アロハ航空243便の事故(1988年):胴体の重ね継手の疲労と腐食
1988年4月28日、ハワイの島々を結ぶアロハ航空243便のボーイング737-200は、高度24,000 ft(約7,300 m)で胴体の上部が失われ、爆発的な減圧を起こしました。機体は近くのマウイ島に着陸しましたが、客室乗務員1人が亡くなりました。壊れたのは外板の重ね継手で、接着がはがれ、リベット穴から多数の疲労き裂が生まれていました。NTSBは、整備プログラムがこの損傷を見つけられなかったことを推定原因としています。
何が起きたか
- 日時
- 1988年4月28日
- 場所
- 米国ハワイ州マウイ島の近く(ヒロ発ホノルル行きの便)
- 機体
- ボーイング737-200(ライン番号152)。それまでに飛行35,496時間、89,680回
- 被害
- 乗客89人・乗員6人のうち、客室乗務員1人が機外に吸い出され、死亡と推定された。8人が重傷
- 破損
- 客室入口ドアの後ろの、床より上の外板と構造が約18 ft(約5.5 m)にわたって失われた
- 調査
- 米国 国家運輸安全委員会(NTSB)報告書 NTSB/AAR-89/03
事故の経過と調査の結論
243便は、ハワイ島のヒロからホノルルへ向かう島と島を結ぶ便でした。高度24,000 ftに達したころ、胴体の上部の外板と構造が客室入口ドアの後ろから約18 ftにわたって飛び去り、爆発的な減圧が起こりました。乗員は緊急降下し、マウイ島のカフルイ空港に着陸しました。
NTSBは、推定原因を、アロハ航空の整備プログラムが、大きな接着のはがれと疲労損傷を見つけられなかったことだとしました。その結果、S-10Lと呼ぶ位置の重ね継手が壊れ、胴体の上部が分離しました。寄与要因として、整備の監督が不十分だったこと、FAA(連邦航空局)が耐空性改善命令 AD 87-21-08 で、ボーイングが提案した全ての重ね継手の点検を求めなかったこと、初期の737の常温接着の重ね継手の問題(接着の耐久性の低さ・腐食・早期の疲労き裂)に完全な最終対策がなかったことを挙げています。
材料の側から見た原因の連鎖
初期の737(ライン番号291まで)は、外板の重ね継手を、常温で硬化する接着剤をしみこませた布(スクリム)で接着していました(コールドボンド)。製造のときの問題で、接着の弱い所や、まったく接着していない所ができ、腐食しやすくなっていました。はがれた所に水分がしみこむと、はがれはさらに広がります。
接着がはがれると、与圧の荷重はリベットが受け持つことになります。リベットの皿穴は外板の厚さを貫いていて、穴の縁がナイフのように薄くなり(ナイフエッジ)、ふつうより高い応力集中を生んでいました。そのため、隣り合う多くのリベット穴から疲労き裂が生まれ(多点損傷、MSD)、小さなき裂どうしがつながって、長い臨界のき裂になりました。目視で、上列のリベットの穴から伸びるき裂が確認されています。
疲労き裂の発生と進展を決めるのは、飛行時間ではなく飛行の回数(与圧のくり返しの回数)です。アロハ航空の機体は、ボーイングが想定した約2倍の頻度で飛んでいました。重ね継手の腐食は1970年に初めて報告されていて、事故のあとの点検では、同型機の継手のふくらみ、リベットの浮き、塗装のふくれが見つかっています。
原因の見方について: 大学の学生の論文(Hashmi)は、海辺の運航環境の塩化物が孔食を起こし、腐食と腐食疲労を進めた可能性が高いと推定しています。NTSBの推定原因は、整備プログラムが接着のはがれと疲労損傷を見つけられなかったことです。
どの手がかりで原因がわかったか
- き裂は飛行時間ではなく、飛行の回数(与圧のくり返し)で進む。この機体は想定の約2倍の頻度で飛んでいた かかっていた荷重: くり返しの荷重(振動・回転・圧力や負荷の変動)
- 隣り合う多くのリベット穴から疲労き裂が生まれていた(多点損傷) 破面・き裂の見た目
- 重ね継手の腐食と、水分がしみこんだ接着のはがれ まわりの環境: 水・湿気・結露
- 外板はアルミニウム(厚さ0.036インチ、約0.9 mm) 材料: アルミニウム合金
- 89,680回の飛行を重ねた機体だった 壊れるまでの期間: 数年以上
この手がかりで診断ナビを開くと、腐食疲労と疲労が上位の候補になります。水分と腐食の手がかりがあるので腐食疲労が上に来ますが、NTSBの推定原因は接着のはがれと疲労損傷を見つけられなかったことで、腐食疲労とは特定していません。
その後に変わった設計・規格・検査
- 腐食を防ぐプログラム(腐食防止・管理のプログラム)が義務になりました。
- ボーイング737の重ね継手の外板の一部を取り外して交換することを求める耐空性改善命令(AD 2002-07-08、AD 2002-07-11)が出されました。
- 輸送機の設計の規則(14 CFR 25.571 の改正96)で、広域疲労損傷(WFD)を考慮し、実物大の疲労試験の証拠を示すことが求められるようになりました。
- 与圧胴体の修理を評価する規則と、広域疲労損傷の最終規則が定められました。
学べること
- 接着に頼る構造は、接着が健全かを確かめる点検と整備がなければ安全を保てません。
- 点検の計画は、設計の疲労の性質(どこに、何回で、どんなき裂が出るか)の理解にもとづく必要があります。
- 知られた疲労の問題に、くり返しの点検だけで長く対処するには限界があり、部品の交換などの根本の対策が望まれます。
- 「き裂が開いてもティアストラップで止まり、外板がめくれて明らかな損傷として見つかる」という設計の想定は、多数のき裂が同時に進むと成り立ちません。
- 事故のあと、同じ型の機体の多くで重ね継手のき裂が報告され、1機だけの問題ではないことがわかりました。