航空機の計器と航行機器

基礎知識

このレッスンは、航空計器類の操作方法および内部構造について説明します。機体搭載機器やナビゲーション機器の部品や操作方法、それに関連するエラーを学ぶことは、運航中に適切な使用を行うために必要です。最終的な目標は訓練生がそれら計器類に精通し、運用できるようになることです。

飛行計器

Pitot-Static System（静圧配管系：Altimeter, VSI, ASI）

• 動作概要
  • 飛行に使用する計器類は周囲の大気圧の正確なサンプリングに依存する
    • これは、飛行中にある航空機の高度と速度を決定するのに使用する
  • Static Pressure（静圧：静止空気圧のこと）は、気流が乱されない位置に取り付けられたフラッシュポートで測定される
    • 気流として流れておらず、機体表面垂直となる位置で大気圧が測定される
  • Pitot Pressure（ピトー圧力：衝撃空気圧のこと）は、相対風がチューブ内を通過し測定される
    • このラム空気圧を計測することで速度がわかる
    • Pitot Tube（ピトー管）はASI（Air Speed Indicator：対気速度計）のみに、Static Port（静圧孔）は3つの計器全てに接続されている

気圧高度計（Altimeter）

Vertical Speed Indicator（VSI：昇降計）

• 一定の圧力レベルからのずれを示す圧力率変化を測定する計器
• 動作原理
  • 計器ケース内にはアネロイドがある
  • 計器ケース内とアネロイドは共に静圧配管系に接続されている
    • ケース内部の圧力は、アネロイド内部よりも遅く変化するように、較正用の開口部を通して排出される
      • 航空機が上昇するにつれ、静圧は低くなる（下降は逆）
      • それによりケース内の圧力がアネロイドを圧縮し、文字盤表面のポインタ（針）は上昇を示す
    • 航空機が水平になると、圧力は変わらなくなる
      • その場合ケース内の圧力はアネロイド内の圧力と同じになる（ポインタは動かない）

Air Speed Indicator（ASI：対気速度計）

• 航空機を取り巻く大気の動圧を測定する差圧計
  • Dynamic Pressure (動圧)：周囲の静圧と航空機が空中を通過する際に生じる圧力の合計、またはラム圧力との差
• 動作原理
  • ピトー管から圧力を受ける薄い波形の蛍光ブロンズアネロイドまたはダイヤフラムで構成される
  • 計器は気密処理され、静圧ポートに接続されている
    • ピトー圧の増加/静圧の減少に伴いダイヤフラムは膨張する（その逆も同様）
      • 揺動軸及びギアが連動し、エアスピードを示す計器表面の針が動く

Gyroscopic System（ジャイロシステム）

仕組みについて

• ジャイロスコープにおける2つの特性：剛性と歳差
  • Rigidity (剛性)： 地球の回転と同じように、その空間に対して一定の姿勢を維持する特性
  • Precession (歳差)： その点から回転方向に90°の力を起こす特性
    • 計器はジャイロ（円周上に沿って重りのついた車輪）を中心に構成される
      • ジャイロは高速で回転すると、空間に対して固定し、回転軸以外の方向に傾けたりする外からの力に抵抗するようになる
• 姿勢指示気·飛行方位計は剛性の原則に基づいて動作する
  • ジャイロはケース内で剛性を示し、航空機はそのジャイロを軸を回転する
• レートインジケータ（旋回釣合計/旋回傾斜計）は歳差の原理に基づいて動作する
  • ジャイロの歳差運動または反転は、航空機のひとつまたは複数軸を中心とした回転速度に比例する

動力源

• Electrical Systems（電気システム）
• Pneumatic Systems（ニューマテックシステム、空気圧）
  • ジャイロのホイール外周に刻まれたくぼみに、外から取り込まれた空気が衝突によって駆動される
  • Venturi Tube System (ベンチュリ管システム)
  • 航空機の外側に取り付けられたベンチュリ管を通って空気が流れる
    • 管のくびれ部（低圧）が、器具に接続される
      • これにより、吸引が作り出される
  • Wet-type Vacuum System (ウェットタイプベンチュリ管システム)
  • 鉄製のエアポンプは計器ケースの排気に使用される
  • ポンプ内の弁は空気を抜いた油で満たされ潤滑される
    • 余剰空気はは、膨脹型の対着氷装置に使用できる
  • Dry-Air Pump System (ドライエアポンプシステム)
  • 高度が高いと、空気の密度が低いため、装置に必要な空気が多くなる
    • そこで高高度飛行時に油と排出された空気を混ぜない仕組みの、エアポンプが使用される
  • ベーンは潤滑を必要としない特殊な炭素製剤で作られている
  • Pressure System (圧力システム)
  • 2つのドライエアポンプがフィルタと共に使用され、ポンプ内のカーボン弁に損傷を与える可能性のある異物をフィルタリングします
  • ポンプからの排出空気をレギュレータに通すことで、余剰空気を取り除き、システム内の圧力を設定レベルに維持する
  • 次に、調整された空気はインラインフィルタを通って流れ、ポンプにより内部に含まれる異物を除去され、そこからマニホールドチェックバルブに流れ込む
  • エンジンが作動しなくなった場合、またはポンプが故障した場合は、チェックバルブが作動しないシステムを切り離し、計器類は他のシステムから供給される空気で駆動する
  • 空気は機器を通り抜け、ジャイロを駆動した後は、ケースから外に排出される
  • ジャイロ圧力計は、全計器類の圧力低下を測定する

Attitude Indicator（AI：姿勢指示器）

• 動作原理
  • 機構は、垂直の回転軸を持つ小型真鍮ホイールである
    • ホイール外周に切り込んだくぼみに空気が衝突するか、電動機による動力で回転する
  • 航空機のピッチおよびロールの動きを示すダブルジンバルに取り付ける
    • このタイプのマウントは、2つのジンバル軸がジャイロ軸と直角に交わることにより、航空機のピッチおよびロールを自在に計器表示できる
  • 水平円板がジンバルに固定され、ジャイロと同じ動きを示す
    • 飛行機のピッチおよびロールはこの水平円板の上下により表示される
  • 計器のガラスパネル直ぐ後ろに小型の航空機（を模した橙色のT字）が取り付けられ、地平線/水平線に対して飛んでいるように見える
    • この航空機（を模した橙色のT字）の計器内表示位置は計器一番手前のツマミにより上下調節ができる
  • この計器が適切に動作するためには、航空機のピッチ/ロールの操作に対して、内部のジャイロが常に垂直に維持される必要がある
    • ベアリングによりジャイロの軸受け周りの摩擦は最小だが、それでも歳差運動は僅かに発生する
      • この傾きを最小限に抑えるため、直立維持装置が傾きが発生するたびに力を加えて直立位置に戻す
• エラー
  • ほとんどのエラーは発生しない、しかし…
    • 急加速時に若干の機首上げ（ピッチアップ）の兆候が見られる場合があり、その逆も然り
    • また180°旋回後も、バンク角とピッチ角に小さな誤差が見られる場合がある

Heading Indicator（HI：飛行方位計）

• ジャイロは、そのスピン軸が水平になるように２つのジンバル軸に取り付けられる
  • 飛行機の垂直軸（ヨー）を中心に回転を感知する
• 磁気コンパスを参考に、かならず適切な方位に設定する必要がある
  • 剛性により、その方位は維持される
• 空気駆動：空気がケース内に流れ込み、ホイール外周に刻まれたくぼみへ衝突することによって駆動される
  • 磁気コンパスの表示と合うように、15分ごとに計器をチェックする必要がある

Horizontal Situation Indicator（HSI：水平姿勢指示器）

• MC（Magnetic Compass）とNAV信号及びグライドスロープ表示を組み合わせた方向指示器
  • フラックスバルブ（磁力線の方向を感知し、電気信号に変換する機械）の出力を使用して、コンパスカードとして機能するダイヤル表示板を駆動する
  • これらすべてにより、選択したコースと機体の位置関係が表示される

Radio Magnetic Indicator（RMI：ラジオ磁気指示器）

• 典型的なシステムはHSI、スレーブ制御（HSIの方位指示板がコンパスに追従する）、補助ユニットから成る
  • スレーブ制御及び補助ユニット
    • ボタンは、スレーブモードまたはフリージャイロモードを選択できる
    • また、スレーブメーターと2つの手動方位ドライブボタンがある
      • スレーブメーターは、表示された方位と磁気方位の差を示す
      • フリージャイロモードでは、目盛表示板は方位ドライブボタンで適切に調整される
  • 磁気スレーブ送信機
    • 干渉を取り除くため、独立したユニットを（通常は翼端に）離して取り付けられる
    • システムの方向感知デバイスであるフラックスバルブを含む
      • HIに中継された信号は、送信機信号と合わさるまで、ジャイロを歳差動作させるトルクモータを駆動させる

Turn Indicators（旋回表示器）

• 歳差運動の原理に基づいて動作する
  • Turn and Slip Indicator (旋回および滑り計)
  • 単一のジンバルに取り付けられた小型ジャイロ
    • ジャイロの回転軸は横軸に平行；ジンバル軸は縦軸に平行
  • ヨーイング（機体垂直軸を中心に回転）は、機体水平面に力を発生させる
    • その歳差運動により、ジャイロとジンバルがジンバル軸の周りを回転する
  • Inclinometer (傾斜計)
  • 黒いガラス球が、曲がったガラス管（一部液体により満たされている）内部に封入されている
  • 直線かつ水平飛行の場合、ボールには作用する慣性はなく、管中央から動かない
  • 機体旋回時にバンク角が急すぎると、重力がその慣性を超え、ボールは旋回方向へ回転する
  • 反対にバンクが浅過ぎると慣性の方が重力を超え、ボールが旋回方向と逆の外側へ回転する
  • この計器が唯一表示する情報は、バンク角とヨーのレートの関係性である
  • Turn Coordinator (旋回計)
  • 旋回および滑り計の様に、ジンバルフレームが飛行機の縦軸から約30°上方に傾いて取り付けられている
    • これにより、ヨーとロールの両方を感知することができる（ただしヨーについては、旋回および滑り計のように感知できない）
  • 旋回計とセットで取り付けられた傾斜計の仕組みは同様
    • コーディネーションボールと呼ばれるガラス玉がバンク角とヨーのレートの関係性を以下のように示す
      • Skidding (横滑り)：ボールが旋回方向と逆の外側へ回転する場合
      • Slipping (内滑り)：ボールが旋回方向と同じ内側へ回転する場合

Magnetic Compass（方位磁針）

• 動作
  • 2つの小さな磁石が取り付けれた金属フロートが、透明なコンパス液で満たされたボウル内に密閉されている
  • 方位が記載されたカードはそのフロート外周に巻き付けられ、容器の外側からラバーラインで見ることができる
    • ラバーライン：方位磁針または方位計で使用される参照線のこと
      • フロート/カードは、その中央にバネと共に鉄製のピボットを持ち、硬いガラス容器の中に取り付けられている
      • 浮きの浮力は、ピボットの重みのほとんどを取り除く
      • このガラス容器とピボットタイプの取り付けにより、フロートは約18°まで傾くことができる
      • 磁石は地球の磁場に沿って動くので、ラバーラインの表記は実際とは反対向きにされており、操縦士はそれを後ろから見ることになる
        • 例えば、北に向かって飛行中の機体に搭載された磁石を真上から見たとき、磁石自体の南北が縦の線で並んだとする
        • その際、その磁石を進行方向に向かって真後ろから（操縦士が計器を見る方向から）見ると磁石上の南側が目に入る形になる
        • ラバーラインはその南側に”北”の表示を施しており、そのため機体が反時計回り北から南へ右旋回する際は、その表記が時計回りに動いていく
• エラー
  • Variation (偏差)
    • 磁気的および地理的な北極の位置の違いによって生じる
      • 磁北極は北極点と同位置に存在しない
        • これが真方位と磁方位の違いに繋がる
    • 等偏差線：航空図上の、同じ磁気偏差を持つ点を結んだ線のこと
    • 無偏差線：地球表面を縦に横切る不規則な架空の線で、磁極と地理極が同一線上に並び、磁気偏差が存在しない
  • Deviation (誤差)
    • 航空機に搭載された電気により駆動する機器類による局所磁場によって引き起こされるコンパスの誤差のことで；それぞれの方位によって異なる
      • コンパス内の磁石はいずれかの磁場に合わさる
        • 電流による局所地場が地球の磁場と競合することで発生する
      • この誤差は方位によって異なり、コンパス補正カードに表示されている
      • コンパスコースを見つけるには
        • 真方位（True Course） ± 偏差（Variation） = 磁気方位（Magnetic Course） ± 誤差（Deviation） = コンパスコース（Compass Course）
  • ヒント：East is Least, West is Best
  • *ゴロ合わせで、意味としては上記式に対して東方面は引き算、西方面は足し算という覚え方のヒントである
    • 真方位から偏差の値を差し引き、真方位に偏差を足し加える
• Dip Error (傾斜エラー)
  • 何が起こっているのか（右図参照）
    • 磁束線は磁北極から、磁南極へ入ると考えられている
      • この両極では、それらの線は地表に対して垂直になる
      • そうなると赤道上では、それらの線は地表に対して平行になる
    • 磁石はこれらの磁場に沿うため、フロート/カードは磁場及び両極の近くで傾いたりする
      • フロートは小さな対傾斜用の錘でバランスがとれているので、相対的な水平を保とうとする
• 北寄りに回転するエラー
  • 地球磁場の垂直成分に引っ張られることによって発生する
  • 例えば北の方位に沿って飛行中、東の方位へ旋回を行うと次のような流れが発生する
    • 機体が右に傾き、コンパスカードもそれに伴い右に傾く
    • すると、先の垂直成分がコンパスの北端側を右に引き寄せる
      • フロートが回転し、ラバーラインが西を表示するように左に回転する（実際の方位と逆）
  • 西の方位へ旋回する時も同様で、フロートは東を表示するように右回転する
  • ヒント２：北の方位から旋回を開始すると、コンパスの表示はタイムラグが発生して遅れる
  • また南の方位に沿って飛行中、東の方位へ旋回を行うと次のような流れが発生する
    • 先の垂直成分がコンパスの一端を引き寄せ、フロートのラバーラインが東を表示するように右に回転する（実際の方位と同じ）
  • 西の方位へ旋回する時も同様で、フロートは西を表示するように左回転する
  • ヒント３：北の方位から旋回を開始すると、コンパスの表示は実際の方位より先んじる
  • ヒント４：UNOS -　Undershoot North, Overshoot South
    • *これは上記の説明を簡潔に覚えるための語呂合わせである
    • コンパスは北方位からの旋回は遅く、南方位からの旋回は早く表示される

• Acceleration Error (加速度誤差)
  • 傾斜用の錘は、フロート端にある北表記（磁石の物理的な位置においては南）を反対のもう一端より重くしている
  • もし航空機が東の方位に加速すると、重みの慣性がフロート端を後ろに保つため、その表記はは北に向かって左回転する
  • もし航空機が東の方向に減速すると、慣性が重みを前に動かすため、フロート表記は南に回転する
  • また、西の方位に加速すると同様の現象が発生する
    • ヒント５：ANDS - ANDS – Accelerate North, Decelerate South
    • ＊これは上記の説明を簡潔に覚えるための語呂合わせである
    • 東に向かって加速するとコンパスは北へ、西に加速すると南へ回転する

• Oscillation Error (振動誤差)
  • 振動は、他のすべてのエラーの組み合わせである
    • その結果、飛行中コンパスカードはその機種方位に向かって前後に揺れ動いてしまう
  • 方位磁針を用いて方位計を設定する場合は、だいたいの平均をすること

ナビゲーション装置

VOR（Very High Frequency Omni-Directional Range：超短波全方向式無線標識施設）

• 三種類のVOR
  • VOR - VOR単独で、機体とステーションを結んだ相対的な磁方位情報を提供する
  • VOR/DME - DME（Distance Measuring Equipment：距離測定装置）がVORと共に接地されている
  • VORTAC - 軍用戦術誘導機器(TACtical Air Navigation：TACAN)がVORと共に設置されている
    • DME機能は常にVORTACに含まれる
• そもそもVORとは何か？
  • オムニ（Omni）は“全て”を意味する
  • 全方位は、局から全方向に直線状（または放射状の線）の電波を発信するVHF無線送信地上局である
    • 上から見ると、ちょうど車輪のハブから伸びるスポークのように見える
    • この電波が発信距離は、送信機の出力に依存する
  • 放射状に発信された電波（ラジアル）は、磁北極を基準に参照される
    • そのラジアルとはVORの局から外へ発信される電波の、任意の磁方位と定義される
  • ラジアルによる飛行コースの位置合わせへの精度は極めて優秀である（誤差+/- 1°以内）
  • VOR地上局は電波を108.0〜117.95MHzのVHF周波数帯で送信する
    • 装置はVHFであるため、信号は有効レンジによる制限を受ける
      • したがって、受信範囲の高度に比例して装置の有効レンジが変化する
  • VORは、通常の有効レンジに加えて、運航上の規則に従い３クラスに分類される：
    • Terminal（ターミナル）；Low（低高度）；High（高所）

• VORチェック
  • VOR受信機が精確に維持されていると最も保証するものは、定期的な検査と校正である
    • VFR飛行に対しては規制は無い、あくまでIFR飛行に使用する場合のみ
    • チェック項目（右図の補足に記載）
      • 1）FAA VOR試験施設(VOR Test Facility：VOT)
      • 2）認定された飛行チェックポイント
      • 3）空港の地表面にある認定された地上チェックポイント
      • 4）デュアルVORチェック
    • 受信したVORラジアルが、ステーションが送信するラジアルと許容値内で一致していることを確認する
    • IFRの許容値は、地上チェックの場合は+/- 4°、空中チェックの場合は+/- 6°

VORの使用

• 識別
  • VOR局は、モールスコードによるIDか、局名とVORを示す音声で識別できる
    • VORが使用不能の場合、モールスコードは削除され、送信されない
      • その場合ナビゲーション航法には使用しないこと
    • VOR受信機には、信号強度が不十分な場合を示すアラームフラグが取り付けられている
      • 信号の有効レンジ平面に対して機体の位置が遠すぎるか、又は低すぎるかで圏外の場合に作動

VOR無線航法に必要な2つの要素

• （１）地上送信機と（２）受信機
  • 送信機は地上の特定の位置にあり、指定された周波数で電波を送信する
  • 受信機は航空機側の、チューニング装置とVOR装置を兼ね備えた機器

ナビゲーション装置は、次のもので構成される:

• コースセレクタと呼ばれるOBS(Omnibearing Selector)ツマミ
• CDI(Course Deviation Indicator)針
• TO/FROMインジケータ
  • コースセレクタは方位角ダイヤル（OBS）で、局に対して機体の位置が磁方位に基づくラジアルを選択したり、特定できる
    • また、同様に機体の位置が局に対してTOまたはFROMのどちらなのかを特定することができる
      • OBSを回して調節すると、CDIは飛行機に対してラジアルの方向を示して移動する
      • 中央の同一線上に揃う場合、CDIはラジアル(磁方位で局からFROM)/そのレシプロカル（反方位針路、磁方位で局に至るTO)を表示する
      • CDIは、飛行機が選択したラジアルから離れている場合は、右または左に移動する

TO/FROM

• 針を中心にして、局に対する機体の位置がFROMまたはTOどちらのコースにあるのか示す
  • もしフラグにTOと表示されている場合は、コースセレクタ上のコースに沿って必ず局に向かって飛んでいる
  • もしFROMが表示され、そのコース上を飛び続けると、飛行機は局から離れていく

VORのヒント

• モールスコードまたは音声IDにより、局を積極的に識別すること
• VOR信号には有効範囲があること
• TO表示で局へ誘導をする場合は、局に向かうラジアルを確認して使用すること（修正には計器上のラジアルで調節するのではなく、機体操作でドリフトを修正）
• 局に近づく“TO”の飛行である場合は、選択した飛行コースを常にTO表示にして飛行すること
• 局から離れる“FROM”の飛行である場合は、選択した飛行コースは常にFROM表示にして飛行すること

DME（Distance Measuring Equipment：測定距離装置）

• 機能
  • VORと共に使用する場合、DMEは方位と距離TO/FROMを含む位置を特定できる
  • 地上DME通信機からの距離を特定するために使用される
  • この情報を用いて、局から一定の距離の特定や、トラッキング飛行を行うことができる
    • 例:VOR/DMEアークアプローチでの飛行
• 動作原理
  • 航空機のDMEは、地上のDME受信アンテナに向けてRFパルスを送信する
  • その信号は、地上受信機を作動させ、その機器が送信元の航空機に応答信号を返す
  • 航空機のDMEは、送信された信号と応答信号の間の経過時間を測定する
    • その時間測定値が、局からから航空機の距離NMに変換される
  • 一部の受信機では、局までの位置変更率をモニターすることで地上速度を表示できるものある
  • DMEは、962 MHz ～ 1213 MHzのUHF周波数で動作する
• 構成
• 地上機器:
  • VOR/DME、VORTAC、ILS/DME、およびLOC/DMEは、DMEコースと距離情報を提供する
• 空中機器:
  • アンテナと受信機
• 操縦士による操作:
  • チャネル(周波数)セレクタ：切なチャネル/周波数を選択する
  • オン/オフ/ボリューム：DMEの音声識別に使用できる(モールスコードは30秒に1回再生される)
  • モードスイッチ：距離、グラウンド速度、およびステーションまでの時間のサイクル
  • 高度：傾斜範囲エラーに対して修正をかける
• エラー
  • DME信号は局と航空機の間に障害物のない直線（ラインオブサイト）である
  • 傾斜範囲距離
    • 表示される距離は、飛行中の航空機から地上施設までの直線距離である
      • 局から航空機直下の地面を結んだ地上距離とは異なる、これが表示誤差になる
        • そのためその誤差は、高度が低く、傾斜範囲距離が長い場合は最小となる
        • 反対に機体が地上施設の直上にある場合、その距離は高度の近似値となるため誤差最大となる
        • 局から1マイル以上離れている場合、施設地表面からの高さ1,000フィートごとに無視できる

ILS（Instrument Landing System ：計器着陸装置）

• 特定の滑走路に対して水平及び垂直の両方向の誘導を行い、精密計器進入の手順に用いられる
• 地上の構成要素
  • Localizer (ローカライザー)：滑走路の中心線に沿って水平方向の誘導を行う
    • この装置はILSの機能のうち、滑走路中心線に対して機体の左右位置情報の誘導を担当する
      • 設置場所は延長された中心線上
      • 電子フィールドによるパターンを放射し、コース中心線をMM/OMに向けて展開します
        • また、滑走路中心線に沿って、反対方向に同様のコースを展開する
          • これらはそれぞれフロントコースおよびバックコースと呼ばれる
    • 周波数108.1 ～ 111.95 MHz(1/10刻みの奇数のみ)の範囲を用いてコースガイダンスを提供する
      • このガイダンスの有効範囲は、アンテナから距離18 nm、高度4,500フィートまで
    • ローカライザーコースはの幅は非常に狭く、その全幅は通常5°の範囲内
      • 例えば、中心線のいずれかの側に2.5°ずれたコースを飛行する場合、計器のCDI針はフルスケール（いずれかの側に振り切れて）表示される
      • そのため飛行機は1/4スケール以下で、滑走路に位置を合わせること
  • Glide Slope (グライドスロープ)：滑走路タッチダウンポイント（接地帯）に向けて通常傾斜角3度による垂直位置情報の誘導を行う
    • 計器進入する滑走路の端から約30度の角度で無線ビームを上方に投射し、飛行機に対して最終進入のための垂直誘導を行うILSの機能の一つ
    • 装置は、滑走路の進入端から中心線を延長した距離で約750～1250フィート、さらにそこから片側に400～600フィートずれた位置に接地されている
    • 投影されるコースは、基本的にローカライザーと同様のもの
      • 投影角度は通常、水平方向から2.5 ～ 3.5度上方
        • これは滑走路から約1,400フィートの高度でMMM/OMと交差している
        • フロントコースの最終進入方向にのみ信号を発信している
        • 通常は上下幅1.4度の厚みがあるグライドパスである(例えば距離10 nmにおける厚さは1,500’に相当し、接地帯においては数フィートまで狭くなる)
• Marker Beacons (マーカー・ビーコン)
  • アプローチパスに沿って範囲情報を提供する
  • 低出力の送信機で、小さな扇状の信号パターンを上方向に発信、空港に着陸する際に飛行経路に沿って使用されるマーカービーコンは、航空機がその直上通過時、音とライト点滅の両方を機内計器上に表示する
  • 2つのVHFマーカービーコン、アウター（Outer）とミドル（Middle）は通常ILSシステムで使用される
    • 3つ目のビーコン、インナー（Inner）は、カテゴリーIIの運航が認定されている場合に使用される
  • OM (Outer Marker：アウターマーカー)
    • 空港から4～7マイル離れたローカライザーのフロントコース上に位置する
    • 機体がローカライザーに沿って、かつ適切な高度で進入する際、グライドパスと交差する場所を示す
  • MM (Middle Marker：ミドルマーカー)
    • ローカライザーのフロントコースコースの中心線上で、着陸帯から約3,500’離れた場所に位置する
    • グライドスロープの中心は着陸帯から約200フィート上の高度に位置する
  • IM（Inner Marker：インナーマーカー)
    • MMと着陸帯の間、フロントコース上に位置する
    • カテゴリーIIの計器進入における決断高度（Decision Height：DH）を示す
  • Compass Locator (コンパスロケーター)
    • ADF受信機で受信および表示される低出力NDBのこと
      • ILSのフロントコースと併せて使用する場合、コンパスロケータは、OMまたはMMと併設される

• Approach Lights (進入灯)
  • 計器飛行から有視界飛行への移行を支援する
  • 計器進入の視覚的な段階
    • 着陸は滑走路タッチダウンゾーンマーカーを参照しつつ続行
    • ALS（Approach Lighting Systems）の視覚的な識別は瞬時に行われなければならないため、操縦士は事前にどのようなタイプのシステムなのか把握していることが重要
      • 種類：ALSF、SSERR、MALSR、REL、MALSF、ODACLS、VASIなど
• 空中の構成要素
  • 次の受信機を含む：
    • Localizer (ローカライザー)
      • 典型的なVOR受信機はローカライザーの受信機でもあり、同様に機能する
    • Glide Slope (グライドスロープ)
      • グライドスロープは,ローカライザーがチューニングされると,自動的に適切な周波数にチューニングされる
      • 各ローカライザーの周波数は、対応するグライドスロープ周波数と組み合わされて使用される
    • Marker Beacons (マーカービーコン)
      • OM (Outer Marker：アウターマーカー)
        • 低音による発信音
        • 毎秒2回、長点（Dash）が連続発信される
        • 紫/青のマーカービーコンライト
      • MM (Middle Marker：ミドルマーカー)
        • 中音による発信音
        • 毎分95回、短点（Dot）/長点（Dash）の組み合わせが連続発信される
        • 橙色のマーカービーコンライト
      • IM（Inner Marker：インナーマーカー)
        • 高音による発信音
        • 毎秒6回、短点（Dot）が連続発信される
        • 白色のマーカービーコンライト
      • BCM (Back Course Marker：バックコースマーカー)
        • 高音による発信音
        • 毎分72～75回、2つの短点（Dot）の組み合わせが連続発信される
        • 白色のマーカービーコンライト
      • 感度：高または低として選択できる
        • [低]は位置を最も正確に示し、アプローチでされる
    • ADF (Automatic Direction Finder)
    • DME
      • そしてそれぞれの表示計器
  • その他の構成要素(特定のものではないが、安全とユーティリティのために組み込むこともできる)
    • Compass Locator (コンパスロケータ)：エンルートのNAVAIDSからILSシステムへの移行
      • ホールディング、ローカライザーコースの追跡、マーカービーコンそしてADFアプローチにおけるFAFの特定を支援する
    • DMEはグライドスロープの送信機と併設される：機体位置から接地帯までの地上距離を提供する
• 3種類のILSカテゴリー
  • CAT I (カテゴリー I)：タッチダウンより200フィート以上の高度へアプローチを提供
  • CAT II (カテゴリーII)：タッチダウンより100フィート以上の高度へアプローチを提供
  • CAT III (カテゴリーIII)：決断高度（DH）を持たないアプローチに対して、最低高度を提供
    • II及びIIIは、操縦士及び地上/航空機搭載機器に対して特別認定が必要となる

• エラー
  • 反射：高度5,000フィート未満の地上車両/航空機が信号を反射により妨害してしまうおそれがある
  • 誤ったコース：地上施設は本質的には急な垂直角度による追加コースを作成している
    • そのためチャートに表示されている高度きっかりでアプローチすると、コースが見当たらないということもある

ADF（Automatic Direction Finder：自動方向探知機）

• NDBは、全方向に無線電波を発信する地上ベースの無線送信機である
• ADFをNDBと共に使用すると、航空機から局に対する方位が特定できる
• ADF針がNDB地上局を指し、相対方位を決定する
  • 相対方位：航空機の方向及び相対方位の間を時計回りに計測される
    • 磁気方位（Magnetic Heading）+相対方位（Relative Bearing）=磁気方位（Magnetic Bearing）
      • *上記の英語部分を言葉遊び的な語呂合わせに変換すると泥穴+ゴム靴=泥靴（Muddy Hole + Rubber Boots = Muddy Boots）
• Magnetic Heading (磁方位)：航空機が磁北極を指す方向
• Magnetic Bearing (磁相対方位)：磁気北を基点に測定した局へ/からの方向

NDB（Non Directional radio Beacon：無指向性無線標識）の構成要素

• 周波数190〜535KHzを使用する地上装置、NDB
• 航空機はNDBの動作範囲内になければならない
  • 局の出力次第

ADF（Automatic Direction Finder：自動方向探知機構成要素）

• 航空機側の装置には2本のアンテナ、受信機、そして表示計器が含まれる
• アンテナ
  • Sense Antenna (センスアンテナ)：（無指向性）すべての方向からほぼ均等に信号を受信
  • Loop Antenna (ループアンテナ)：（双方向） 2方向からのうちより良い方の信号を受信
    • これらを共にADFへ組み込むと、すべての方向に対して乾度良好になります（一部除く）
    • したがって、方向のあいまいさを解決することができる
• 表示計器
  • 3種類：固定カードADF、回転カードADF、またはRMI
• 固定カードADF

• 常に最上部が0の位置を示し、針はステーションへのRB（Relative Bearing：相対方位）を示す

 

• 回転カードADF

• 現在の機首方位が計器の上部の位置に表示されるように回転する
• これにより、針の矢印側（ヘッド）が局へのMB（Magnetic Bearing：磁方位）を示すことができる
• もう一方側（テール）は局からのMBを示す

 

• RMI

• 航空機の機首方位に向かって方位角カードが自動的に回転する
• ADFまたはVOR受信機からのナビゲーション情報に使用できる2本の針がある
• ADFが針を駆動しているとき、ヘッドは局へのMBを示す
  • テールは、機体が現在いる、または通過中である局からのMBを示す
• VOR駆動時、針は局から放射状に延びた位置との関係を示す
  • ヘッドは、局への方位“TO”を示す
  • テールは、機体が現在いる、または通過中である局からのMBを示す
• NDBの使用
  • 方向
    • ADF針は、機首方位や位置に関係なく、常に局を指す
      • 相対方位は、機首方位と局間の角度
        • 航空機の機首を基点に時計回りで測定される
    • ADFダイヤルを縦軸に表示する
      • ヘッドが0°を指すと、機首は局へ向かう
      • 210°の場合、局は尾翼から左側に30°方向に存在する
      • 090°の場合、局は右翼端の延長線上に存在する
    • 相対方位自体は機体の位置を示さない
      • TO/FROMの方向を決定するには、相対方位が機首方位に関連している必要があります

GPS（Global Positioning System：全地球測位システム）

衛星ベースのナビゲーションシステム

• システムにはGPS (Global Positioning System)、 WAAS (Wide Area Augmentation System)、 LASS (Local…)がある

GPS

• GPSシステムは3つの主要な要素から構成される

• 宙域部分
  • 地球から高度約11,000NMの位置にある24個の衛星から成る
  • 常時5台の受信機が観測できる（うち4台が運用に必要となる）
  • 各衛星は約12時間で地球を周回する
    • 高い安定性を備えた原子時計を装備し、特殊なコード/NAVメッセージを送信する
  • 衛星はUHF帯で放送される（したがって、天候にほとんど影響されない）
    • ただし、これら有効範囲はラインサイトに基づく
      • ナビゲーションに使用するには、衛星が地平線より高い場所（アンテナで見える位置）に位置する必要がある
• 制御部分
  • マスターの英魚影性、5台の監視衛星、3台の接地アンテナで構成される
    • 衛星との継続的な監視と通信を可能にするため、監視局と地上アンテナを地球の周りに配置した
  • NAVメッセージの更新は、衛星が地上のアンテナ直上を通過する際にアップリンクされる
• ユーザー部分
  • GPS受信機に関連するすべてのコンポーネントで構成される
    • 持ち運び可能な受信機から、永続的に取り付けられる受信機まで、さまざまなタイプがある
  • 受信機は、衛星からの信号を利用して、次の機能を提供する
    • ユーザーに対する位置、速度、正確な時間
• 位置の計算
  • 受信機は、最も良い位置の衛星の、少なくとも4個の信号を利用して、3Dの場を生成する
    • 3D - 緯度、経度、高度から成る
      • 受信機は、衛星からの距離/位置情報を用いて、その位置を計算する
• ナビゲーション
  • GPSを使ったVFRナビゲーションはとても簡単で、目的地の選択とコースの追跡のように行える
  • GPS追跡
    • コース偏差は線形で、感度はウェイポイント付近で増加するということは無い
  • GPSだけに頼りたいと考えても、決してナビゲーションの手段を一つに絞らないこと

完成基準

• 操縦士は上記にて説明した各項目について、基礎的な知識を有し、説明することができる。

成功のポイント

• 各項目は一見複雑に見えるが、一つ一つはとてもシンプルな装置で構成されていることを理解する。
• それらの機能と役割を理解した上で、改めて全体のシステムを捉えなおすことが、より深い理解を促す。
• またGPSなどは航空機にかかわらず実生活で日常的に触れるものであるため、そういう身近なものから勉強のヒントを得ると良い。
• その考え方を応用することで、航空計器類を実際に自分がどのように使用するのかという視点で勉強すると、より理解が深まる。

参考資料

• FAA-H-8083-3
• POH/AFM