高高度での運航

基礎知識

本レッスンでは高高度での運航に関する要素を紹介します。必要な機器、機能、高高度飛行に伴う独自の危険性や規制などがあります。高高度で飛行する利点は多く（ジェットエンジンの方が効率が良く、天候や乱気流を避けることができるなど）、現代のGA機はこの環境での運航を目指して設計されているため、操縦士は少なくとも基本的な運航手段を身に付けることが重要です。

規則

何人たりとも米国登録の民間航空機を機内与圧高度以上で飛行させてはいけない：

• 14,000’MSL以下12,500’MSL以上の高度においては、必要最小人数の飛行乗務員が要求されない限り、30分超の飛行を行う際には補助酸素を備え使用しなければならない
• 14,000’MSL以上の高度においては、必要最小人数の飛行乗務員が要求されない限り全期間、補助酸素を備え使用しなければならない
• 15,000’MSL以上の高度においては、機体は補助酸素を備えなければならない

何人たりとも与圧された米国登録の民間航空機を以下の高度以上で飛行させてはいけない：

• FL 250高度は、機内与力の損失により降下が必要な場合、航空機の乗員ごとに10分以上の補助酸素供給が使用可能でない限り、飛行してはいけない
  • これは上記の酸素に加えて必要となる
• FL 350高度は、コックピット内のひとりの操縦士が、固定し密封された酸素マスクを装着し、使用可能でない限り、飛行してはいけない
  • マスクは、常に酸素を供給し、又は航空機の機内圧力の高度が14,000’ MSLを超えるときは、自動的に酸素供給を開始しなければならない
    • 例外：コックピットに操縦士が2人いて、かつ各操縦士が5秒以内に片手で顔の上に装着、適切に固定し密閉したうえで酸素供給を開始しする場合においては、FL 410以下で酸素マスクを着用・使用する必要がない
  • 一方の操縦士がコックピットを離れた場合、残りの操縦士は他方が戻るまで、酸素マスクを装着して使用すること

身体的な危険性（航空医学的要因のページ参照）

人間の身体が機能するのは通常海面から約12,000’ MSL程度まで

• 脳の酸素飽和度は正常な機能レベル（最適な機能は96%の飽和状態）
  • 12,000’では、酸素飽和度は約87%で、パフォーマンスに影響を及ぼすレベルに近づく
  • 12,000’以上では、酸素飽和度が下がり、パフォーマンスに影響が及ぶ

低酸素症（酸素欠乏または充分な酸素が無い状態）

• 特に影響を受けやすいため、脳に十分な酸素を供給されるかについての懸念がある
• 低酸素低酸素症（肺が取り扱う酸素自体が不足する）
• 貧血性低酸素（血液は体組織や細胞に十分な酸素を運ぶことができない）
• うっ血性低酸素症（酸素の豊富な血液が組織に流れない）
• 組織毒性低酸素症（「ヒスト」は組織や細胞を、「チキシック」は毒を意味する）

低酸素症の症状

• チアノーゼ（皮膚が青紫色になる）；頭痛、反応時間の低下/判断力の低下；多幸感；視覚障害；眠気/目まい；指や足の指の刺痛としびれ
  • この症状があっても、低酸素症は操縦士に誤った安心感を与える可能性がある

意識の持続

• 合理的かつ人命救助の決定を行い、所定の高度まで到達するために許容される最大時間
  • 高度10,000'を超えると意識の持続可能時間が減り始める

対処法

• 低硬度を飛行し（緊急降下）、補助酸素を使用する
• 長時間の酸素使用は有害になる可能性がある（航空酸素の100%は、長時間使用すると有害な症状を引き起こす可能性がある）
  • 減圧後の純酸素の急な供給は、しばしば低酸素症を悪化させることがある
    • 酸素を少しずつ摂取すれば徐々に血中濃度が増加する
    • 症状が悪化した場合は「酸素が供給されていない」という意味で捉えず、引き続き酸素供給を継続すること（低酸素症がさらに悪化してしまうので）
• 症状：気管支咳、発熱、嘔吐、緊張、不規則な心拍、低エネルギー

窒素

• 窒素が吸い込まれると、ほとんどが二酸化炭素とともに吐き出されるが、一部は体内に吸収される
  • 通常、体内の窒素は液体状態なので問題ない
    • しかし、周囲の圧力が大幅に下がれば（高度によって）、気泡の形でガスに戻る可能性がある
• 体内で発生して膨張するガスについては減圧症として知られる
  • 中に溜まったされたガス：高度変化中の特定の虫歯によって発生したガスの膨張/収縮は、圧力変化が均一化できない場合、腹痛、歯痛、耳と鼻の痛みを引き起こす
  • 発生ガス：圧力が十分に下がると、窒素は泡を形成し、一部の体組織に悪影響を及ぼし得る
    • スキューバダイビングはこの問題を悪化させる

高度による視界不良

• 視力、つまり眼の機能には酸素が必要
• まぶしさによって低下した視力は、身体が低酸素症の影響を受けやすい夜間において、さらに影響を受けてしまう

機内の与圧について

• キャビン与圧とは、キャビンの高度を飛行高度より低く維持するために圧縮された空気のことを指す
  • これにより、酸素補給をフルタイムで使用する必要がなくなる
• キャビンの気圧高度は約8,000’程度に維持され、キャビン高度の急激な変化による不快感または乗客や乗員のけがを防ぐ（低酸素症に対する予防）

どのようにして機能するのか

• キャビン、飛行機及び荷物室は、外気圧（差圧）よりも高い圧力で空気を収容可能な密閉ユニットに組み込まれる
• 差圧
  • 通常psiで表されるキャビンの圧力と気圧の差（飛行高度が上がるほど、差が限界まで大きくなる）
    • 最大差圧は、機体の製造会社やモデルによって異なる。この値が高いほど、高高度を飛行できる
• タービン動力航空機 – エンジン圧縮機セクションからの抽気空気を使用してキャビンを加圧する
• ほとんどの軽飛行機では、ターボ過給機のコンプレッサまたはエンジン駆動の空圧ポンプがキャビンを与圧する
  • 圧縮は空気を加熱するので、キャビンに入る前に熱交換ユニットを通して送られる
• キャビン圧制御システムは、圧力調整、圧力リリーフ及び真空リリーフと、希望のキャビン高度を選択する手段を提供する
  • これを達成するために、キャビン圧調整器、流出弁、安全弁を用いる
• キャビン圧調整器
  • キャビンの与圧を制御 – 最大差圧に達した際、外部の高度が上がるとキャビンの高度も合わせて上がる
    • 圧縮空気の流れは、過剰な圧力を大気中に放出して圧力を一定に保つ流出弁によって調整される
    • 安全弁は、圧力リリーフ弁、真空リリーフ弁、ダンプ弁からなる組み合わせである
      • 圧力リリーフは、キャビンの圧力が所定の差圧を超えないようにする
        • 真空リリーフは、周囲圧力がキャビン圧力を超えた場合に外部空気が入り込むようにすることで、周囲圧力がキャビン圧力を超えないようにする
      • ダンプバルブは、（コックピット内のスイッチにより）キャビンの空気を大気中に放出する

計器類

• キャビン差圧計は、内外圧の差を示す
• キャビン高度計は、飛行機内の高度を示す
  • 差圧計とキャビン高度計を組み合わせて1つの機器にすることができる
• キャビン昇降速度
  • これは、上昇または降下中にキャビン内の高度がどれだけ速く変化しているかを示す

補助酸素システムの種類

継続流入式

• GA飛行機で最も一般的
• 通常、乗客用で、吐き出す際にシステムから酸素を回収する貯蔵袋を備えている
• 吸入中において、貯蔵酸素供給が枯渇した後、周囲の空気が酸素に加えられる
• 吐き出された空気がキャビンに放出される

希釈式

• 使用者がマスクを通して吸い込む場合にのみ酸素を供給する
• 高度に応じて、レギュレータは100%の酸素を供給したり、キャビンの空気と酸素を混合したりすることができる
  • このマスクは密閉シールを備え、最大40,000’まで安全に使用できる

与圧式

• 酸素は、キャビン高度34,000’を超える圧力でマスクに供給される
  • 肺を加圧状態にできるポジティブな圧力酸素を提供する
  • 高度40,000’以上において安全
  • 一部のシステムでは、空気送りの長いホースを消去するために、マスク上にレギュレータが取り付けられることもある

航空従事者用呼吸酸素

• 航空従事者用の酸素は99.5%の純酸素で、1リットル当たり0.005mg以下の水分が含まれる
  • 航空機の呼吸酸素は常に使うことが推奨され、医療用酸素や工業用酸素は安全ではないかもしれない
• 医療用酸素には含まれる水分が多すぎるので、システムの各部で取り込まれされ、凍結する可能性がある
  • 凍結は酸素の流れを減らしたり止めたりする
• 工業用酸素は呼吸用ではなく、不純物（金属の削り屑など）を含む場合がある

手入れ & 高圧の酸素ボンベの保管

• 飛行機に固定ボトルがない場合は、機内で携帯用酸素機器にアクセスできる状態に保つこと
• 酸素は通常1,800～2,200 psiで貯蔵される
  • シリンダを取り巻く周囲温度が下がると、内部の圧力は下がる
    • 温度が原因で表示圧力が低下した場合、供給が枯渇したと考えるべきではない
• 高圧コンテナは、圧力を充填する前にpsi公差でマークする必要がある
• 酸素を使用する際に火災の危険性を認識する
  • 通常大気における耐火性材料は、純酸素で燃焼しやすい
    • 油や脂肪は純粋な酸素に曝されると発火し、酸素システムには取り込めない
  • 酸素器具の使用中は喫煙は禁じられている
  • 各飛行の前に、すべての酸素装置を徹底的に検査し、テストすること
• 機器を調べ、使用可能な供給、運用チェックを行い、すぐに使用できることを確認すること
• 安全性を確保するには、定期的な検査と手入れを行う必要がある

急減圧による問題＆解決策

• 減圧とは、与圧システムが設計された圧力差を維持できないことで発せ宇する
  • これは、与圧システムの誤作動や、機体の構造的な損傷が原因で発生する可能性がある
    • ターボチャージャーが故障すると、飛行機は降下するだけでなく、与圧も失われてしまう

爆発的な急減圧

• 肺が対応するより速いキャビン圧の変化（0.5秒未満）

急速な急減圧

• 肺が対応できる速さのキャビン圧の変化（従って、肺に損傷を与える可能性はない）
• 急速または爆発性減圧の兆候
  • 爆発的な減圧が見込まれる場合、ノイズが発生し、1秒間程度呆然としてしまう可能性がある
  • ほとんどの減圧の間、キャビンは霧や埃、飛び散る破片などで満たされる
    • 霧は、温度や相対湿度の変化が急激に起こる結果である
  • 肺から漏れ出る空気が口と鼻より飛び出す
  • 鼓膜の両側の差動気圧は自動的に調節される
  • 風の吹き付けや極寒温度にさらされる可能性がある
• 減圧の主な危険性は低酸素である
  • 酸素装置の適切な使用がなされないと、すぐに意識が失われる可能性がある
• すべてのタイプの減圧からの回復には、酸素マスクの提供と緊急降下が必要不可欠
  • 最優先事項は安全な高度に達することである
    • ピストンエンジンの冷却衝撃は、急速な高高度降下、シリンダのクラッキングによって生じる可能性があるということに注意
      • 意識を失う前に回復を行うことができる時間は、爆発的な減圧によって通常よりはるかに短くなる

完成基準

高高度での運航に関わる要素を理解し、説明することができます。

成功のポイント

キャビンの与圧とは、機内の空気を圧縮して、実際の飛行高度よりも低いキャビン高度を維持することです。航空機に与圧システムが搭載されている場合は、通常の操作手順と緊急操作手順を把握し、理解する必要があります。

本レッスンの各項目についてレビューすること

1. 酸素の使用に関する規制要件について
2. 高高度運航に伴う身体的な危険性について
3. 与圧航空機の特性及び各種の補助酸素系の特性について
4. 「航空従事者用呼吸酸素」について
5. 高圧酸素ボトルの保管と手入れについて
6. 急減圧に関連する問題について
7. キャビン与圧について

参考資料

• 14 CFR PART 91
• AC 61-107
• FAA-H-8083-3
• POH/AFM
• AIM