仕様書、飛行規程、整備手順書、重心位置、など

輸入する航空機については、国土交通省と航空機を製造している国の当局との間で“航空機等の証明に係る相互承認協定”を締結し、型式証明検査の内、設計検査、製造過程検査、完成後の現状検査に関し、検査項目を大幅に省略する仕組みになっています。以下は現在締結されている代表的な協定です;
BASA(Bilateral Aviation Safety Agreement):包括的な協定
IP(Implementation Procedure):分野毎の具体的な協力事項の取決め
WA(Working Agreement):分野毎の具体的な協力事項の取決め
TA(Technical Agreement):分野毎の具体的な協力事項の取決め

現在協定を締結している国、及び協定の内容は以下の通りです;
米国:BASA ⇒ ボーイング社製航空機が対象
EU:WA ⇒ エアバス社製航空機が対象
カナダ:BASA ⇒ ボンバルディア社製航空機が対象
ブラジル:BASA ⇒ エンブラエル社製航空機が対象

また機体だけでなく、エンジン及びその他重要な装備品のについても、機体から着脱可能であれば個別に型式証明の取得が可能となっています。型式証明を取得したエンジン重要な装備品については、着脱を行っても新たな航空機全体の耐空証明の受験は不要となり、運航をキャンセルしないでエンジンや装備品の交換を行うことができることになります。
*重要な装備品の例:降着装置(Landing Gear)、発電機、燃料ポンプ、油圧ポンプ、航法関係装備品、等。詳しくは→装備品の型式証明対象品目

型式証明を受けた航空機、エンジンおよび重要な装備品の設計の一部変更を行う場合、あるいは耐空性に影響のある大修理を行った場合には、追加型式設計(STC:Supplemental Type Certificateの承認を得る必要があります。
追加型式設計の承認を必要とする具体的なケース:一次構造に係る改修の実施、電気系統の配線の変更、その型式に関する図面等の変更、など
米国(FAR)では、DER(Designated Engineering Representative)という個人(会社所属、コンサルタント)に承認権限を与える仕組みがあります。詳しくは→ Designated Engineering Representative

原則として型式証明対象部品以外の装備品、及び特殊設計の部品などについては追加型式設計の承認に準じた仕様承認(TSO:Technical Standard Ordersを取得することが必要となります。
仕様承認を受ける部品の例:高張力ファスナー類、特殊設計のスイッチ類、バルブ類、シリンダー類、タイヤ、等。 詳しくは→装備品の仕様承認対象品目

尚、これらの追加型式設計(STC)、仕様承認(TSOは、取得に際して相当程度の技術的な作業(図面作製、強度計算、申請書類の作成、など)が発生しますので、承認を取得した事業者には知的所有権(Proprietary Right)が発生します。従って、他社がこれらを使用する場合は、相応の費用負担をしなければなりません

-規格-

航空機は、通常数百万点の部品・材料で構成されています。前段で説明した耐空証明制度や型式証明制度の仕組みの中で、個別に承認を受けている部品類の他に、ボルトやナット、ジュラルミンの板材、などに代表される標準的な部品・材料も沢山使われています。これらの部品・材料の品質保証のベースになっているのが“規格”です。標準的な部品・材料については規制当局がその規格を承認することによって品質を保証する仕組みになっています。
航空産業の分野においては、先の大戦後、自由主義世界における航空機の製造が実質的に戦勝国の一部(米国、英国、フランス)に限られてしまった為、規格はこれらの国の規格がベースとなって発展してきました。しかし、近年、航空機の製造、保全整備、等のビジネスが国際的に相互依存を強めつつあり、規格の国際的な整合に向けた努力が続けられています

1.規格の分類
① 規格の由来に基づく分類;
* デジュール規格(de jure standard):JIS(Japan Industrial Standard/日本工業規格)やISO(International Organization for Standardization が制定した国際規格) など、公的な組織が先導して、関係者の合意のもとに制定された規格
デファクト規格(de facto standard):製品競争を続けた結果、事実上市場の大勢を占めるようになった規格

 規格を制定する機関・団体、等に基づく分類;
*国際機関、団体による規格(デジュール規格):航空業界で、現在使われている規格には、ISOICAO(国際民間航空条約がベース)、WMO(気候、気象関連)、IATA(運送事業者の国際機関)、ACI(空港運営関係の国際機関)、IAOPA(航空機オーナー、パイロットの団体の国際機関)、AECMA(欧州各国の航空宇宙工業会の連合体)、EUROCAE(欧州の電子技術分野の規格を提言する非営利団体)、IAQG(米国、欧州、日本の航空宇宙工業会)、などがあります

)ISOでは航空宇宙産業分野での規格標準化について、ISOTC20(Aircraft and space vehicle)という分科会で検討されています。既に国際的にデファクト規格と見做されている規格ついては以下の条件を満たす限りにおいてこれを追認し、ISO体系に組み入れられています;
イ) 多くの国で既に標準的な規格として使用されていること
ロ) 将来の設計に使用しうるポテンシャルがあること
ハ) ISOの他の規格と矛盾しないこと
ニ) 規格の採用によって他の国の取引に悪い影響を与えないこと
ホ) 規格が英語又はフランス語で記述されていること
ヘ) 規格を制定・運用する国がISO規格に組み入れることに賛成すること

*国際的な規格に影響を及ぼす米国の規格(デファクト規格):SAE(運輸技術に係わる技術者団体)、AIA(航空・宇宙工業会)、RTCA(航空電子技術の規格を提言する民間非営利団体)、ARINC(航空産業への信頼性のある通信を提供する為に設立された会社)

*軍の規格(デファクト規格):
MIL SPEC(米国国防省が制定。戦後、民間でも一般的に使用されていましたが、最近は民間の規格が充実してきた為多数の規格が廃止又は改正されています)、NATO規格(欧州での軍規格)

2.日本に於ける航空関連規格の運用状況
 規格の使用を定めている法規;
航空機製造事業法では、“日本国内で航空機を製造する許可を得るには、経済産業大臣によって予め承認を得た基準によるか、又は JIS規格によるものでなければならない”と定めています。
航空法では、“日本国籍機の耐空証明を取得する為には、JIS規格の他、MIL SPEC、米国航空規則(FAR)に関連する国家規格、その他航空機検査官が適当と認めた規格によるものでなければならない”と決められています

 JIS(規格数:90)の分類;
*航空機関係JISの区分;
(1) 一般(常用単位など;41規格の内20規格はISO規格と一致)
(2) 専用材料(航空用チタンの規格など;9規格の内8規格はISO規格と一致)
(3) 標準部品(5規格の内4規格はISO規格と一致)
(4) 機体・装備品(19規格の内9規格はISO規格と一致)
(5) 発動機(4規格のみ)
(6) プロペラ(規格なし)
(7) 計器(1規格でISO規格と一致)
(8) 電気装備(14規格の内10規格はISO規格と一致)
(9) 地上施設(1規格のみ)
(10) 雑(規格なし)

航空関係JISの所掌大臣;
経済産業大臣(82規格)、経済産業大臣及び国土交通大臣(10規格)、国土交通大臣(1規格/地上施設「航空標識の色」)農林水産大臣(1規格/常用の単位関連)

航空関係JISの原案作成団体;
日本航空宇宙工業会(90規格)、日本航空宇宙学会(1規格)、日本溶接協会(1規格)、金属表面技術協会(1規格)、照明学会(1規格)

 日本の航空産業での規格使用状況;
現在、航空機製造の分野は活況を示しているものの、米国製、欧州製の航空機製造の一部受託が大半です。またMRJ(三菱重工業が開発している80~90人クラスのジェット旅客機)に代表される国産航空機については、販路のかなりの部分が海外向けを想定しています。また、航空機整備の分野でも米国製、欧州製の機材の整備が大勢を占めていいます。従って、実際に現場で日常的に使用されている規格は全て国際規格(主に米国規格)になっているのが実情です。

-A.設計検査-

航空機は大きさや速度、推進方法、などについて色々な種類があり、その用途も多種多様です。また用途によって要求される安全性のレベルにも大きな違いがあります。従って、航空機の耐空性に関わる設計基準は、下記の航空機の区分(耐空類別)に分けて決められています;
① 飛行機・曲技A(重量5.7トン以下)
② 飛行機・実用U(重量5.7トン以下、60°バンク(傾き)を超える旋回、錐揉み、等を想定する)
③ 飛行機・普通N(重量5.7トン以下、60°バンクを超えない旋回を想定する)
④ 飛行機・輸送C(重量8.618トン/19,000ポンド以下、客席数19以下を想定する)
⑤ 飛行機・輸送T(航空輸送事業の用に供する飛行機)
⑥~⑧:ヘリコプター・普通N/輸送TA/輸送TB
⑨、⑩:グライダー・曲技A/実用U
⑪、⑫:動力付きのグライダー・実用U/曲技A
⑬:特殊航空機X

ここでは、航空輸送事業の用に供する航空機(耐空類別:飛行機・輸送T)の設計基準について概要を説明します。尚、言うまでもない事ですが、これは耐空類別①~⑬の中では安全上の基準が最も厳しくなっています。また、以下の基準には、「1_航空機の発達と規制の歴史」の中で述べた事故の教訓が反映されています

1.機体・エンジン・その他装備品の設計基準の概要
 重量及び重心位置
重量に係る主要な指標(空虚重量最大離陸重量最大着陸重量、など)が決められていること
重心位置が平均翼弦の前から25%程度の位置(詳しくは→平均翼弦長)にあること

 飛行性能
最高速度巡航速度離陸速度(詳しくは→V1・Vr・V2)、着陸速度フラップ角度)、滑走距離離陸着陸)、失速速度失速警報装置を装備していること)、上昇性能(上昇角度)が決められていること

 操縦安定性
航空機は空中で飛行している状態で、三つの軸の周りに回転する自由度があり、この回転を制御することによって操縦しています。三軸周りの回転とは→Pitching,Rolling,Yawing
スティック・フリー・スタビリティー(操縦桿または操縦ハンドルを手放したときに安定に飛行できること)があること
フゴイド(Phugoid)運動が短時間で減衰すること。
フゴイド運動とは機首の上げ下げ(Pitching)と高度の変化が連続的に波打つように起こる運動、例えれば船と並走して泳いでいるイルカの姿を想像してください
ダッチロール(Dutch Roll)運動が短時間で減衰すること。
ダッチロール運動とは機体の傾き(Rolling)と機首の向き(Yawing)が交互に連動して起こる運動、名前の由来になっている“オランダ人がスケートで尻を振り振り曲線を描いて滑る”姿を想像してください。尚、日航機の御巣鷹山の事故で、事故前に垂直尾翼を失った機体が、制御できないダッチロールに陥っていたことが知られています

 操縦性
*操舵を行った時の機体の運動は過度に敏捷でなく、且つ過度に緩慢でないこと。
操舵とは、操縦桿または操縦ハンドルを操作して機首の上げ下げ(Pitching)及び機体の傾き(Rolling)をコントロールし、方向舵を足のペダルで操作して機首の向き(Yawing)をコントロールすることです
操舵に油圧を使う場合、適切な操舵感覚(操舵量に応じた反力)が得られる装置(Load Feel Mechanism)を装備すること
操縦に必要な計器類は良好な視認性を持ち、ヒューマンエラーが起こらないような措置(例えば、計器類の前後左右の配置、アナログ的な表示装置、など)を講ずること
操縦に必要な情報は高い信頼性対気速度気圧高度位置情報非常用電源・非常用動力に対するFAIL Safe、冗長性の確保、等)を有していること
操縦者の負担を軽減するトリム装置(航空機が定常飛行の状態になった時に操舵をしなくても飛行を継続できる様な補助的な操舵装置)を装備すること

 基礎荷重と構造強度
航空機を運用する限界の加重の想定は、上方2.5 G下方1.0 Gとして設計すること。因みに“1G”とは重力の加速度のことです
 航空機構造は想定する最大荷重Limit Load)を支え、且つこれに伴う変形に対して安全に飛行できるように設計すること

A350XWBの静荷重試験
A350XWBの静荷重試験

 航空機構造は究極荷重(Ultimate Load)に対して破壊されずに3秒間耐ること。しかし、動的な荷重試験で強度が証明されれば3秒間のルールは適用されません。
究極加重とは想定する最大の加重(Limit Load)に 安全率1.5を掛けたものです(土木、建築などで使われている安全率に比べると相当低い値ですが、その分構造設計を精密にしなければならないことを意味します)
 航空機は運航状態(失速状態、他を含む)においていかなる振動(Vibration、Buffeting)に対しても耐えること

 損傷許容(Damage Tolerance)性
航空機が損傷を受ける原因は、疲労(Fatigue)損傷腐食(Corrosion)偶発的損傷(Accidental Damage)の三つに分類することができます。これらの損傷に対して安全性を確保する為に以下の様な基準が設けられています;
*設計寿命総飛行時間総飛行サイクル)の全期間に亘って上記三つの損傷原因による致命的(Catastrophic)な損傷を起こさないこと。但し、損傷を起こしても“Fail Safe”構造や適切な整備プログラムによって致命的な損傷に発展する前に発見できればよいことになっています
*疲労損傷に係る実証試験は原則として実物大で行い、設計寿命(飛行サイクル)の2倍に耐えること
疲労損傷評価の対象:与圧構造(客室、貨物室)部分、降着装置及びこれに関連する構造部分

MRJの疲労強度試験
MRJの疲労強度試験

*エンジンの偶発的損傷に係る実証試験は、実エンジン運転中に各種の鳥(大型、中型、小型;数も決められています)を衝突させ、タービン、コンプレッサー、ファンのブレードの破損があっても破壊がエンジン内部に留まり、安全な飛行が継続できること証明しなければなりません

 フラッター(Flutter
設計速度内ではいかなる状態でもフラッターを起こさない構造であること(翼の捻り剛性動翼の重心位置、など)を証明しなければなりません

 突風応答
連続、または不連続な突風に対する動的応答解析に係わる基準を満たすことを証明しなければなりません

2.使用する部品に対する基準
航空機の型式設計に含まれる全ての標準装備品、任意装備品(航空機使用者の注文品)について、部品名,部品の型式、部品のメーカー名、重量、機体の重心に対する相対位置、承認規格の名称、等を各部品に対して部品表に記載することが求められています

3.整備プログラム(整備方式)
航空機を運用する段階で実施される整備プログラムは、設計承認の重要な前提となっています。整備プログラムは概ね以下の内容を包含して、全てマニュアルとして纏められており、整備を行う整備士はこれを遵守することが法的に義務付けられています。(詳しくは「4.整備プログラムの」を参照してください)
整備要目(Maintenance Requirement):実施すべきタイミング(実施間隔/飛行時間飛行サイクル年月日、など)が明記されているタスク(検査、サービス、他)のこと。例えば自動車の車検の時に行われているブレーキの検査。この場合実施間隔は2年ということになります
整備の手順書(Maintenance Manual):個々のタスクを実行する際に必要となる手順、検査の際必要となる合否判定の基準、使用する部品・材料の規格、作業安全上の注意事項、等が記載されています
*運用許容基準MELMinimum Equipment List):装備品の一部が不作動である時に、飛行するための条件を決めています。航空機の場会、重要な装備品は2重、3重装備になっていますので、安全上のリスクをそれ程高めないで運航を維持する為に設けられている基準です
*CDL(Configuration Deviation List:機体関連部品の一部が欠損しているとき、飛行するための条件を決めています。この対象となる部品は安全上のリスクに関係しない部品(例えば燃費改善の為のフェアリングなど)に限られます

これ等は型式証明を取得する各メーカーからの申請に基づき、整備方式審査会(米国の場合MRB:Maintenance Review Board)で審議され、型式証明の審査の対象になっています

定期整備やオーバーホール(最新の航空機にはこの概念が無い)等は、個々の航空事業者が整備要目の集合体( →整備要目と定期整備の関係として定義することができ、型式証明の審査の対象にはなりませんが、定期整備で実施される整備要目の集合と定期整備の実施時期については、航空事業者毎に当局に申請し審査を受けることとなっています。

-B.製造過程検査(航空機及びエンジン)-

製造過程検査では、以下が行われます;
 製造工程の審査;
素材の受入れから引渡しに至る全ての工程で、設計データと一致するものであること、及び製造品が設計データから逸脱しないものであることを書類検査及び実地の立会いで確認します。作業用のワークシート類、検査記録なども確認の対象となります

② 現状の確認
製造品が設計データに記載されている形状、構造、性能、機能を有しているかどうかを実地の立会いで確認します

③ 品質管理の審査
製造工程の品質管理に係る製造事業者の実績経験、及び体制について審査を行います。尚、当該型式の航空機の製造、検査に係る事業場認定(詳細は「2_航空機の安全運航を守る仕組み_全体像」参照)を受けている場合は審査が大幅に省略されることになっています

-C.完成後の現状検査-

 飛行試験
航空機の形状、性能等について設計通りであるかの確認を飛行試験を通じて行います

② 環境基準についての確認
実際に空港周辺での飛行を行って、離陸、着陸時の騒音レベルを測定し設計通りであるかの確認を行います。また排出ガスについてもエンジンを運転して排出ガスの規制物質(酸化窒素など)の測定を行って確認します

以上