密度高度とは何ですか? パイロットにとって密度高度が重要なのはなぜですか?

Corey

2024-02-22

密度高度 (標準外の温度を補正した気圧高度) は、特定の気団内で空気分子がどれだけの運動エネルギーを持っているかと考えることができます。より簡単に言えば、密度高度は、空気の塊がどれだけ厚いか、そして空気力学的にどれだけ実行可能かを測定します。より高い密度高度は、高高度における標準的な気団に対応しますが、より低い密度高度は、海面に近い通常の条件下で遭遇する可能性があります。密度高度は、気圧、周囲温度、空気の相対湿度の 3 つの項目の影響を受けます。この記事では、これら 3 つの要素について説明し、高密度高度に関連するいくつかのパフォーマンスの問題に対処します。

大気圧

気象システムが地域上を移動すると、気圧が変化します。気団は均等になろうとするため、高圧の空気は常に相対的に圧力の低い領域に向かって移動します。標準的な気圧測定値は、29.92 水銀柱インチ (従来の気圧計で測定)、または 1013.2 ヘクトパスカル圧力単位 (内圧測定の国際単位であるパスカルの派生単位) です。

写真: Alex JW Robinson I Shutterstock

気象システムの動きにより標準気圧からの偏差が生じ、空気密度に影響を与えます。密度高度と気圧は逆に変化します。大気圧が低いと密度高度は高くなりますが、大気圧が高いと密度高度は低くなります。パイロットはこのことを、「圧力が低く、密度が低く（ただし高度は密度が高い）、空気力学的揚力が小さい」と考えて思い出すかもしれません。

相対湿度

気団内の湿度値が高いほど、高度の密度が高くなります。湿度は、空気の水の飽和度の尺度です。空気塊は水蒸気でますます飽和するため、相対湿度が増加すると気圧は低下します。たとえば、湿度 100% に近い空気塊には、摂氏 30 度では 1 立方メートルあたり約 30 g の水蒸気が含まれていますが、10 ℃では水蒸気が約 10 g 含まれています。空気の湿度が高くなると密度が低下し、密度が高くなります。

写真: Nutkamol komolvanich I Shutterstock

温度

密度高度に影響を与える最も重要な要素は周囲温度です。暑い日が続くと、標高がはるかに高くなります。空気分子についての単純な自明の理は、空気分子は冷たい空気団よりも暖かい空気団の中でより遠くに広がるということです。分子エネルギーが減少すると、飛行機の翼、エンジン、その他の操縦翼面の効率も、標準的な条件下での運航と比較して低下します。

パフォーマンスペナルティ

以下は、気温が密度高度にどのような影響を与えるかの例です。ドーハ・ハマド国際空港の標準日 (摂氏 15 度、29.92 水銀柱または 1013.2 hPa) では、空港は海抜ゼロメートルにあるため、密度高度は海面と同じになります。気温 104 度 (摂氏 40 度) の日には、密度高度は 3,000 フィート近くまで上昇します。したがって、航空機の性能は低下し、空力能力は 15℃ (標準気温) の日の海抜 3,000 度での運航と同等になります。

写真: ロブ・アサートン I Shutterstock

密度高度が増加すると、航空機の性能は低下します。一般に、飛行機の翼、舵面、エンジンは密度の高い高度では効率が低下するといわれています。より正確には、密度高度は、標準温度における平均海抜上の実際の高度で期待されるパフォーマンスを決定します。これは、摂氏 40 度の日にドーハの地上直上の飛行機は、高度 3,000 フィート、この高度での標準気温である摂氏 9 度にいるかのように動作することを意味します。

写真: Chris H. Galbraith I Shutterstock

空気には揚力と制御権限を与える分子エネルギーが少ないため、密度が高い高度では、密度が低い高度に比べて空気力学的に非効率が生じます。分子エネルギーの減少は、飛行機が標準日よりも暑い日に、標準日と同じ性能を達成するためにより多くの化学エネルギー (燃料) を使用する必要があることを意味します。高密度の高度の結果、離陸滑走が長くなり、離陸時と進入時の対地速度が高くなり、エンジンの最大推力によるパフォーマンスが低下します。

密度高度の影響

密度高度は、一般的な航空分野、特に自然吸気ピストンエンジンの場合、重要な要素です。密度高度が増加するにつれて、パイロットはより少ない重量とより少ない乗客に対応できます。航空会社にとっても密度高度の影響は避けられません。旅客機は 2 つのエンジンによる最大離陸重量で世界中のほぼすべての空港から安全に出発できますが、すべての離陸は、滑走路上または最初の上昇でエンジンが故障した後でも安全に飛行できるように設計されています。その結果、販売できる座席が減り、周囲の地形が暑い空港から長い区間で輸送できる貨物が少なくなります。密度の高い高度では、乗客が置き去りにされることさえあります。

密度高度の影響と、その影響を軽減するためにエンジニアや航空会社が行っていることについて詳しく読んでください。

密度高度は重要です。湿度、気圧、熱の 3 つの要素の影響を受け、高度が高密度になると航空機の性能能力が低下します。一般の飛行士、軍用パイロット、貨物輸送業者、航空会社は皆、密度高度の影響を等しく考慮しています。飛行機の能力、あるいはおそらくその能力の欠如を完全に理解するには、パイロットは密度高度を徹底的に理解し、尊重する必要があります。