目次

飛行の負担が軽減した航法装置(INSやIRS)と自動操縦装置の役割

1.自動操縦装置《オートマチック・フライト・コントロール・システム》
現代の旅客機を特徴づけているコントロールの自動化装置は、AFCS(オートマチック・フライト・コントロール・システム、自動飛行制御装置)と総称されている。
これは自動操縦装置、航法装置(INSやIRS)、自動推力調整装置、計器着陸装置を結合させたシステムだ。

自動操縦装置(APS、オートマチック・パイロット・システム)は、飛行状態を計器類で把握し、機体の姿勢変化に応じてコンピュータで操縦装置を操作し、航法装置(INSやIRS)を結合させて、あらかじめプログラムされたコースを目的地まで自動的に飛行させるシステム

自動推力調整装置(ATS、オート・スロットル・システム)は、自動的にパワー(スラスト)レバーを動かして、エンジンの推力を適切に調節する装置だ。スピード・セレクターでセットした速度(指示対気速度)を保持するよう、推力調節を自動的に行なう、自動着陸の際に電波高度計が約50フィートになると推力を自動的に絞る、さらに飛行状況に応じてコンピュータが計算した最大許容圧力比を保つという機能を備える。

自動着陸もこのシステムを備えることで初めて可能になる。また推力調節が不要だから、パイロットのワークロードも大幅に減少した。自動着陸装置(ALS、オートマチック・ランディング・システム)は、進入から接地の操作までを自動化した装置。

従来から視界が悪くても滑走路への進入は、計器着陸装置(ILS、空港に設置された装置)によって可能だったが、最後の接地操作だけは、パイロットが外部の視界を頼りにマニュアルで行なわねばならなかった。
自動着陸は、計器着陸装置、自動操縦装置、自動推力調整装置、電波高度計などが密接に連動することで、可能になっている。

ICAOでは全天候自動着陸装置の開発を目標に、着陸に五つのカテゴリーを設定している。
・カテゴリーI(CATI)着陸するか否かを決定するデシジョン・ハイト200フィート、滑走路視程2600フィート以上における着陸
・カテゴリーⅡ(CATⅡ)デシジョン・ハイ卜100フィート、滑走路視程1200フィート以上における着陸
・カテゴリーⅢa(CATⅢa)滑走路視程700フィート以上で、着陸最終段階で外界を見ながら着陸する
・カテゴリーⅢb(CATⅢb)滑走路視程150フィート以上で、外部視界に頼ることなく着陸し、外界を見ながら引き続き地上滑走する
・カテゴリーⅢC(CATⅢC)滑走路視程がゼロの状態で、外部視界に頼らず着陸および地上滑走を行う

2.飛行機はなぜ飛ぶのか《揚力と抗力》
『どうしてあんなに重い物が飛べるのか』『鉄の塊が飛べるのはなぜか」「飛行の原理は』
と形は変わっても質問の内容は同じ。特に『鉄の塊』という表現は大人でも使うし、冗談まじりに同じ質問をする大人も少なくない。
なぜ飛行機が飛べるのかを説明する前に訂正をひとつ。飛行機は鉄の塊ではありません

さて空中を飛ぶ飛行機にも、もちろん地球の重力は働く。でも飛行できる、つまり落ちないのは、揚力というものが働いているからだ。どこに働いているかというとそれは主翼だ。主翼に働く上向きの力、それが揚力。

でもその揚力は、前進に対抗する力(これを抗力という)に逆らって機体を推進させ、常に翼に空気流を作り続けなければ発生しない。抗力に逆らって機体を前進させるのは、プロペラやジェット噴射(つまりエンジン)の役目だ。

つまり抗力に逆らって機体を前進させる力と、主翼に働く浮揚する力がバランスされなければ、飛行機は飛べないということになる。逆に言うと、翼とエンジン(プロペラまたはジェット)がなければ飛行機は飛べない。

でもヘリコプタには大きな翼がないじゃないかとお考えだろう。でもヘリではあの回転するロータ一が、翼と推進力の両方を担当しているのだ。翼が空気中を進むと、周囲の空気は翼の上下面に沿って流れることになる。翼の断面は上面のほうが下面よりも膨らみを大きく作ってあるのが普通だ。これは上の翼面を流れる空気の速度を、より大きく加速するためだ。これは翼の迎え角を増すほど大きくなる。

空気の圧力は、流れる速度が速くなるほど小さくなり、遅くなるほど大きくなる。従って翼が受ける圧力は、下面でわずかな正圧、上面では大きな負圧となる。こうして翼全体としては上向きの空気力を受けることになるのだ。

正確には、飛行方向に垂直な方向に働く空気力の成分を揚力という。これに対して飛行方向に平行な空気力の成分を抗力(抵抗)という。抗力は機体の進行に対してマイナス方向に働くから、飛行を続けるためには常にこれに打ち勝って前進する力(推進力)を得ていなければならない。その推進力をエンジンで得るわけだ。

簡単にいえば、機体の重量に等しい揚力を翼で発生させ、重力と上下方向の力のバランスを保つことによって、飛行機が空中を飛行できるわけで、それを継続するためには抗力に打ち勝つ推進力が必要ということになる。これが飛行機が飛べる原理だ。



3.航法士を失業させた装置《INSとIRS》
航空機を出発地から目的地まで、安全にまた効率的に航行させる方法を航法(ナビゲーション)という。かつては航法士という専門の運航乗員がコクピットに乗り込んで、機上で計算を繰り返しながら飛行した。この航法士を失業させたのがINS(イナーシャル・ナビゲーション・システム)だ。「慣性航法装置」と訳されている。

B747ジャンボで初めて実用化した、自動航法装置である。つまり地上の航行援助施設をまったく利用しない航法システムで、これと自動操縦装置とを組み合わせることによって、ジャンボはあらかじめ決められた目的地まで、自動的に飛行することができる

慣性航法の慣性というのは、ニュートンの第一および第二法則に述べられている慣性のことで、その原理を応用した精度の高い航法装置がINSである。機上に加速度計を備えて加速度を測り、これを時間的に積分して速度を求め、もう一度積分して移動した距離を求めるのが原理だ。

INSでは、飛行機の上にジャイロを利用して空間に対して一定の平面を作り、この面に前後、上下、左右の三軸に対する加速度計を積み込んでいる。出発に当たって条件を内蔵のコンピュータに記憶させておくと、加速度の値を自動的に積分しながら、位置(緯度・経度で示す)および速度を飛行中連続して指示することができる。

INSの機構は、専門家でも首をひねるような複雑さだが、操作はいたって簡単だ。出発前にINS操作・指示器のキーボードによって、出発空港、飛行ルートの通過点(ウエイ・ポイント)、目的地の空港の位置を、緯度と経度でコンピュータに記憶させるだけである。

このINSからさらに進んだのが、B767に初めて搭載されたIRS(イナーシャル・リファレンスーシステム、慣性基準装置)だ。
IRSでは、従来の機械式ジャイロに代わって、レーザー光線の特性を利用したレーザー・ジャイロを備えている。レーザー・ジャイロは機械的な作動部分がないため、信頼性と精度が大幅に向上した。

B767ではIRSを3組装備し、それぞれ3台のレーザー・ジャイロと3台の加速度計が、三軸方向にセットされている。3台のレーザー・ジャイロからのデータを組み合わせることで、機体位置、進路、機速、風向、風速などをコンピュータで算出、その情報をFMCS、FADI、EHSIなどに伝達している。

B767以降のIRS搭載ハイテク機では、膨大な情報量のデータベースを誇るFMCを備えているから、パイロットの作業はCDUに出発地と目的地の空港コード、使用ルートを入力するだけで済んでしまう。IRSではINSよりも操作はさらに簡単になっているのである。
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