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Re: 手探り航法・旅日記

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通常 Re: 手探り航法・旅日記

msg# 1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1
depth:
23
前の投稿 - 次の投稿 | 親投稿 - 子投稿.1 | 投稿日時 2006-4-12 12:58
hide  長老 居住地: 兵庫県  投稿数: 628
hideです。
 FlightGear V0.9.10公開おめでとうございます。
8日の朝一番でダウンロードしましたが、かなりサイトが混雑して、2
時間ほど掛かりました。中身はゆっくり研究させていただきますが、機
体が増えたり、マップのテクスチャーが新しくなったのが印象的です。
またナビゲーションの面では、地磁気の偏差が表示されるようになった
…と最初は思ったのですが、これは前バージョンにもある機能でした。
初めて気が付きましたが、フライトプランを立てるのに便利です。
(文末でご紹介します)


■NZ北上の旅…燃費向上大研究!■
 今回はひたすら、燃費をよくするお話です。
 ニュージーランドから日本を目指す、私のバーチャル空路はこの先、
渡洋飛行の連続です。私は、視界がよくて軽快で飛翔感あふれる、割に
小さな飛行機が好きなので、当面はセスナC310を使うつもりですが、こ
れまでは、機体添付のReadMeファイルに書かれた公式スペックと比べ、
さっぱり航続力が延びませんでした。
 最悪の場合、皆様にご協力を頂いて、C310の機体データを改造し、燃
料タンクの容積を大幅に増やそうか…とも考えましたが、まず燃費をよ
くする飛び方を探すのが、筋でしょうね。

 ・C310公式スペックの航続力:
Econo-cruise speed: 144 KTAS at 7,500 ft
Econo-cruise fuel consumption: 17.1 USGal/hr
Econo-cruise range: 2,583 km (1,395 nm)

 …これを読むと、7500ftを144ktで飛ぶと、毎時17.1galの最良燃費が
得られて、計1395nm飛べる…ように見えますが、ヒコーキとは、そんな
簡単なものではなく。例えば、時間当たり最良燃費(=滞空時間最大)
が得られる飛び方と、燃費に速度を掛けた最大航続距離の出る飛び方は、
一般的には違うと思います。上記のスペックも、それぞれの要素の最良
の値を、ばらばらに書いてあるように見えます。

 私の燃費ベスト記録は、公式スペックの高度・速度では0.425gal/min
に過ぎず、これに巡航速度(144kt)を掛けても、計算上の航続力はわ
ずか807nmです。では、どんな飛び方をしたら、最長の航続距離が得られ
るのでしょうか。これを知るには、さまざまな高度と速度を試すと同時
に、変速機に当たるプロペラ・ピッチ(操縦席の青レバー)と、混合比
を変えるミクスチャー・コントロール(赤レバー)の設定を、実際に、
細かく動かしてみるしかありません。
 (注:プロペラ・ピッチ・レバーは、FlightGearの場合、一番上か奥
のポジションが、離陸時に使う高回転のロー・ピッチ。下げるか引くか
するとハイピッチになり、プロペラの回転数が落ちて、高速飛行や燃費
節約に向きます。ミクスチャー・コントロール・レバーは、同様に一番
上か一番前方が、始動や離陸時のフル・リッチ(一番濃い状態)です。
手前か下に引くと、混合気が薄くなります。高度を上げるにつれ、空気
が薄くなって、相対的に混合気が濃くなり、エンジン回転が落ちるのを
補うために使いますが、燃費をケチるのにも、一定の効果があります。
しかし薄すぎると、実機ではオーバーヒートします。FlightGearでも、
急激にパワーが落ちます)

 ●500通り以上の組み合わせ:
 今回は、NZの首都ウエリントンから、最大の都市・オークランドへの
直線コース(259nm)を、実時間(1倍速=約2時間)で飛びながら、
あれこれ飛行条件を変えつつ、徹底的に燃費を計りました。方法は…

 ・ポーズを掛けて、4つの燃料タンクの残量表示を、小数点以下3桁
  まで記録。15秒間飛行して再びポーズを掛け、もう一度タンク残量
  を計って差を出す。
   これを4倍して1分当たりの消費量を、さらに60倍して毎時の消
  費量を出す。この毎時消費量に、巡航に使える燃料の最大容量(満
  タンから、離着陸に必要な20galを引いた量)と、現在の巡航速度を
  掛けて航続距離を出す。同時に、回転数と吸気圧、オートスロット
  ルの開度も記録する。
 ・以上の計測を、1種類の速度・高度の組み合わせにつき、プロペラ
  ピッチと、ミクスチャーコントロールを、それぞれ最小から最大ま
  で5段階に変化させながら行う。
 ・以上を、速度は130kt〜150ktで5Kt刻み、高度は6000ft〜8000ftで
  500ft刻みで実施する。

 …というものです。
 これを、手作業で計算したら死にますから、Excelで表を作りました。
出来てみると、飛行条件の順列組み合わせは計500通りを超え、ちょっと
絶句。取りあえず6500ft・130ktの場合(20通り)を計ったところ、一定
の傾向が出ましたので、以後は各種条件のうち、どう見ても燃費の悪い
プロペラピッチの低速側と、混合比のリッチ(濃いめ)側を削って、測
定を継続。同じコースを2回飛び、計87通りの測定をしました。うち29
例では、計算上の航続距離が1000nmを超えて、一応の目的を果たしまし
た。
 最良の時間当たり燃費は、高度8000ft、135kt、スロットル開度58%
(これはオート設定)、ミクスチャーコントロール70%(かなり薄め)、
プロペラピッチ95%(非常に高速寄り)で得た毎分0.232galで、これは
FlightGear機体作者の公式スペックを上回りました。
 また最長航続距離は、たまたま上記と全く同じ条件で、公式スペック
まで9nm差に迫る、1386nmを記録しました。うれしいです!

 ●ぎりぎりまで薄く、ハイピッチに:
 いざ計ってみると、燃費と高度・速度には、期待したほど、はっきり
した相関関係が見られませんでした。「この設定なら、低燃費だろう」
との予測が裏切られたり、逆にデータの飛び地のような、やや思いがけ
ない場所に、非常にいい数値が出たりしました。

 半面、ミクスチャーとピッチは、燃費との間に、非常にはっきり相関
が出ました。簡単に言えば、測定範囲のどの高度・速度でも、ミクスチ
ャー75%(薄め)、プロペラ・ピッチ75%(高速寄り)に設定すると、
ほぼ例外なく、航続距離は1000nmを超えました。
 ここから、さらに航続力を伸ばすには。プロペラ・ピッチを、あと5
クリックだけ高速側に調整し、吸気圧計に異常が出ないか観察します。
負荷が高すぎると、オートスロットルが勝手に全開まで開き、同時に吸
気圧が暴走気味に上がって、全開にも関わらず、パワーが激減します。
この傾向が出始めたら(吸気圧計の針が、グリーン・アーク=安全域=
の最大値である、25インチHgを超え始めたら)、ミクスチャー・コント
ロール・レバーを、リッチ(濃いめ)側へワン・クリックします。これ
でたいてい吸気圧計の針が、じりじりと安全ゾーンまで戻ります。実に
微妙なものですね。

 さらに欲張って、プロペラ・ピッチを高速側へ5クリック上げ。また
吸気圧計が「暴走」を始めるのを、ミクスチャーの1クリックか、2ク
リックで「鎮圧」する。こうして…非常にクリティカルな作業を煮詰め
ていくと、低燃費が実現します。

 ●本当は、排気温度も計る:
 実物のエンジンは、模型飛行機でもオートバイでも、ミクスチャーを
むやみに薄くすると、燃焼温度が上がりすぎ、オーバーヒートします。
ですから実機では、混合比はEGT(排気温度計)を見ながら調整し、完全
燃焼を意味する最高温度から、少し低い(混合気は濃いめ)位置に設定
するそうです。しかしC310のYASim版は、あいにく新バージョンでも、
EGTが不作動なので…今回は吸気圧計と、回転計だけで操作しました。
 そのため私のデータには、実機で試みたら、エンジンを傷めてしまう
ような動力設定も、含まれていると思います。
 しかしまあ、これまで燃費が伸び悩んだだけに、公式スペックをほぼ
満たすとは、夢のようです。私は文系で、ふだん実験をする機会はあり
ませんが、やはりこうした計測は、予断を持たずに、自分の仮説を絨毯
爆撃的に、データで覆い尽くして結果を見る…のが、いいようですね。

 ●VOR航法が、間違っていた!:
 ウエリントン=オークランド間を飛んでいるうちに、これまでご紹介
した航法に1カ所、間違いがあることに気が付きました。
 以前の「サンフランシスコ湾・ナビ訓練」にも出発直後に出てきまし
たが、私のフライトプランには時々、VOR局を背にして電波に乗る、いわ
ゆるアウトバウンド・コースが登場します。これをやるたびに、どうも
飛行コースが、電波のラジアルから外れるな、と思っていたのですが。
やっと原因が分かりました。
 VOR局のラジアル方位(いわゆるベアリング)は、磁気方位で表されま
す。これをNAVに入力する際、フライトプラン記入用紙の「MH」(磁気
方位による機首方位)の数字を使っていたのですが、こうすると、方位
に風向・風速の補正値が入ってしまいます。ラジアルは、単にVOR局から
の方角を示す数字ですので、ここは単純に、TC(真方位による目的地の
方角)にVAR(Variation=偏差)を加えた磁気方位でないと、いけない
のでした。どうも、ごめんなさい。以下は、正しい計算例です。

 ●計算例●:A点から、東へ100nm離れたB点への航法計算をします。
       巡航速度は140kt。風向・風速は南の風10Ktです。
       偏差(磁北の、真北からのずれ)は偏東15度とします。
       A点にはVORがあるので、東向きのラジアルのアウトバウ
       ンド・コースに乗ります。

TC(True Course):90度(真方位による目的地の方角。ここでは真東)
WIND:Knots・From
 (風速10kt、風向180度)
WCA(R+ L-):+4度(風を相殺するため、右へ4度変針が必要)
TH: (区間の真針路=上記WCAの分、変針します)90度+4度=94度。
VAR:(偏差。磁気コンパスの針が、真北から何度ずれるか)偏東15度。
MH :(磁気方位による機首方位:磁気コンパスで狙う針路)
   偏東なら、THから引く。偏西なら、THに足す。
   94度-15度=79度。
TOTAL nm:総飛行距離。100nm。
GS kt:対地速度。139.7kt(巡航速度と風向・風速から算出)
TIME :飛行時間。0.72時間。

 …ここで、VORの電波に乗るためには、NAVにラジアルの方位(いわゆ
るベアリング)を入力しますが、VORのラジアルには磁気方位が使われる
ため、東へ向かう場合に「90度」と入れたら、偏差の分だけ狂います。
ここは、真方位を偏差で修正した磁気方位(90度-15度=75度)を入れな
くてはならないのです。
(実は、以前ご紹介したフライトプラン用紙には、磁気方位を単独で記
入する欄が含まれていません。当然、あってもいいと思いますが)

 私の場合は、間違ってMH(風を修正した、磁気方位による機首方位。
上記の計算例では79度)を入れたため、ラジアル設定が4度、実際の飛
行方位からずれたのでした。これに気付いて以来、アウトバウンドの飛
行も、ぴったりVOR針路が合うようになりました。やれやれ。

 ●FlightGearには、偏差表示機能があった:
 なお世界各地の偏差は、以前はホームページで調べるよう、お勧めし
ましたが。FlightGearは偏差を表示できることに、今回初めて気が付き
ました。メニューのEquipmentからinstrument settingsを選択すると、
HI offset:という項目が現れ、現在地の偏差を表示します。(なぜか、
数値はアジャスタブルになっていますが。仮にゼロにしても、ジャイロ
コンパスが真方位表示になるだけです。VORのラジアル方位表示と、滑走
路の名称は、もちろん磁気方位のままです)

 航法計算に使う偏差は、よほどの長距離飛行でない限り、実用的には
コースの中点で計ったので十分です。出発地と目的地に機体を置いて、
この機能を使ってそれぞれ偏差を計り、平均を取れば、ほぼ正確だと思
います。NZの例を挙げれば、インヴァーカギル空港は-24.98度、オーク
ランド空港は-19.46度なので、平均は-22.22度です。これは私がHPから
拾って、実際に航法に使った数値に符合します。
 ちなみに、偏差の角度のマイナス表示は、磁針が真北から、東にそれ
ること(偏東)を意味します。真方位から、22.22度を引けば磁気方位が
出せます。また偏差が西寄り(偏西)ですと、角度の数値はプラス表示
になり、真方位にこの偏差を足せば、磁気方位が算出できます。
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