月: 2023年1月

磁気コンパスとは

磁気コンパスは、地球が持つ磁気を測定して方位を知る為に使用する計器です。

航空機に搭載されている磁気コンパスは、昔は方位磁石と目盛りからできた簡単な構造のものが主流でした。現在では、ＨＳＩ（水平位置指示器）といって、翼の先端についている磁気センサ－から情報を得て、方位を示す計器が多く使われています。

磁気コンパスが表示する方位には、複合された誤差が含まれています。偏差は、北極点、即ち真北と、磁気が示す北、即ち磁北との差を角度で表したものです。自差は、磁北と、磁気コンパスの示す北、即ち羅北との差を角度で表したものです。真北に対して偏差と自差を足したものが磁気コンパスが示す方位です。

誤差は他にも、航空機が向きを変える時や加速・減速するときに発生する、動的誤差があります。

磁気コンパスの使用用途

航空機に搭載されている磁気コンパスは、航空機の飛ぶ方位をパイロットに知らせる計器です。他の計器類と比較しても、航空機の登場後の早い時期から使用されてきました。

しかし、磁気コンパスが示す方位には、偏差や自差など必ず誤差が含まれます。パイロットは誤差を補正しながら正しい方位を導き出さなければなりません。

その一方で、航空機が方位を知る方法は、様々に進歩してきました。地上に設置したアンテナから発信された電波を頼りに自機の位置と方位を知る方法や、衛星からの電波を受信して位置と方位を知る方法などが開発され、実用化されてきました。

それでも、磁気コンパスは重要な計器の一つとして、現在もコクピットに設置されています。

燃料タンクとは

燃料タンクは、自動車、航空機、船舶、エンジンで動く機械等の燃料を入れておく容器です。
多くの航空機の場合には、灯油と似た成分でできたケロシンという燃料を搭載します。

燃料タンクには、燃料を注入する給油口、燃料をエンジンに送り出すための燃料ポンプ、燃料タンク内の燃料の量を計測するためのセンサーなどが組み込まれています。

航空機の燃料タンクの形状と数、搭載位置は様々です。一般的な旅客機の場合、左右両方の主翼の内部に燃料タンクがあります。また、中央翼と言われる左右の主翼を結んだ胴体部分にも中央タンクという燃料タンクを搭載している機種も多くあります。長距離を飛ぶ旅客機には、胴体や尾翼内部にも燃料タンクを設置している機体もあります。

燃料タンクの使用用途

航空機の燃料タンクは、航空機が安全に次の目的地まで飛行できるだけの燃料を搭載するために使用します。

旅客機の場合、機体の全重量に対する、搭載燃料の重さが占める割合が大きくなります。１万ｋｍ以上を飛ぶ長距離フライトの場合、機体の総重量の約４０パーセントを燃料が占めるようになります。

航空機が飛行する際には、両方の主翼に架かる揚力で機体全体を引き上げます。そのため、翼と翼の付け根部分には大きな力が加わります。機体の主翼の中にある燃料タンクに搭載された燃料の重さは、飛行中の翼に架かる揚力と反対方向の力として作用します。したがって、燃料タンクには翼に架かる負担を小さくする役割もあります。

燃料ゲージとは

燃料ゲージとは、乗り物や機械など、エンジンで動く装置において、燃料の残量を使用者に知らせる部品やシステムのことを言います。

航空機の燃料ゲージは、１９５０年ころまでは、クルマと同じように、燃料タンク内にフロートを浮かべて、フロートの位置によって燃料の量を測定していました。しかし、現在は燃料に漬けたコンデンサの静電容量の変化に依って燃料の量を測定する、静電容量型が主流になっています。

多くの航空機は複数の燃料タンクを持っており、静電容量型のセンサーが、それぞれのタンク内に複数個取り付けてあります。各燃料タンク内のセンサーから集められたデータは、燃料計算用のコンピュータで処理されて、各燃料タンクごとの燃料の残量と、機体全体の燃料の残量として表示されます。

燃料ゲージの使用用途

航空機の燃料ゲージは、機体中の燃料の残量を、重さの単位であるポンドで表示します。パイロットや、機体に取り付けられた運行用のコンピュータは、燃料の残量を基に、あとどのくらいの距離を飛行可能かを判断します。

燃料は飛行中に減ってくるので、それに伴い機体全体の重量も減少します。機体が軽くなると、その飛行機が上昇できる高度が高くなるので、洗濯できる航路の高さが増えて、より燃料消費が少ない飛行が可能になります。

また、左右の燃料タンクで、燃料の残量の差が大きくなると、機体の安定性に悪影響が出ます。パイロットは燃料タンクごとの燃料の残量に注意しながら飛行します。

このように燃料ゲージは、燃料の残量を知るとともに、機体の重量や重量バランスを知るためにも使われます。

水上機とは

水上機は、海上や湖水面上など、水面上に離着陸できる航空機です。中・大型の水上機は機体の胴体の下部が船のような構造をしています。このタイプの水上機は、飛行艇とも呼ばれ、主翼が胴体の上部に着いた高翼型になっています。両側の翼の下にフロートが付いていて、浮力を得ると同時に、水上での離発着と滑走時の安定性を確保しています。

機体の軽い小型の水上機は、胴体下部に、機体を浮かせるフロートを付けた形になっています。このタイプの水上機をフロート機とも言います。

日本の新明和工業株式会社が製造して、海上自衛隊が運用する救難飛行艇ＵＳ－２は、波高3ｍの荒海にも離着水ができ、陸上の滑走路にも離発着できる、世界的に知られた高性能水上機です。

水上機の使用用途

水上機は船舶やヘリコプターよりも移動速度が速く、早く遠くの目的地に到着でき、海上への離着水ができることが最大の特徴です。この性能を活かして、海上自衛隊が所有する救難飛行艇US-２は、海上での遭難者の捜査と救助活動を行っています。

水上機は。着水して、短時間で多量の水を確保することができます。この性能を活かして、海外では、空からの消火活動をおこなう消防飛行艇が活動しています。

また、飛行場が無い離島への、人や物資の運搬。離島で発生した急患人の搬送にも、水上機が使われています。

この他、水上機は軍隊での偵察機や連絡機としても利用されます。海上自衛隊のUS-2の前任機はPS-1という形式を得て、対潜哨戒機としても活動していました。

気象台とは

気象台は気象庁が管轄する組織の名称で、全国各地に地方気象台があります。各気象台では、気象データを収集し、そのデータを基に天気予報を含む気象情報を作成し、それをテレビ局やラジオ局、さらにはネットワーク上で公開しています。

航空機の安全運航のためには、気象情報は極めて重要な情報です。そのため、気象庁は全国９０の空港に、航空気象台や測候所を設けています。航空気象台では一般的な気象情報の他に、監視空域での乱気流や雷の発生予測、視界の長さや雲底の高度、航空機への着氷の可能性などの情報を作成し、航空関係者に提供しています。

また、各航空気象台から集まった気象情報は、気象庁本庁を経由して世界中に発信されています。

気象台の使用用途

気象情報は、航空機の安全運航に関わる非常に重要な情報です。航空気象台を中心に各気象台は、気象情報を航空関係者に提供します。具体的には、気温、湿度、積乱雲やそのほかの雲、乱気流の発生、雨、雪、風の向きと強さ、視界の長さ、雲底の高さなどの情報が含まれます。

これらの気象情報は、空港上空の天候と、航路上の天候を知るのに使われます。

運航計画の立案をする航空会社のディスパーチャーは気象情報を基に、運航計画を立案し、場合によっては運航を取りやめる判断をします。

空港の管制官は、空港周辺の気象情報を確認しながら、航空機の離発着をコントロールします。

航空機の機長は、気象情報に基づいて、航空管制官やディスパーチャーと連携しながら、安全な航路を適時選択して飛行します。

気象レーダーとは

気象レーダー (英: Weather radar) とは、雲の動きや雨や雪の降り方などを観察するためのレーダーです。

地上では気象庁が各地に気象レーダーを設置しているほか、空港にも気象レーダーが設置されています。また、航空機に搭載されているレーダーも気象レーダーとしての機能を有します。

気象レーダーは、空中に向かって電波を発射して雲や雨に反射して帰ってくる電波をアンテナで受け、電波を反射して帰ってくるまでの時間から雲や雨までの距離を計算可能です。帰ってくる電波の強さで雨の強さを導き出します。

発射した電波と受信した電波の位相のずれから、雲や雨が近づいているか遠ざかっているかを観察可能です。この位相のずれをドップラー効果 (英: Doppler effect) と言い、それを利用したレーダーをドップラーレーダーと呼びます。

気象レーダーの使用用途

航空業界では、航空機の安全運航のために気象レーダーを使用可能です。地上にある気象レーダーは半径約120kmの範囲の雲の動きを観察して、航空機の離着陸に危険な雲が近づいていないか警戒します。

特に積乱雲の下では強い下降気流が発生しやすく、滑走路近辺に積乱雲が接近している際には管制官は航空機の離発着を見合わせるなどの処置を講じます。その一方で、航空機に搭載されている気象レーダーは進行方向にある雲を観察可能です。

航空機の前方に積乱雲がある場合には航空機は針路を変更します。雲の中に入って揺れが予想される場合にはパイロットは乗客と乗員に着席とシートベルトの着用を促します。

気象レーダーの原理

レーダーエコー画像は、雨雲の位置や雨量のような分布を表示し、気象現象を推定可能です。気象衛星の可視光や赤外雲の画像のみでは見えない気象現象もエコー画像によって観測できます。エコー画像では降水量を色で分類する場合が多く、強度分布から降雨のパターンを推定可能です。

エコー画像の時間変化によって、気象現象の特徴がわかります。色が着いたエリアを降水域と呼び、降水域の生滅や移動で気象パターンを推定します。

気象レーダーの種類

主に気象レーダーには、マイクロ波レーダー、ミリ波レーダー、ドップラーレーダー、偏波レーダー、雷レーダーの5種類があります。

1. マイクロ波レーダー

雨や雪などの結晶で反射する電磁波を解析し、大気中の雪や雨などの密度や位置を観測します。波長が3〜10cmの電磁波を使用します。

2. ミリ波レーダー

波長が1mm〜10mmほどのミリ波を用いてマイクロ波レーダーと同様に分析します。

3. ドップラーレーダー

電磁波を発射してドップラー効果による周波数の偏移を観測可能です。

4. 偏波レーダー

水平偏波と垂直偏波の2つの電波を放射して、電波の反射率の差によって降水強度を求めます。

5. 雷レーダー

電磁波によって反射した電波を分析するレーダーでは雷も観測可能です。

気象レーダーの選び方

気象レーダーは、観測や推定の要素によって使い分けられます。

1. マイクロ波レーダー

障害物によって影の部分が観測しにくく、山頂などに設置される場合が多いです。小型化や軽量化が進んでおり、気象衛星にも搭載されました。気象衛星では観測範囲が広いため、地上の障害物に影響されにくいです。

2. ミリ波レーダー

波長が短く、小さな物体も観測可能で、霧の粒子や雲粒の観測に向いています。地上に設置するタイプ以外にも気象衛星で利用されています。

3. ドップラーレーダー

風向や風速を把握して細かいスケールで気流や雲の流れや動きを観測します。荒天時の観測に向いていますが、晴天時には雨粒がないため風が観測できません。

4. 偏波レーダー

雨粒の大きさや送信電力の大小などの影響を受けにくいです。そのため定量的に観測できます。

5. 雷レーダー

雷は他の観測を妨害するため、あまり使用しません。雷の観測では雷のみを観測するレーダーを別で設置する場合があります。

気象センサーとは

気象センサーは気象状況を把握するための各種センサーのことです。気象観測の基本６項目は風向、風速、気温、気圧、温度、湿度です。

航空機の安全運航を目的として、空港やその周辺に設置される気象センサーは、フライトが可能かどうかを判断し、フライトが可能な場合、そのフライト計画をどのように立てれば良いかを決めるデータを提供します。

そのために、特に航空機が離発着時に重要となる、横風の強さ、視界の長さ、雲底の高さを知る為のセンサーも使われています。

また、気象影響防御技術WEATHER-Eyeコンソーシアムでは、さらに安全な航空機の離発着を目指して、滑走路雪氷検知技術と被雷危険性予測技術を開発しています。それには、滑走路の雪氷を検知するセンサーと、航空機の被雷の危険性を予測するセンサーの開発を含んでいます。

気象センサーの使用用途

各地の空港や航空気象台は、空港に設置した気象センサーを使って、航空機の運航に必要な気象情報を収集します。集められた気象データは、飛行場実況気象として１時間に１回発表されます。

航空会社のパイロットやフライトプラン作成者、並びに、空港の管制官らは飛行場実況気象を確認しながら、航空機を安全に離着陸させます。

この飛行場実況気象は、定時飛行場実況気象通報式（通称；METAR）という国際的に定められた書式に基づいた気象通報式で公表され、各国のパイロットが理解できるようになっています。

また、気象センサーのデータは、空港周辺の天気の予報にも使われます。この予報は、運航用飛行場予報気象通報式（通称；TAF）と言われる気象通報式で公表されます。