航空機のコンパスの回転

航空学において、航空機のコンパス旋回は、誘導に 磁気コンパスのみを使用して航空機内で行われる旋回です。

航空機に搭載された磁気コンパスは、航空機の現在の磁気方位、すなわち、おおよそ南北を向く地球の地磁気に対する航空機の方向を表示します。コンパスは、旋回時に航空機が目的の方向に移動していることの確認に使用できます。機器の性質と地球の磁極の配置により、磁気コンパスをナビゲーションに使用する場合、いくつかの重大な制限があります。これらの制限を認識しているパイロットは、コンパスをナビゲーションに効果的に使用できます。コンパスは、電気、真空、またはピトー静圧システムに障害が発生しても動作し続けます。

コンパスターン（磁気コンパスを主な基準計器として使用するターン）は、現代の航空機では標準的な方法ではありません。コンパスターンは、通常、方向ジャイロやその他の航法計器の故障をシミュレートまたは実際に再現した場合に実行されます。磁気コンパスは、コンパスが動いておらず、地面の上にある場合は単純な計器です。航空機に搭載された磁気コンパスは、飛行中にコンパスターンの誤差が生じます。パイロットは、磁気コンパスを使用する際に、このような誤差を補正する必要があります。

磁気コンパスの方位表示に固有の誤差のほとんどは、コンパスの構造に関係しています。航空機のコンパスは、磁化されたバーが取り付けられた逆さまのボウルで構成されています。ボウルは低摩擦ピンの上でバランスが取られています。ボウルとピンのアセンブリは、非酸性の灯油で満たされたケースに収められています。磁化されたバーは、アセンブリを地元の地磁気に向ける傾向があります。バーはコンパスの目に見えるボウルを回転させます。ボウルの外側の表面には、磁気方位を示すマークが含まれています。航空機 (およびコンパスハウジング) が回転すると、ボウルは磁気引力により地球に対してある程度静止したままになります。要約すると、航空機は静止したボウルの周りを自由に回転できます。

ジャイロ安定化コンパス (または方位指示器) を使用して飛行する場合の標準的な方法は、直線水平非加速飛行中にのみ磁気コンパスを読み取ることです。この読み取り値は、ジャイロ安定化コンパスの設定に使用されます。ジャイロ コンパスは旋回時に正しく読み取りますが、磁気コンパスは旋回中に正しく読み取ることができません。したがって、パイロットは旋回中は常に磁気コンパスを無視しますが、直線水平非加速飛行中に定期的に磁気コンパスを確認します。

航空機が安定した直線水平無加速飛行を行っていない場合、いくつかの種類の誤差が磁気コンパスによる方位指示に影響します。

コンパスの構造上、ほとんどのコンパスでは、ピボット ポイントに接続されたバランス ボウルのピンによって、ボウルがケースの側面に接触するまでに約 18 度しか傾けられないという制限があります。これが発生すると、回転の自由度が失われ、コンパスの信頼性が低下します。

2 つ目の制限は磁気の傾斜です。コンパスのダイヤルは地磁気と一直線になる傾向があり、北半球では北磁極に向かって、南半球では南磁極に向かって傾斜します。赤道ではこの誤差はごくわずかです。航空機がどちらかの極に近づくにつれて、傾斜誤差はより顕著になり、コンパスのピボット ポイントが 18 度の傾斜を超えるとコンパスが信頼できなくなる場合があります。磁気の傾斜は磁極の下向きの引力によって発生し、極自体の近くで最大になります。この下向きの力の影響を打ち消すために、コンパス ボウルの重心はピボットの下にあります。^[1]ただし、この影響によって発生する誤差のため、極地付近でのコンパス ナビゲーションはほぼ不可能です。

安定した水平直線飛行中は、磁気傾斜の影響は問題になりません。ただし、航空機が加速したり、新しい方向へ向かったりする場合は、次の 2 つのルールが適用されます。

まず、東または西の方向に飛行中に航空機が加速すると、ボウルの重心がピボットより遅れ、前方に傾きます。^[1]磁気傾斜のため、北半球ではコンパスは北への誤った方向を示し、逆に南半球では南への誤った方向を示します。また、航空機が減速した場合、コンパスは北半球では南への誤った方向を示し、南半球では北への誤った方向を示します。航空機がその速度に達すると、この誤差は解消され、磁気コンパスは正しい方向を示します。北半球のパイロットは、これを「ANDS （北に加速、南に減速）」という記憶法 で覚えています。南半球を飛行する場合はその逆になります。この誤差は、正確に北または正確に南の方向に加速または減速しているときには解消されます。

第二に、北向きの機首から東または西に旋回すると、磁石の作用でコンパスは航空機が実際に飛行している方位より遅れる。この遅れは航空機が東または西に近づくにつれて徐々に減少し、東または西の機首ではほぼ正確になる。航空機がさらに南に旋回すると、磁気コンパスの針は航空機の実際の方位より進む傾向がある。南から東または西の機首に旋回すると、コンパスは航空機が実際に飛行している方位より進み、航空機が東または西に近づくにつれて減少し、航空機がさらに北に旋回すると遅れる。これは、航空機の傾斜とそれに伴うコンパスの傾斜により、協調旋回で発生する。磁石の北を向く極は、旋回時に地球の磁場に引き寄せられる。その結果、コンパスの角度がずれる。進み/遅れの大きさは、航空機の緯度とほぼ等しくなる。 (北緯 30 度の航空機は、真北に旋回するときに 30 度アンダーシュートし、真南に旋回するときに 30 度オーバーシュートする必要があります)。このガイドラインは、標準速度旋回ではなく、軽飛行機の一般的な対気速度での標準速度旋回に相当する 15 ～ 18 度のバンク角に基づいています。パイロット コミュニティは、北半球でこのルールを記憶するために UNOS (アンダーシュート ノース、オーバーシュート サウス) という記憶法を使用します。南半球では ONUS という記憶法が使用されます。北半球で使用されるその他の記憶法には、NOSE (North Opposite、South Exaggerates)、OSUN (Overshoot South、Undershoot North)、および South Leads、North Lags があります。これらは南半球では逆になります。

標準旋回速度は、航空機が 2 分 (120 秒) で 360 度旋回する標準速度です。標準旋回速度は、旋回計または旋回スリップ計に表示されます。

計器飛行規則による飛行中の旋回はすべて標準旋回率で行われますが、バンク角は 30 度を超えてはいけません。真空駆動計器 (方向ジャイロ、姿勢指示器など) が故障した場合、新しい方向へのロールアウトは時間制限があります。たとえば、航空機が 060 度の方向で飛行していて、新しい方向 360 度で飛行する必要がある場合、旋回は 60 度になります。標準旋回率は 120 秒で 360 度であるため、航空機は左に 20 秒間の標準旋回率で旋回する必要があります。

ターンコーディネーターやターンスリップインジケーターなどの電気計器が故障した場合、次の式を使用して、標準速度で旋回するターンバンクを決定することができます。標準速度旋回のバンク角を計算するには、対気速度を知っておく必要があります。対気速度を使用する経験則では、対気速度の最後の桁を切り捨てて 5 を加算する必要があります。たとえば、対気速度が 90ノットの場合、バンク角は (9+5=) 14 度になります。122 ノットの場合は、(12+5=) 17 度になります。緯度線は、コンパスが持つ最大の進みまたは遅れです。

以下の説明は北半球に関するものです。

たとえば、北緯 45 度を飛行する航空機が標準旋回を維持しながら東または西から北へ旋回する場合、パイロットはコンパスが北の手前 45 度プラスバンク角の半分の角度になったときに旋回から抜け出す必要があります。(東から北へ 90 ノットで 0+45+7=52) パイロットは、コンパスから 52 度を読み取ると、直進飛行にロールアウトして北の方向へ向かい始めます。 (西から北へ 90 ノット (360-45-7=308))。パイロットは、北に向かって飛行するために、コンパスから読み取った 308 度で機体をバンクからロールアウトし始めます。西から南へ旋回する場合、パイロットはコンパスが 45 度からバンク角の半分を引いた角度になったときに機体をロールアウトする必要があります (西から南へ 90 ノットで 180-45+7=142、東から南へ 180+45-7=218)。

例から、東または西から北へ旋回する場合、旋回から飛行機をロールアウトする時間を計算するために使用されるバンク角は、最大の角度から、または北からより離れたところから開始する必要があることがわかります。逆に、東または西から南へ旋回する場合、バンク角は、ロールアウトを南に近づけるために角度の数を減らすように計算されます。

通常、パイロットはこれらの旋回を半標準速度旋回を使用して練習します。これにより、バンク角が減少し、計算されたバンク角の半分になります。旋回を半標準速度で行うと、緯度線によるコンパスの誤差は半分になります。したがって、半標準速度旋回を使用した新しい計算は次のとおりです。(東から北へ 90 ノットで 0+22.5+3.5=26) コンパスから読み取るリード ロール アウト方向は、北方向に飛行する場合 26 度になります。(西から北へ 360-22.5-3.5=334) コンパスから読み取るリード ロール アウト方向は 334 度になります。

他の方向への旋回は補間する必要があります。たとえば、西から南東 (SE) への左旋回です。最初はコンパスが正しい方位を示しますが、旋回が南に近づくにつれて、コンパスは最大の誤差のリード方位を示します。航空機が南を通過すると、誤差が減少し、リードが少なくなります。航空機が南東に近づくと、誤差は航空機が南を通過していたときの半分だけリードします。したがって、旋回が半分の標準速度で 90 ノットで行われ、飛行に必要な南東方位が 135 度の場合、ロールアウト方位は 135-11.25+3.5=127 度になります。したがって、コンパスから読み取った 127 度のロールアウト方位は、実際に 135 度の方位を飛行するために使用されます。

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• 旋回誤差の説明と計算式
• 加速誤差の説明と計算式