ジャイロコプターの死亡事故率、なぜ13倍超？

ジャイロコプターのローターを回すものは？

ジャイロコプターのローターを回しているのは、何でしょうか。遠くから見ると、ジャイロコプターは小型ヘリコプターに見えます。機体上部には、操縦士の頭上で回る複数のブレードから成る長いローターがあります。一般的な配置では、後部のエンジンが操縦士後方のプロペラを回します。

そのプロペラが、小型飛行機と同じように機体を前へ押します。上の大きなブレードを回すのは何でしょうか。「ジャイロコプターのローターはどう動くのか」と検索する人も多いです。値段はいくらか、安全なのかも知りたくなります。

それをすべて見ていきます。まずは名前からです。ジャイロコプター、ジャイロプレーン、オートジャイロは同じ航空機です。ジャイロプレーンは、アメリカの航空規制機関である FAA、連邦航空局の手引きで使われる正式名称です。

Gyro-Copter はアメリカのある機体の名称でしたが、この呼び方が定着しました。ここでいうgyroは、輪や円を意味するギリシャ語由来です。名前に反し、ジャイロコプターはジャイロスコープで飛びません。この航空機の始まりは1919年、スペインの墜落事故です。

ヘリコプター、第2次世界大戦、そしてイギリスの事故調査へと続きます。その調査では、1989年から2004年にかけて、イギリスのジャイロプレーンの死亡事故率は、同重量級マイクロライトの13倍超でした。最後は価格の話です。ですがまず、ローターです。

ヘリコプターに見えるが

見た目が似た航空機から始めましょう。ヘリコプターでは、エンジンがローターを回します。回転するブレードが空気を下へ押し、それでヘリコプターを支えます。ローターを回すと副作用があります。ヘリコプターの胴体は逆方向へ回ろうとします。

だから多くのヘリコプターには、そのねじれを止める小さなテールローターがあります。ジャイロプレーンにテールローターはありません。自由回転するローターにねじれ止めは不要だからです。通常飛行では、エンジンからローターへつながる駆動軸はありません。FAA の手引きは、これを「自由回転するローター」から揚力を得る航空機と呼びます。

例外は、離陸直前だけです。多くのジャイロプレーンは地上で短時間、エンジンをローターにつなぎ、ブレードを回し始めます。これをプリローテーションといいます。最も基本的なジャイロプレーンでは、操縦士がブレードを手で回します。離陸滑走の前にその連結を外し、前進して生まれる気流がローターを飛行に必要な回転速度まで回します。

つまり空中では、エンジンは機体を前へ押すだけです。それでもブレードは、飛行中ずっと回り続けます。そのため、ジャイロプレーンはヘリコプターのように一点でホバリングできません。FAA の手引きでは、非常に遅く飛ぶと急降下するため、空中を動き続ける必要があります。

そこが手掛かりです。

空を飛ぶ風車

ジャイロプレーンのローターがどう傾いているか、見てみましょう。ブレードが描く円盤面、ローター・ディスクは、飛行方向と反対側へ後ろに傾いています。プロペラが機体を前へ押すと、空気はその傾いた円盤面に前方と下方から当たります。FAA の手引きによると、下からブレードを通る空気でローターは自由に回転します。

これはオートローテーション、エンジンでなく通過する空気で回るローターです。言い換えれば、ジャイロプレーンは空で引きずる風車によって支えられています。ただ、風車は風に押されて回ります。同じ空気が、どうしてブレードを回し、機体も持ち上げられるのでしょうか。

ブレードを1枚、横から見てください。ブレードの回転で空気は前方から、機体が傾いた円盤面へ進むため下方からも来ます。空気はブレードを、揚力と抗力を足した空気力の合力で押します。ブレードの一部では、その力が回転軸より前方へ少し傾きます。

前へ傾く力は、ブレードを回転方向へ引っ張ります。こうした回転させる力を、トルクといいます。風力タービンがなぜこんなにゆっくり回るのかという動画を見た方なら、この図を見覚えがあるでしょう。あちらでもブレードに働く空気力は傾き、その一部がローターを回すトルクになります。

ジャイロプレーンのローターも同じ仕組みです。ただ、後ろへ傾いています。違うのは、トルクの行き先です。風力タービンはトルクを発電機へ渡し、電気をつくります。ジャイロプレーンではトルクがローターを回し、円盤面全体が揚力を生みます。

ただし、ブレードのすべての部分が引っ張るわけではありません。FAA は、オートローテーション中のローターを3つの領域に分けます。駆動領域では力が前へ傾き、ローターを加速させます。翼端寄りの被駆動領域では、力が後ろへ傾き、ローターを減速させます。

そして中心付近では、ブレードが空気に対して角度をつけすぎて、失速します。失速とは、翼上の空気が滑らかに流れず、翼が急に揚力を失うことです。エンジン停止で真下へ降りるヘリに、FAA 手引きはおおよその割合を示します。ブレード長の内側25パーセントは失速領域です。

駆動領域は、ブレードの約25から70パーセントにあります。外側のおよそ30パーセントが、被駆動領域です。駆動領域の加速と、ほかの2領域の減速が釣り合うと、ローターは一定の回転数を保ちます。ジャイロプレーン章に割合はないため、これは測定値でなく大まかな図です。

同じ物理を、ヘリコプターの操縦士はエンジン停止時に使います。操縦士がローターをオートローテーションさせると、ヘリは制御を保ちその下へ降ります。ジャイロプレーンは、ただ常にその状態で飛んでいます。

失速しない飛行機

では、なぜ誰かがこんな航空機を造ろうとしたのでしょうか。答えは、Juan de la Cierva というスペイン人技術者から始まります。1919年、彼が設計した爆撃機が、スペイン軍の航空競技会に出されました。試験飛行で機体は遅く飛びすぎ、失速しました。

墜落して機体は破壊されましたが、操縦士は生き延びました。シエルバは、固定翼機には乗り越えられない限界があると考えました。アメリカの航空史は、墜落で彼が「航空安全には失速しない航空機が必要」と確信したと述べます。固定翼機は、翼が揚力を生むために速度が必要です。

遅く飛びすぎると、翼は空気に対して角度をつけすぎ、失速します。地面に近ければ、致命的になりえます。シエルバの発想は、機体が減速しても動き続ける翼を与えることでした。回転する翼です。

実際、FAA の手引きははっきり述べています。ジャイロプレーンは失速しません。ただしこれは自慢ではなく、警告です。全文はこうです。「ジャイロプレーンは失速しないため、対気速度を下げて上昇率を上げたくなるかもしれない。」それでも遅く飛びすぎれば、ジャイロプレーンはより速く沈下します。

通常、対気速度ゼロでは最良滑空速度時の約2倍の速さで降下します。エンジンが止まっても、ローターはオートローテーションを続け、機体はその下へ降ります。ジャイロプレーンのローターは、同じ大きさのヘリコプターのローターより軽い荷重を受けるため、オートローテーション中は、通常ヘリコプターよりゆっくり降下します。

接地直前、操縦士はフレアという操作で操縦桿を引き、沈下と前進速度の大半を止めます。つまりジャイロプレーンは、固定翼機と同じようには失速しません。ただし、トラブルに遭うことはあります。

転がり越えたローター

シエルバの最初のローター航空機は飛びませんでした。初期の機体は速度が上がると、横倒しになる傾向がありました。原因は、前進するすべてのローターが対処する不均衡です。空中を前進するローターを思い浮かべてください。

片側のブレードは向かい風へ進みます。反対側はその空気と同じ向きに動きます。前進側ブレードは速い空気に当たり、揚力が大きくなります。後退側は遅い空気に当たり、揚力が小さくなります。

これは揚力の非対称、ローター片側の揚力が反対側より大きい現象です。ブレードが硬いと、この不均衡で機体全体が横転するおそれがありました。ところが、シエルバが造った小さな模型はよく飛びました。違いは、模型のブレードが柔軟だったことだと、彼は気づきました。

回る間にブレードが自然に上下へ曲がり、揚力を均していたのです。そこで実機では各ブレードをハブにヒンジで付け、上下に羽ばたけるようにしました。揚力の大きい前進側ブレードは少し上がり、その揚力を減らします。後退側ブレードは少し下がり、揚力が増えます。

両側が均され、機体が横転するのを防ぎます。1923年1月、シエルバの C.4 はマドリード近郊のヘタフェ飛行場で初飛行しました。操縦士の Alejandro Gómez Spencer 中尉は、約183メートル飛行しました。1月31日には、約4キロメートルの周回飛行をしました。

記録は正確な日で一致しませんが、その月にオートジャイロ初の公式観測飛行がありました。フラッピング・ヒンジは、オートジャイロより長く使われました。FAA 自身の手引きは、これが現代ヘリコプター成功に不可欠だったと述べています。

オートジャイロ熱

1928年、米国人 Harold Pitcairn はシエルバ機1機を評価用に購入しました。翌年、彼は米国の権利を買い、当時よく使われたautogirosの生産を始めました。PitcairnのPCA-2は、航空機設計の複製を製造販売できる公式の米国型式証明を得ました。1931年4月8日、Amelia Earhart は Pitcairn のオートジャイロで一万八千四百十五フィート、約五千六百メートルへ飛びました。

当時、その種類の航空機の記録と報じられました。数週間後、彼女はチューインガム会社の後援で、米国横断飛行しました。1931年9月23日、海軍操縦士は空母USS Langleyでオートジャイロを3回発着艦しました。これは米海軍初の艦船発回転翼機運用でした。

1931年4月22日、ホワイトハウス芝生にオートジャイロが着陸したとき、President Hoover はPitcairn に米国航空界の大きな賞 Collier Trophy を授与しました。1939年7月6日、オートジャイロはニュージャージー州カムデン空港からフィラデルフィア中央郵便局屋上へ郵便を運び始めました。The New York Times報道の試験では、6分半でした。

オートジャイロ郵便はシカゴ、ニューオーリンズ、ロサンゼルス、ワシントンでも飛びました。千九百三十年代の英国で、Royal Air Force はシエルバのオートジャイロを陸軍協力任務で試しました。第2次世界大戦中、遅く安定して飛べるため、レーダー基地校正にも使われました。ドイツは、同じ原理をさらに単純な形で使いました。

Focke-Achgelis Fa 330 は完全無動力のローターカイトでした。浮上潜水艦が約300メートルのケーブルで曳航しました。向かい風がローターを回し、見張り役を100メートル超、最大約220メートルまで上げられました。そこからは潜水艦司令塔の約8キロメートルに対し、約50キロメートル、30マイル超まで見えました。

エンジンでなく、気流だけで回るローターです。

ヒンジをヘリコプターへ渡す

なぜ今、オートジャイロを至る所で見ないのでしょうか。低速で飛べても、ホバリングはできません。屋上着陸、救助、一か所の上空にとどまるには重要です。1940年代、実用ヘリコプターが現れ、オートジャイロにできないホバリングができました。

Smithsonian郵便博物館は、オートジャイロ航空郵便はヘリコプター航空郵便の登場で影が薄れ、終わったと述べます。回転翼機史を研究する航空宇宙技術者Gordon Leishmanは、オートジャイロがヘリコプターにヒンジ付きローターブレードなどの基本技術を与え、発展を大幅に早めたと書いています。1951年、Pitcairn社は政府向けヘリが自社ローター特許を使ったとして米政府を訴えました。

Vertical Flight Society は米国史上最長の特許侵害訴訟と呼びます。訴訟は1977年10月に終わりました。シエルバはヘリコプターが主役になる前に亡くなりました。千九百三十六年十二月九日、濃霧の中、彼はロンドン近郊クロイドン空港発KLM旅客機の乗客でした。

機体は離陸直後に墜落し、シエルバを含む15人が死亡しました。彼は41歳でした。

裏庭のジャイロコプターと事故

ジャイロプレーンは、自宅で組み立てられる形で戻ってきました。米国でヘリコプターに携わった技術者Igor Bensenは、1955年12月にGyro-Copterを初飛行させました。これは約30ドルの設計図一式で造れる機体でした。完成キットは当時995ドルでした。

Smithsonian はこれを、20世紀で最も人気のあった自作航空機の一つと呼びます。英国のジャイロプレーン設計者 Ken Wallis は、1967年の James Bond 映画 "You Only Live Twice" で自作機を操縦しました。設計図やキットから、自宅で造れるほど単純でした。しかし「失速しない」は、安全を意味しませんでした。

2004年、英国のAir Accidents Investigation Branch、AAIB は、死亡事故1件の報告でジャイロプレーンの安全性を調べました。1989年以降、英国のジャイロプレーン死亡事故は15件でした。UK Civil Aviation Authority の飛行時間推定から、死亡事故率は10万飛行時間あたり27.1でした。マイクロライトでは、約2でした。

軽固定翼機では、約1.1でした。同重量のマイクロライトより、ジャイロプレーンの率は13倍超でした。何が起きていたのでしょうか。プロペラが押す位置を考えてください。

押す方向の線を推力線といいます。多くの単純な自作ジャイロプレーンはエンジンが高く、その線は機体の重量が釣り合う点、重心より上を通っていました。FAA の手引きは、この場合、動力を加えると機首下げになりやすいと警告します。

通常、ローターは機首下げの力に抗して機首を上に保ちます。操縦士が操縦桿を急に前へ押すと、ローターの支える重量は急減します。これをローターの除荷といいます。除荷でローターは減速し、機首を上に保てなくなることがあります。

FAA の手引きは、ローターの荷重が急に抜けると、一部のジャイロプレーンが急に前へピッチしやすいと述べます。推力線が重心より上にあり、十分な水平尾翼がない機体では、FAA は、機首下げピッチが「自ら持続し、元に戻せなくなる」おそれを警告します。手引きはこれを、バントオーバー、またはパワー・プッシュオーバーと呼びます。

パイロット誘発振動も説明します。操縦士の修正が機体とずれ、上下の振れが急に増す現象です。2004年報告の事故機は、Bensen の設計図に基づく自作ジャイロプレーンでした。このジャイロプレーンには水平尾翼がなく、推力線は約4.8インチ、およそ12センチ、重心より上で、University of Glasgow 研究者推奨の2インチ限度を大きく超えていました。

水平尾翼は、機首を安定させる後部の小さな固定翼です。AAIBは、米国のジャイロプレーン団体Popular Rotorcraft Associationによる1999年から2002年の米国死亡事故研究も引用しました。研究では、ピッチ不安定性に伴う死亡事故はすべて水平尾翼のない機体で起きました。危険は失速ではなかったのです。

原因の多くは、高い推力線と水平尾翼がない機体形状でした。

修正されたこと、されなかったこと

イギリスはすでに原因を探っていました。1989年から1991年、軽量ジャイロプレーンで原因不明の死亡事故が続きました。1991年のAAIB検討後、University of Glasgowは1993年から2008年にジャイロプレーンを研究しました。風洞、機上計器による飛行試験、数学モデルを使いました。

主な発見は、重心の高さとプロペラ推力線の関係でした。研究者はそれを重要なパラメータと呼びました。BCAR Section T という英国ジャイロプレーン設計規則は、この研究で改められました。最新の更新は2011年で、Australia と Canada も同じ設計要件を採用しました。

イギリスの設計指針は現在、推力線と重心との差を約二インチに制限し、超えれば製造者は規制当局に相談します。主要メーカーもエンジン下のフレームを下げ、プロペラを重心に近づけました。一つの危険を直しても、ほかの危険は残ります。

2020年11月12日、Scottish Highlands で訓練生操縦士が2人乗り Cavalon ジャイロプレーンを単独飛行していました。飛行中にローターヘッドが機体から外れ、操縦士は死亡しました。AAIB は2024年11月に報告書を公表しました。一連の操作荷重が構造過荷重を招いたと結論づけました。

操縦士は意図せず、ローターが除荷される低G状態に入った可能性が高いと述べました。低G状態は機体手引きの限界を超えた可能性があります。AAIB は4件の安全勧告を出しました。低Gでは、ローターが短時間ほとんど機体重量を支えず、すべてが普段より軽く感じます。

先ほど見た除荷と同じです。ジャイロプレーンのローターから荷重が抜けると、回転数が落ちることがあります。危険は、シエルバが懸念した固定翼機の失速ではありません。回転する翼から荷重を抜くことです。

同条件で比べられる現代ジャイロプレーンの最近の事故率は見つからず、他の軽飛行機と同程度に安全とは言いません。飛行中にローターヘッドが外れた2020年墜落を含め、死亡事故は今もあります。

ジャイロコプターはいくら？

多くの人が検索する質問、ジャイロコプターはいくらでしょうか。価格は国、年、含まれるものによって変わるため、例ごとに年を示します。2021年のエアベンチャーでは、JK-2 Nanoという1人乗りキットが、38馬力のエンジン付きで約二万六千米ドルで掲載されていました。これは Part 103 と呼ばれる米国超軽量機規則に合わせて造られました。

その規則では、アメリカで飛ばすのに操縦士証明書も、健康診断証明書も要りません。2人乗りキットは、はるかに高額です。2014年、米国誌はあるメーカーの3モデルのキットを約七万から十二万米ドルと掲載しました。アメリカでは、所有者が組み立てを手伝うキットとして売られていました。

2026年、イタリアのメーカー Magni の新品2人乗りジャイロプレーンは約十万から十七万五千米ドルで、モデルと為替レートにより異なると報じられました。英国では、二千十八年製の中古二人乗り機が、販売者による新品価格の半額未満で掲載されました。訓練費もあります。アメリカのある学校は、燃料と教官込みで1時間約275ドルでした。

スポーツパイロット証明書保持者は、ジャイロプレーン資格追加に通常10から20時間かかります。アメリカでは、新しい軽スポーツ機規則が2025年10月から段階的に発効しました。2026年7月以降、工場製ジャイロプレーンは初めて軽スポーツ機カテゴリーで認証できます。スポーツパイロットは以前からジャイロプレーンを飛ばせたので、変わったのは機体の造り方と売り方です。

これらの例で空へ出る最も安い方法は、自分で造る小さな1人乗りキットです。価格を問わず、事故記録は設計と訓練の重要性を示します。

風が回す翼

ジャイロコプターのローターを回すのは何でしょうか。機体が前進すると、傾いたブレードを下から上へ流れる空気です。通常飛行では、エンジンはローターを駆動しません。各ブレードの一部が、風力タービンのブレードと同じように、空気が押す力をトルクに変えます。

トルクがローターを回し続け、回転するローターが機体を支えます。Juan de la Cierva は、遅く飛んでも失速しない航空機を求めました。彼が見つけたのは、風が回す翼でした。弱点もありました。ローターを急に除荷すると減速し、機体が前へピッチすることがあります。

それを理解し、規則を変えるまでには、何年もの事故と研究が必要でした。オートジャイロは、航空郵便の仕事をヘリコプターに奪われました。けれどヘリコプターは今も、エンジン停止時に安全に降下するため、同じ物理を使っています。