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自作航空機は、アマチュア製作航空機またはキット飛行機とも呼ばれ、専門的な活動ではない人々によって製作されます。これらの航空機は、ゼロから、設計図から、または組み立てキットから製作される場合があります。[ 1 ] [ 2 ]
米国、ブラジル、オーストラリア、ニュージーランド、南アフリカでは、自作航空機はFAAまたは同様の現地規制の下で実験機として認可されることがあります。いくつかの制限はありますが、航空機の製造者は営利目的ではなく、自身の教育とレクリエーションのために製造したものでなければなりません。[ 3 ]米国では、主たる製造者はその機体の修理士証明書を申請することもできます。[ 4 ] [ 5 ]修理士証明書があれば、所有者はほとんどの整備、修理、検査を自分で実施し、承認することができます。[ 1 ] [ 2 ]
アルベルト・サントス＝デュモンは、 1910年6月号のポピュラーメカニクス誌に自身の「ドゥモワゼル」の図面を掲載し、初めて無料の設計図を提供した人物である。 [ 6 ]完成機体ではなく設計図として販売された最初の航空機は、1920年代後半の「ベビーエース」であった。[ 7 ]
自家製航空機は、1924年にオハイオ州デイトンで開催されたナショナル・エア・レースの開始とともに米国で人気を博しました。これらのレースでは、有効積載量が150ポンド（68kg ）以下、エンジン排気量が80立方インチ以下の航空機が求められ、クラス制限の結果、ほとんどがアマチュアによって製作されました。チャールズ・リンドバーグの大西洋横断飛行後の数年間は、1929年から1933年にかけて関心がピークに達しました。この期間、多くの航空機設計者、製造者、パイロットは独学で、高い事故率がアマチュア製作に対する世間の非難と規制の強化を招きました。その結果、設計、エンジニアリング、応力解析、航空機品質のハードウェアの使用、航空機のテストに関する連邦基準が制定され、レースなどの一部の専門分野を除いて、アマチュア製作は終焉を迎えました。1946年、グッドイヤーはナショナル・エア・レースを再開し、200立方インチ以下のエンジンを搭載した航空機のクラスを追加しました。ミゼットレーサークラスはアメリカ全土に広がり、アマチュアが製作した航空機のレクリエーション利用を可能にするための基準を求める声が上がった。1950年代半ばまでに、アメリカとカナダは再びアマチュアが製作した航空機を特定の基準と制限の下で許可した。[ 2 ]
自作航空機は一般的に小型の1～4人乗りスポーツ機で、シンプルな構造を採用しています。機体構造には布張りの木製または金属製のフレームと合板がよく使われますが、近年ではグラスファイバーなどの複合材や、第一次世界大戦末期にヒューゴ・ユンカースが先駆的に開発したアルミニウム製の構造技術もますます多く用いられるようになっています。エンジンは、ライカミング、コンチネンタル、ロータックス、ジャビルなどの認証を受けた航空機に使用されているエンジンと同じか、類似したものがほとんどです。少数の自作航空機では自動車用エンジンを改造して使用しており、フォルクスワーゲンの空冷水平対向4気筒エンジン、スバル製の液冷エンジン、マツダのヴァンケルエンジン、シボレー・コルベアの6気筒エンジンなどが最も一般的です。自動車用エンジンを使用することでコスト削減につながりますが、多くの製作者は性能と信頼性が高いとされる航空機専用エンジンを好みます。その他、チェーンソーやオートバイのエンジンが使用された例もあります。[ 1 ] [ 2 ]
特に1980年代半ばにおいては、コストと訴訟リスクが相まって、一般航空機メーカーは新しい設計を導入することを躊躇し、結果として自家製航空機の販売台数が工場生産機の5倍にも達する事態となった。
アマチュアが自作した航空機の歴史は、航空の黎明期にまで遡ることができる。ライト兄弟やクレマン・アデール、そして彼らの後継者たちは商業的な目的を持っていたとはいえ、最初の航空機は、ただ飛ぶことを目標とした情熱的な愛好家たちによって製作されたのだ。
第一次世界大戦に伴う工業化によって、航空技術は飛躍的な進歩を遂げた。戦後、メーカーは新たな市場を開拓する必要に迫られ、観光向けに設計されたモデルを開発した。しかし、これらの機体はごく一部の富裕層しか購入できなかった。
1920年代以降に設計・登録された多くの米国製航空機は、（当時の）CAAによって「実験機」とみなされ、現代の自家製航空機が特別耐空証明書を取得するのと同じ登録方法であった。これらの多くは試作機であったが、ベルナール・ピエテンポルが1923年に最初に設計した機体などは、最初の自家製航空機の一部であった。1928年、アンリ・ミニェはHM-8 Pou-du-Cielの設計図を公開し、ピエテンポルもAir Camperの設計図を公開した。ピエテンポルは後に工場を建設し、1933年に部分的に組み立てられた航空機キットの製造と販売を開始した。[ 2 ]
1936年、フランスでアマチュア航空愛好家の協会が設立されました。様々な種類のアマチュア航空機が登場し始め、1938年には「制限付き航空機運航証明書」 （CNRA）を規定する法律が改正されました。1946年には超軽量航空機協会が設立され、1952年には英国でポピュラー・フライング協会となり、1953年には米国で実験航空機協会（EAA）、オーストラリアでスポーツ航空機協会が設立されました。
「ホームビルディング」という用語は、1950年代半ばにEAAの創設者ポール・ポベレズニーが雑誌「メカニックス・イラストレイテッド」に一連の記事を執筆し、設計図を購入して自宅で自分の飛行機を製作する方法を説明したことで人気を博しました。1955年、ポベレズニーはロバート・D・ブラッカーと共にEAA初の青少年向け普及プログラム「 プロジェクト・スクールフライト」を共同設立し、全米の高校の工業技術の授業に「ホームビルディング」を取り入れました。ポベレズニーの「メカニックス・イラストレイテッド」の記事は世界的に高く評価され、飛行機のホームビルディングの概念が広まりました。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
1950年代後半まで、航空機製作者は主に木と布、鋼管と布の設計にこだわっていた。量産航空機メーカーが直面する規制上の制約がないため、自作航空機製作者は革新的な設計と製造技術を導入した。バート・ルータンはカナード設計を自作航空機の世界に導入し、複合構造の使用を先駆的に行った。キットプレーンの金属構造は、リチャード・ヴァングランスヴェンがRVシリーズで新たなレベルに引き上げた。キットの洗練度が上がるにつれて、オートパイロットやより高度な航法計器などのコンポーネントが一般的になった。[ 1 ] [ 2 ]
1970年代から1980年代にかけての訴訟は小型航空機市場の停滞を招き、生き残った企業は実績のある旧式の設計を維持せざるを得なかった。近年、自作機に対する規制が緩和されたことで、多くのメーカーが革新的で新しい設計を開発できるようになり、その多くは同クラスの認証済み量産機を凌駕する性能を発揮している。
ハイエンドな自作機設計の一例として、高性能キットを数多く開発してきたLancair社が挙げられます。最も強力なのはLancair Propjetで、キャビン加圧とターボプロップエンジンを備えた4人乗りキットで、高度24,000フィート（7,300m ）、巡航速度370ノット（430mph 、690km /h）です。このような航空機は、法的理由から「自作機」とみなされますが、通常は購入者の協力を得て工場で製造されます。これにより、キットを販売する会社は、規制上はオーナー製作のままであるため、長くて費用のかかる認証プロセスを回避できます。この概念に適用される用語の1つは、一般的に「51%ルール」と呼ばれ、アマチュア製作機として耐空証明書を取得するには、製作者が製作と組み立ての大部分を行う必要があるというものです。[ 11 ]
1970年代以降、小型のBede Aircraft BD-5Jを含む少数のジェットキットプレーンが製造されてきた。[ 2 ]
ヴァンズ・エアクラフト社および航空機キット産業協会（AKIA）会長のディック・ヴァングランスヴェン氏は、2012年12月にKitPlanes誌に掲載された広範なインタビューの中で、キット航空機産業の将来について質問を受けた。
今後5年以内に業界に劇的な変化が起こるとは予想していません。10年後については、燃料価格やFAAの政策などに大きく左右されるため、どうなるかは分かりません。全体として、AKIAが成長を続け、業界メンバーのプロ意識や製品の製造者・パイロットに良い影響を与えていることから、業界は成熟していくと考えています。燃料価格への懸念から、過去30年間主流だった長距離飛行用航空機ではなく、純粋なスポーツ飛行を目的とした低出力航空機への傾向が見られるかもしれません。その期間の終わり頃には、電動航空機の設計への挑戦が見られるかもしれませんが、それはバッテリー技術が大幅に向上した場合に限られます。燃料価格の高騰と新興の電動推進技術の両方に関連して、モーターグライダータイプの自作機が増えるかもしれません。
ヴァンズでの私たちの事業は、上記の考え方の一部を反映していると言えるでしょう。残念ながら、1980年代や1990年代のような成長の可能性は見られません。キットを組み立てるパイロット層が縮小しているように思われます。さらに、人口構成の変化に伴い、趣味としての航空機製作への関心や、それに取り組む能力が低下している可能性もあります。EAAとAOPAが、より多くの人々に飛行訓練への関心を持ってもらうための取り組みを進めていることが、私たちの飛行機の市場拡大につながることを願っています。
中国やインドなどの新興市場も当社の製品に対する需要を高める可能性があるが、当社のような小規模企業が恩恵を受けるには、インフラ全体が整備される必要がある。[ 12 ]
自作航空機は、飛行に耐えうる軽量かつ十分な強度を持つ素材であれば、どんな素材でも製作可能です。以下に、一般的な製作方法を詳しく解説します。
これは最も古い構造で、最初の航空機にも見られ、したがって最もよく知られています。そのため、アマチュア航空機協会には、他の種類の航空機よりもこのタイプの航空機の専門家が多くいます。[ 1 ] [ 2 ]
最も一般的に使用される木材はシトカスプルースとダグラスファーで、これらは優れた強度対重量比を提供します。木製の構造部材は接着剤、通常はエポキシで接合されます。他の用途で使用される木造建築技術とは異なり、航空機の木製接合部はほぼすべて合板ガセット付きの単純な突き合わせ接合です。接合部は部材よりも強くなるように設計されています。構造が完成すると、航空機は航空機用生地（通常は航空機グレードのポリエステル）で覆われます。このタイプの構造の利点は、複雑な工具や設備を必要とせず、鋸、かんな、やすり、サンドペーパー、クランプなどの一般的なアイテムを使用することです。[ 1 ] [ 2 ]
アマチュアが製作した木材と布を使ったデザインの例としては、以下のようなものがあります。
最近の傾向としては、木材複合材航空機が挙げられます。基本的な荷重支持材料は依然として木材ですが、発泡材（例えば、荷重支持合板スキンの座屈抵抗を高めるため）や、グラスファイバーや炭素繊維などの他の合成材料（スパーキャップなどの荷重支持構造の弾性率を局所的に高めるため）と組み合わされています。[ 1 ] [ 2 ]
木材複合材を用いたデザインの例としては、以下のようなものがあります。
金属製の飛行機は、従来型の工場生産の航空機と同様の技術を使用します。設計図に基づいて製作する場合は、金属の切断、成形、リベット留めが必要となるため、製作がより困難になる場合があります。切断、成形、穴あけがほぼ完了しており、仕上げと組み立てのみが必要な「クイックビルド」キットも入手可能です。このようなキットは、他のタイプの航空機構造、特に複合材でも入手可能です。[ 1 ] [ 2 ]
金属構造には主に3つの種類があります。アルミニウム板、アルミニウム管、そして溶接鋼管です。管状構造は、木製航空機と同様に、航空機用布で覆われています。
金属製の自家用航空機の例としては、以下のようなものがある。
複合材料構造は、高い引張強度を持つ布（通常はグラスファイバーまたはカーボンファイバー、場合によってはケブラー）と構造用プラスチック（通常はエポキシ樹脂、ただし一部の航空機ではビニルエステル樹脂が使用される）を組み合わせたものです。布は液状の構造用プラスチックで飽和され、プラスチックが硬化すると、部品は布の強度特性を持ちながら形状を維持します。[ 1 ] [ 2 ]
複合材飛行機の主な種類は、翼の外板や胴体の半分などの主要構造を型に入れて成形・硬化させる成形複合材と、発泡体から形状を切り出し、グラスファイバーや炭素繊維で覆う型なし複合材の2種類である。[ 1 ] [ 2 ]
このタイプの構造の利点としては、滑らかな表面（リベットの抵抗がない）、複合曲線を形成できること、グラスファイバーやカーボンファイバーを最適な位置、向き、量で配置できることなどが挙げられます。欠点としては、化学製品を扱う必要があること、繊維に垂直な方向の強度が低いことなどが挙げられます。複合材料は重量に対して優れた強度を提供します。方向によって材料の剛性が変化する（金属のようにすべての方向で均一ではない）ため、複合部品の高度な「弾性調整」が可能になります。[ 1 ] [ 2 ]
複合材料で作られたアマチュア工芸品の例としては、以下のようなものがある。
自作航空機の安全記録は、認証を受けた一般航空機ほど良くありません。米国では、2003年にアマチュアが製作した航空機の事故率は10万飛行時間あたり21.6件でした。同年の一般航空機全体の事故率は10万飛行時間あたり6.75件でした。[ 13 ]
米国における自作航空機の事故率は、連邦航空局にとって長年の懸念事項となっている。 2010年のサン・アンド・ファンで、FAA長官のランディ・バビット氏は、自作航空機は「一般航空機の10％を占めるにすぎないが、事故の27％を占めている。事故を起こしているのは製造者ではなく、2番目の所有者だ。より良い移行訓練が必要だ」と述べた。[ 14 ]米国では、初等飛行訓練を含む飛行訓練は、そのような訓練を提供する意思のあるインストラクターであれば、所有者の自作航空機で受けることができる。[ 15 ]
米国国家運輸安全委員会が2012年に発表した調査によると、米国の自家製航空機の事故率は、他の一般航空機の事故率の3～4倍高いことが判明した。自家製航空機が関わる事故のほぼ10%は、初飛行時に発生している。さらに9%の事故は、新しい所有者が機体に不慣れなため、売却後の初飛行時に発生している。この調査では、動力装置の故障や飛行中の操縦不能による事故の発生率が、認証を受けた航空機の同じ発生率よりもはるかに高いことも明らかになった。[ 16 ] [ 17 ]
ほとんどの国の航空規制では、アマチュアが製作した航空機にはその旨を物理的に示すことが義務付けられており（例えば英国では「搭乗者への警告 – この航空機はアマチュアが製作したものです」と表示しなければならない[ 18 ] ）、乗客（パイロットではない人）を乗せる前に追加の飛行試験が必要となるのが一般的です。
世界最大の航空ショーは、毎年7月下旬から8月上旬にかけてウィスコンシン州オシュコシュで開催される実験航空機協会（EAA）のエアベンチャー・オシュコシュ航空ショーです。その他の毎年恒例のイベントとしては、春先にフロリダ州レイクランドで開催されるサン・アンド・ファン・フライインや、ワシントン州アーリントンで開催されるノースウエストEAAフライインがあります。これらのイベントは、多くの人が自作機やその他の航空機でショー開催空港に飛来し、多くの場合、期間中そこでキャンプをするため、フライインと呼ばれています。どちらのイベントも1週間続きます。これらのショーでの離着陸回数は通常数千回に上ります。[ 19 ]
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