テクニカルトーク：耐着氷性試験（パート3 – 結果の報告）

トーマス・L・トンプソン博士

本シリーズの第3回かつ最終回である本稿では、耐着氷性試験の結果がどのように報告されるか、また、それが航空機の特定の着氷エンベロープ内での安全な飛行を耐空性認定当局に証明するためにどのように活用されるかについて論じます。

第1回および第2回では、アラバマ州レッドストーン工廠所在の米陸軍レッドストーン試験センター（RTC）航空試験飛行部局（Aviation Flight Test Directorate, AFTD）の試験操縦士および試験技術者であるリン・ハンクスとキム・ハンクスを紹介しました。この2人は約30年にわたって産業界のチームと連携し、着氷条件下での軍用・民間航空機の飛行認証を行ってきました。リンは1973年、陸軍機として初の着氷試験の対象となったUH-1の試験を支援しました。その後約30年間、アパッチ、ブラック・ホーク、チヌークなどの陸軍機や、CH-53、V-22など他軍種の航空機を対象とした着氷試験が続けられました。2000年代初頭からは、シコルスキーS-92、レオナルドAW101、AW139、AW169、AW189、AW609、ベル525などの民間回転翼機の試験を、国内外の企業と協力しながら実施してきました。

耐着氷性試験は、航空機が着氷条件下での安全な飛行に適することを当局に証明するための証拠を収集するため、人員・機体・装備への多大な投資と数カ月に及ぶ試験を必要とします。ボーイング社の退役試験技術者・幹部であるフィル・ダンフォードは、1982年の米国ヘリコプター協会（American Helicopter Society）の論文に、「自然着氷試験のみでは、連邦航空規則（Federal Aviation Regulations, FAR）第25部または第29部で定義される着氷エンベロープ内でのヘリコプターの性能を、現実的な時間と費用の範囲内で完全に実証することは困難である」と記しています。これまで論じてきたように、人工着氷試験は自然着氷試験を補完し、航空機が自然着氷条件下での飛行に適することを確認するための有効な手段です。かつて陸軍の着氷試験評価者であったラルフ・ヴォラチェクは、未発表の報告書に「自然着氷試験は人工着氷試験の結果を裏付けるものである。自然条件と人工条件で観察される着氷堆積および剥離の特性が同一であれば、認証根拠に人工試験の結果を含めることもできる」と記しています。

したがって、着氷条件での飛行承認を申請する産業界のチームは、耐空性認定当局に結果を報告する際、両タイプの試験データを含めます。耐空性認定当局は、航空機を人工雲または自然雲の中に進入させた際の写真および映像の証拠を審査し、着氷の発生箇所（写真参照）および剥離した氷が航空機の他の部位に接触または損傷を与える可能性があるかどうかを確認します。主翼、尾翼面、プロペラおよびローター・ブレード、エンジン・インレット、風防などの部位は、中程度の着氷条件下での安全な飛行を維持するために、着氷防護システム（防氷または除氷）を必要とする可能性があります。また、認証担当者は、対気速度センサーや迎え角センサーなどの重要な計器システムが飛行中も信頼性の高い正確な情報を提供し続けること、そしてドループ・ストップが飛行中に着氷してエンジン停止時に作動しない事態が生じないことを確認する必要があります。

機体の計器データが解析され、着氷が飛行性能、操縦性能および振動にどのような影響を与えるかが定量的に評価されます。例えば、ローター・ブレード、主翼および尾翼への着氷堆積は、それらの翼面の空力形状を変化させ、抗力の増大および揚力の低下を招きます。必要馬力が増大して飛行性能が低下するとともに、操縦入力に対する機体の応答性が低下して操縦特性が鈍重になる場合があります。また、メイン・ローター・ブレードから着氷が非対称に剥離することで重量に不均衡が生じ、機体の振動が増大することもあります。こうした飛行特性の変化は、必ずしも安全な飛行を妨げるほど重大ではありませんが、パイロットにこれらの影響を周知するため、耐空性認定当局は飛行規程に備考、注意または警告の記載を求める場合があります。

数値流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）を用いた着氷シミュレーションの技術的進歩は、より優れた着氷防護システムの設計を可能とし、試験に必要な時間と費用を削減できるようになるでしょう。しかし、こうした手法の導入と承認は段階的なものとなるため、リン・ハンクスやキム・ハンクスのような試験評価者が長い冬を費やして航空機の耐着氷性試験を行うことは、今後も必要であり続けるでしょう。

トーマス・L・トンプソン博士は、アラバマ州レッドストーン工廠所在の米陸軍戦闘能力開発コマンド（DEVCOM）航空及びミサイル・センター 航空力学システム即応局の航空力学担当チーフ・エンジニアです。