空飛ぶクルマににオートローテーションは必要？

皆さんこんにちは！

ヘリコプターに付いているオートローテーション機能。もしエンジンが止まったときに安全に地上に降りることが可能です。

そんなオートローテーション機能は、エアタクシーに必要なのでしょうか？

動力付き航空機にオートローテーションは必要ですか?

動力付き航空機にオートローテーションは必要ですか?

10月、米国連邦航空局（FAA）は、RIN 2120-AL72「動力付き航空機の統合：パイロットの

認定と運用、回転翼航空機と飛行機に関するその他の改正」を発行しました。これには、

ティルトローターと有翼電動垂直離着陸機（eVTOL）の両方に適用される動力付き航空機

の特別連邦航空規則（SFAR）が含まれていました。いくつかの協会が協力してこの文書を検討し、さらに明確にする必要がある領域を特定しました。

こうした分野の 1 つは、オートローテーションに関するものでした。米国連邦規則集

(CFR) のタイトル 14 連邦航空規則 (FAR) パート 194.302(d) の新しい規則では、

次のように規定されています。「最終規則では、オートローテーションまたは承認された同

等の操縦能力が実証されている垂直リフト飛行モードで動作する動力リフトには、ヘリコプターに許可されているものと同じ最低安全高度が許可されます」(強調追加)。

すると、「同等の操縦」とは何か、そして、耐空性と運航の 2 つの目標、つまり乗客と乗員

の保護と、他の人や財産への過度の危険の回避を達成するために、それがオートローテーショ

ンと少なくとも同程度に安全であるかどうかという疑問が生じます。業界団体は、動力式航空

機の飛行方法についての書面による決定を求めて FAA と直接交渉していますが、この記事で

は、安全要件を満たすためにこの同等の操縦がどのようになるかについて説明します。

以下の詳細は、eVTOL 業界が航空機の認証で直面するいくつかのハードルと、そのハードル

をどのように乗り越えるかを理解するのにも役立つはずです。また、分散型電気推進

(DEP) を使用する eVTOL 航空機が自動回転できない状態でどのように安全を確保できるかという、よくある疑問の 1 つに対処する機会も提供します。

古いものを理解する

FAA は、さまざまなカテゴリやクラスの航空機について、地形や障害物の存在により、その高

度以下では安全に飛行できない高度を示すために、最低安全高度 (MSA) を使用しています。

従来の FAA 文書は、即時着陸の必要性と、他の人や財産に損害を与えるリスクのない安全な着陸エリアを適切に見つけて使用できることを前提としているようです。

このため、ヘリコプターは緊急時にオートローテーションを実行できるため、MSA が低く

なります。オートローテーションは緊急故障状態の極端なケースと見なされますが、それほど

極端ではない予防的着陸では、同じかより狭い着陸エリアを利用できる、より優れた制御と航空機の性能が得られると考えられます。

ヘリコプターのオートローテーションの緊急事態は、次のいずれかの理由で必要になることが

あります：単発エンジンのヘリコプターのエンジン故障、双発エンジンのヘリコプターの双発

エンジン故障（例：エンジンの衝突による）、テールローターの故障、または燃料切れ。

MSA の新しい電動リフト要件

ティルトローターは限定的なオートローテーション機能を提供できますが、DEP 航空機として

特徴付けられる他のほとんどの動力付き揚力航空機は、オートローテーション機能を提供しな

いRPM 制御のプロペラまたは低慣性の可変ピッチプロペラを使用します。そのため、FAA

はこれらの航空機の認証の道筋を導入しましたが、安全性に対するハードルが高く、パフォ

ーマンスベースの安全目標において eVTOL 航空機の十分な正当性が必要になります。

オートローテーション操作と同等の意味をよりよく理解するには、まず、緊急時にオートロー

テーションと同等の操作が必要であることを示す、新しい動力付き航空機の要件の文言を確認

する必要があります。2024 年 6 月に発表された FAA の Draft Advisory Circular

AC 21.17-4「Type Certification—Powered- Lift」の要件を要約すると、FAA は、

飛行制御または推進システムの故障 (極めて起こりそうにないことが示されていない) に

より、パフォーマンスまたは操縦性に最も悪影響を及ぼした航空機が、安全な飛行と着陸

(CSFL) を継続できることを要求しています。発生する可能性のあるその他の、より起こりそ

うにない故障または状況により CSFL 要件を満たすことができない場合、航空機は、搭乗者を

重大な傷害から適切に保護しながら、パイロットが着陸の方向とエリアを制御できる制御され

た緊急着陸 (CEL) を達成できなければなりません。オートローテーションまたは「同等の操

作」を含む緊急状態に対処するのは CEL です。この要件では、DEP 航空機では、航空機の

性能を提供するエフェクターが航空機の制御も提供する可能性が高いことも認識しています。

同等の操作と見なされるものを正当化するにはどうすればよいでしょうか。

Powered-Lift 21.17-4 は、FAA 命令 8110.4 および 8110.112 を通じて検討できる方法

を示しています。「同等の安全レベル (ELOS) の判定は、認証規制への文字通りの準拠が示

されず、ELOS を提供できる補償要因が存在する場合に付与されます

(14 CFR § 21.21(b)(1) を参照)。補償要因は通常、同等性の付与を容易にする設計変更、

制限、または課せられた機器です。問題文書には、ELOS 判定の要求の進展と結論が文書化されています。」

電動リフトと同等の安全性

DEP 動力リフト航空機 (および同様のティルトローター) は、以下の理由により、オートロー

テーションと同等の安全性を提供できます。以下の内容は、規制を意図したものではなく

この ELOS が提供される可能性のある多くの方法の 1 つとして提供されていることを強調する必要があります。

提案されているティルトローター機とDEP機:

故障時に自動回転が必要となるテールローターを備えていない。
エンジン/モーターを分離して、兄弟同士の衝突の可能性を減らします。この点でティルトローター機の場合、ティルトローター機の冗長相互接続ドライブトレインが故障したエンジンから十分に分離されていること、または相互接続ドライブトレインの故障がエンジン故障の原因にならないことが前提となります。
CEL を処理する多くの方法の 1 つとして、ティルトローターの場合と同様に、オートローテーションを引き続き採用する場合があります。
エンジン/モーターの故障に備えて、部分出力運転を可能にするドライブトレインまたはモーターの冗長性を活用します。これらの部分出力運転でも CSFL が実現される可能性があり、オートローテーション状態よりも着陸地点の選択肢が広がります。これらの航空機の可変構成により、さまざまな着陸の選択肢も提供されます。部分出力で CSFL が実現できず、CEL が必要な場合でも、翼上飛行から垂直離着陸 (VTOL) 構成に移行して、低速で最小出力着陸を最小の地上距離で実行できる地点に制御着陸できる性能が実証されると期待できます。
この点に関しては、安全な部分出力着陸をサポートする公称および故障状態の両方に対する継続的なリアルタイム性能計算やリアルタイム予測アルゴリズム、パイロットの意思決定プロセスを強化する着陸地点の継続的なリアルタイム計算と表示を行うパイロット支援アルゴリズムなどのサポート機能が存在することが期待できます。

最後に、エネルギー枯渇に対処する必要があります。これは、eVTOL の永遠の課題です。

なぜなら、エネルギー枯渇は化石燃料を使用する航空機とは異なる方法で発生し、現在のバッ

テリー技術では限られたエネルギー供給と飛行時間しか実現できないためです。したがって、

これは CEL の理由としてここに含まれています。これは、DEP が揚力に使用するエフェ

クターが、VTOL 構成で狭い領域に緊急着陸する際の航空機制御にも使用されることを認識

しています。このため、エネルギーの蓄えは、着陸のための部分出力性能と制御性のしきい値

を超えている必要があります。ここでの考え方は、エネルギーの蓄えを完全に使い果たさないことです。

これは、各航空機の型式認証プロセス中に検討される以下の方法のいくつかで実現できます。

アイデアには以下が含まれます。

安全な着陸のためのエネルギーしきい値をサポートする、公称状態と故障状態（熱暴走を含む）の両方に対する継続的なリアルタイム電力監視とリアルタイム予測アルゴリズム。
パイロット支援アルゴリズムは、着陸地点を継続的にリアルタイムで計算して表示し、従来のパイロットの意思決定プロセスを強化します。着陸地点のサイズは、必要な着陸地上走行距離にも影響する可能性があります。
CEL しきい値を超えたときに起動される自動降下または降下キューイングメカニズム。安全な着陸をサポートする航空機の飛行制御の電力を確保しながら、制御された部分的なパワー降下が指示されます。これは、VTOL 構成のオートローテーションによく似ています。実際のオートローテーションとは対照的に、このメカニズムは地上からの高さと計算された着陸地点の可用性に基づいています。この点で、低い動作高度が有利であることがわかります。これは、降下率がある程度管理可能であり、タイムリーな意思決定を可能にするため、従来のオートローテーションよりも有利であると考えられます。