飛行原理ーエンジン一基停止時

基礎知識

このレッスンでは、双発機における単一エンジン操縦に関する要素を紹介します。追加のエンジンは、より良い性能と速度を得るのに役立ちますが、一方のエンジンが故障すると、単発機におけるエンジン故障とは大きく異なる状況が生じます。故障が発生した場合は、操縦士はそれに係る要素を理解し、飛行機の制御を維持することが必要です。

クリティカルエンジン

• 定義：航空機の性能又は操縦性に最も悪影響を及ぼすエンジンのこと
• 従来の双発機では、両方のプロペラが共に時計回りに回転するので、左側がクリティカルエンジンになる
  • 他の双発機では、対向回転プロペラを持つ（それぞれ時計回りと反時計回りをする左右エンジン）ためクリティカルエンジンの問題を克服した
• 従来の双発機においては、左エンジンが重要である4つの要因が存在する
  • Pファクター、加速プロペラ後流、らせん状プロペラ後流、トルク
    • ゴロ合わせはPAST：P-Factor、Accelerated Slipstream、Spiraling Slipstream、Torque

P - ファクター

• 回転する各プロペラにおいて、下降する側の翼（ブレード）は、上昇側の翼よりも推力が大きい
  • そのため従来の双発機では、推力中心が各エンジンの右側の翼にオフセットされている
• このとき、左側よりも右側のエンジンの方が、推力中心と縦軸の間の距離（アーム）が長い
  • 距離やアームが長いほど、力点も大きくなる
• 右側のエンジンに不具合が発生した場合、Pファクターに関連する力点は、左側のエンジンで発生した場合ほど大きくない
• 左側のエンジンに不具合が発生した場合、Pファクター（右側からの）によるヨーの影響が最大になるため、左側がクリティカルエンジンとなる

加速プロペラ後流

• Pファクターにより、各エンジン右横の翼部分に大きな空気流（より大きな揚力）が発生する
• 左側のエンジンよりも右側のエンジンの方が、上記による揚力と機体中央縦軸間との距離（アーム）が大きい
  • 距離やアームが大きいほど、力点も大きくなる
• 上記により、左側のエンジンに不具合が発生した場合、右エンジンの場合よりも強いローリング動作が生じるため、左側がクリティカルエンジンとなる

捻じれプロペラ後流

• 各プロペラの背後に空気の渦巻き状のスリップストリームが生成される（図参照）
• 左側のエンジンによるスリップストリームが舵左側に当たり、左旋回傾向が生じる
  • 反対に、右側のエンジンによるスリップストリームは航空機に影響を与えない
• 右側のエンジンに不具合が発生した場合、左側のエンジンによるスリップストリームは、不具合エンジンへのヨー傾向に対していくらかのカウンターとなる
• 左側のエンジンに不具合が発生した場合、飛行機は不具合エンジンに向かって無制限にヨー傾向となるので、左側がクリティカルエンジンとなる

トルク

• トルクはニュートンの第3法則、作用反作用に基づいている
• プロペラが時計回りのトルクで回転すると、機体は反時計回りに回転する
  • 右側のエンジンに不具合が発生した場合、機体は右へ旋回をはじめるが、トルクはいくらかの力を相殺する
  • 左側のエンジンに不具合が発生した場合、トルクは左に向かって旋回を促進する
• 左側の不具合は、制御に最も悪影響を及ぼすトルクのため、左側がクリティカルエンジンとなる

VMCデモンストレーション

• VMCは、クリティカルエンジンが突然動作不能となった際、そのエンジンを抱えた状態で機体制御を行うことができ、また5°以下のバンク角による修正で、定速直進飛行を維持できる対気速度（海面校正済）のことである
• Vmcは、すべての条件に対応できるような一定の対気速度ではない
  • これは、航空機の認証中にテストされた、非常に特殊な状況に対しては、一定の速度が存在する
• VMCはさまざまな要因によって異なる

VMCに影響を及ぼす要素

風車状態におけるクリティカルエンジン

• VMCは、動作しない側のエンジンによる抗力が増すと、増加する
  • VMCはそのため、クリティカルエンジン側において、プロペラ角が低ピッチかつ高RPM設定での風車状態の場合に最も増加する

離陸可能最大出力

• VMCは動作中のエンジン出力増加に伴って増加する

密度高度

• VMCは高度上昇または空気密度減少と共に減少する
  • 高密度高度では推力減少するため、Pファクターの影響からヨーが小さくなる

最も不利な重量

• VMCは重量が減るにつれて増加する
  • より重い飛行機は、より安定かつ制御がし易い機体である
  • また、飛行機の重量がゼロサイドスリップの確立と維持を助ける

最も不利な重心

• VMCは、CGが後に移動するに従って増加する
  • ラダーアームのモーメントが減少するため、その効果も減少する
  • プロペラ翼のモーメントアームも増加するため、非対称的な推力差を増加させる

着陸装置の格納

• VMCは、着陸装置が展開されると増加する
  • 展開した着陸装置は、VMCを低下させる傾向のある方向安定性を持つ

離陸位置に設定されたフラップ

• 離陸位置に設定されたフラップはVMCを減少させる
  • 動作中のエンジンに余分な抗力を発生させてしまう
    • これにより、動作していない側のエンジン方向へのヨー傾向が減少する

離陸位置に設定されたカウルフラップ

• カウルフラップの展開はVMCを減少させる
  • 動作中のエンジンにより多くの抗力を発生させる

離陸姿勢にトリムされた機体

• これは、T字型尾翼、低尾翼、エレベータのタイプならびにトリムの設定が異なるため、航空機によって異なる

離陸＆地面効果範囲外

• VMCが増加する
• 地面効果においては、動作中のエンジンに向かってバンクを入れることで、下側の主翼に、より多くの揚力が発生するため、動作をしていない側のエンジンに向かってのローリング傾向が増す

最大5°のバンク角

• VMCはバンク角に対して非常に敏感である
  • 非現実的な低速状態を防ぐために、動作中のエンジンへのバンクは制限される
    • バンクにより揚力の水平成分は、非対称的な状態にある推力に対抗するためのラダーを補助する
    • 推奨されるバンク角度は機体の製造メーカー毎に設定され、VMCを下げる
    • VMCはバンクの増加と共に著しく減少し、またバンクの減少と共に著しく増加する
• テストにおいては、VMCはバンクかく5度以下において、1度ごとに3ノット増加する可能性がある

VMC＆制御不能

• 動作中のエンジンから延びるスラストのアームによるモーメントが、ラダーのモーメントを超えると制御が失われる
  • ラダーは制御を維持できず、機体は停止したエンジンの方向へ旋回する
• 制御不能状態の判別は、動作中エンジンほ方向へラダーをすべて踏み込み、かつ機体がそれでも動作中エンジンに向かってヨーを続ける状況で認められる
  • 視覚的な参照点または機首方位計で確認することができる
• 正確なVMC速度を得るには、適切なピッチとバンクの姿勢を維持する必要がある
  • ゼロサイドスリップの条件がない場合、VMCは増加し、方向制御が早く失われる可能性がある

回復操作

• 制御不能なヨーの瞬間、または失速に関連する症状が認識され、回復する
• ピッチ姿勢が小さくなるにつれ、動作中のエンジン出力を小さく絞る必要がある
  • スロットルを絞ると、ヨーイングの問題が解決する傾向がある（スラストモーメントの減少による）
  • ピッチを下げると対気速度が上がり、ラダーがより効果的になる
  • 出力を下げることで、ラダーが克服しなければならないヨーの量を減らし、機首を下げることで、ラダーが生み出す力の量を増やす
• VYSEにおける水平直進飛行姿勢への回復は、動作中のエンジンスロットルが再入力された状態で行われる
• 完了したら、ふたつのスロットルレバーを元の状態に戻す（鋏のふたつの柄が閉じるように）

VMC＆失速速度

• VMCは高度に応じて減少するが、失速速度は変わらない
  • 失速速度とVMC間のバッファは高度に従って減少する
• VMCとVSが同じ高度である際、その高度を超えると失速後にVMCが発生する
  • VMC=VS（およびそれ以上）の高度は非常に危険である。飛行機は失速し、操縦士は方向制御ができない

離陸中または直後におけるエンジン故障

• 離陸や着陸復行の間は、エンジンが機能停止する恐れのある最もクリティカル時間である
  • 飛行機は低速で、地面に近づいており、フラップやギアが展開されている可能性もある
    • そして高度と時間は最小限の状態
• エンジンの完全な機能停止障害は、次の3つのシナリオパターンに要約できる

着陸装置展開状態（依然脚が出ていれば、滑走路は残っており着陸すること）

• 着陸装置の格納を選択する前に不具合が発生した場合は、両スロットルを閉じて残滑走路に着地すること

着陸装置格納状態、単発エンジンによる不十分な上昇

• 正面にいかなるものがある場合にもかかわらず、着陸は絶対に完遂されなければならない
• VYSEでの降下は、接地までの時間を延ばすことが可能である

着陸装置格納状態、単発エンジンによる十分な上昇

• 飛行を継続するための手順に従うべきである
  • 制御
  • 構成 – フルパワー、着陸装置格納、フラップ格納、識別、検証、修正、フェザー
  • 上昇
  • チェックリスト（時間がある場合）
• 滑走中にエンジンが失われた場合は、出力ををアイドルに抑え、方向制御を維持する
• ロテーション後にエンジンが失われ、着陸装置が展開した状態の場合は、制御を維持し、前方向に着陸する
• ロテーション後にエンジンが失われ、着陸装置が格納状態の場合は、制御を維持し、着陸操作に戻れるように再設定を行うこと

完成の基準

操縦士は単発機と多発機の違い(エンジン故障・クリティカルエンジン・Vmc)を理解します。

成功のポイント

以下についてレビューすること

1. 「クリティカル·エンジン」の意味について
2. VMCに影響を及ぼす密度高度について
3. 制御に影響を及ぼす飛行機の重量と重心について
4. VMCに影響を及ぼすバンク角について
5. VMCと失速速度の関係について
6. 方向制御が失われる理由について
7. 方向制御が失われる兆候について
8. 適切なピッチとバンクの姿勢を維持することの重要性と、均衡のとれた適切な調整について
9. 方向制御の回復手順について
10. 計画、決定および単一エンジンの操作を含む、離陸中のエンジン故障について