対気速度

航空学では、対気速度とは、航空機が飛行する空気（通常は風の影響で地面に対して相対的に動いている）に対する航空機の速度のことである。航空機の正確な対気速度（真対気速度）を測定することは難しいが、指示対気速度やマッハ数などの他の対気速度の指標は、航空機の性能と限界に関する有用な情報を与える。対気速度の一般的な指標は以下の通りである：^[1]

• 指示対気速度（IAS）、ピトー静圧システムに接続された対気速度計で読み取られる値。
• 校正対気速度(CAS)、ピトーシステムの位置と設置誤差に合わせて調整された指示対気速度。
• 真対気速度(TAS) は、飛行機が空中を移動する実際の速度です。上空の風と合わせてナビゲーションに使用されます。
• 等価対気速度(EAS) は、真対気速度とルート密度比を掛け合わせたものです。これは、流れが非圧縮性であると考えられる低速時の空力負荷と航空機の性能を計算するのに便利な方法です。
• マッハ数は、飛行機が音速に対してどれだけ速く飛んでいるかを表す指標です。

対気速度の測定と表示は、通常、ピトー静圧システムに接続された対気速度計(ASI)によって航空機上で行われます。ピトー静圧システムは、ピトー圧(よどみ点圧、全圧、またはラム圧とも呼ばれる) を測定するために接近する気流に面した1 つ以上のピトー プローブ(またはチューブ) と、気流内の静圧を測定する 1 つ以上の静圧ポートで構成されます。これらの 2 つの圧力は ASI によって比較され、IAS の読み取り値が得られます。対気速度計は、海面気圧および標準温度での真対気速度を示すように設計されています。航空機がより密度の低い空気中に上昇すると、その真対気速度は ASI で示される対気速度よりも大きくなります。

較正された対気速度は通常、指示された対気速度の数ノット以内ですが、航空機の高度が上昇したり高速になると、等価対気速度は CAS からわずかに低下します。

対気速度は一般的にノット（kn）で表されます。2010年以降、国際民間航空機関（ICAO）は対気速度としてキロメートル毎時（km/h）（滑走路の風速にはメートル毎秒）の使用を推奨していますが、事実上の標準であるノットの使用は許可されており、いつまで使用を中止するかは定められていません。^[2]

製造国や航空史の時代によって異なりますが、航空機の計器盤上の対気速度計は、ノット、キロメートル/時、マイル/時で表示するように設定されています。^[3]高高度飛行では、対気速度を報告するためにマッハ数が使用されることがあります。

指示対気速度（IAS）は、計器、位置、その他の誤差が補正されていない対気速度計の読み取り値（ASIR）です。現在のEASAの定義によると、指示対気速度とは、対気速度システムの誤差が補正されていない、海面での標準大気の断熱圧縮性流を反映するように校正されたピトー静対気速度計に表示される航空機の速度を意味します。^[4]

対気速度計は差圧計であり、圧力の測定値は圧力ではなく速度の単位で表されます。対気速度は、ピトー管からのラム空気圧、またはよどみ点圧力と静圧との差から算出されます。ピトー管は前向きに取り付けられ、静圧は航空機の片側または両側の静圧ポートで頻繁に検出されます。両方の圧力源が 1 つのプローブ、ピトー静圧管に結合される場合もあります。静圧測定は、すべての対気速度および姿勢で圧力が真の静圧となる位置に静圧ポートを配置できないために、誤差が生じます。この誤差の補正は位置誤差補正 (PEC) であり、航空機および対気速度によって異なります。飛行機が「非協調」飛行で飛行している場合は、10% 以上のさらなる誤差がよく発生します。

指示対気速度は、真対気速度よりも、必要なパワーと利用可能な揚力のよりよい尺度です。したがって、IAS は、タキシング、離陸、上昇、降下、進入、着陸中に航空機を制御するために使用されます。最高の上昇率、最高の航続距離、最高の耐久性の目標速度は、指示速度で示されます。それを超えるとパネルにかかる力が大きくなりすぎたり、翼のばたつきが発生する可能性がある対気速度の構造的限界は、多くの場合 IAS で示されます。

校正対気速度 (CAS) は、計器誤差、位置誤差 (静圧ポートの圧力不正確による)、および設置誤差が補正された表示対気速度です。

標準海面での 音速（661.4788 ノット）未満の校正された対気速度値は、次のように計算されます。

${\displaystyle V_{c}=a_{0}{\sqrt {{\bigg (}{\frac {2}{\gamma -1}}{\bigg )}{\Bigg [}{\bigg (}{\frac {q_{c}}{p_{0}}}+1{\bigg )}^{\frac {\gamma -1}{\gamma }}-1{\Bigg ]}}}}$マイナス位置と取り付け誤差の修正。

どこ

${\displaystyle V_{c}\,}$較正された対気速度である。

${\displaystyle a_{0}\,}$標準海面での音速は

${\displaystyle \gamma \,}$比熱の比（空気の場合は1.4）

${\displaystyle q_{c}\,}$衝撃圧力は、全圧と静圧の差である。

${\displaystyle p_{0}\,}$標準海面における静気圧である

この式は、等エントロピー圧縮性流れに適用できるベルヌーイの方程式に基づいています。CAS は、海面標準状態では真対気速度と同じですが、低圧で冷たい空気に上昇するにつれて真対気速度に比べて小さくなります。それでも、CAS は飛行機に作用する力の優れた尺度であり、失速速度を対気速度計で表示できます。 および の値は、対気速度計が較正される条件である ISAと一致しています。${\displaystyle p_{0}}$${\displaystyle a_{0}}$

航空機の真対気速度( TAS 、またはKTAS、ノット真対気速度) は、航空機が飛行している空気に対する航空機の速度です。航空機の真対気速度と機首方位は、大気に対する航空機の速度を表します。

真対気速度は、航空機の正確な航行にとって重要な情報です。移動する気団の中を飛行中に望ましい地上経路を維持するために、航空機のパイロットは、風速、風向、真対気速度に関する知識を使用して、必要な方向を決定する必要があります。風の三角形を参照してください。

TAS は、飛行機の航続距離を計算するときに使用する適切な速度です。これは通常、飛行計画に記載される速度であり、風の影響を考慮する前の 飛行計画にも使用されます。

真対気速度は、較正対気速度から次のように計算される^[1]。

${\displaystyle V=V_{c}{\sqrt {\theta {\frac {(1+q_{c}/p)^{(\gamma -1)/\gamma }-1}{(1+q_{c}/p_{0})^{(\gamma -1)/\gamma }-1}}}}}$

どこ

${\displaystyle V\,}$真対気速度は

${\displaystyle \theta \,}$温度比、つまり、標準海面温度に対する地域温度、${\displaystyle T/T_{0}}$

一部の対気速度計には TAS スケールが含まれており、外気温と気圧高度を入力して設定します。または、 CAS、外気温 (OAT)、気圧高度を入力すると、 E6Bフライト計算機または同等の機器を使用して TAS を計算することもできます。

等価対気速度（EAS）は、国際標準大気における海面での対気速度として定義され、その対気速度（非圧縮性）の動圧は、航空機が飛行している真対気速度（TAS）と高度における動圧と同じになります。つまり、次の式で定義されます。

${\displaystyle {\frac {1}{2}}\rho _{0}{V_{e}}^{2}={\frac {1}{2}}\rho V^{2}}$

どこ

${\displaystyle V_{e}\,}$等価対気速度

${\displaystyle V\,}$真対気速度は

${\displaystyle \rho \,}$航空機が現在飛行している高度における空気の密度です。

${\displaystyle \rho _{0}\,}$は、国際標準大気における海面での空気の密度です（1.225 kg/m ³または 0.00237 slug/ft ³）。

言い換えれば、^[5]

${\displaystyle V_{e}\equiv V{\sqrt {\sigma }}}$

どこ

${\displaystyle \sigma }$密度比、つまり${\displaystyle {\frac {\rho }{\rho _{0}}}}$

EAS は、非圧縮動圧の関数である対気速度の尺度です。構造解析は非圧縮動圧に基づいて行われることが多いため、等価対気速度は構造試験に便利な速度です。等価対気速度の重要性は、波抵抗の開始より低いマッハ数では、航空機にかかるすべての空気力学的力とモーメントが等価対気速度の 2 乗に比例することです。したがって、特定の等価対気速度での航空機の操縦性と「感触」、および航空機にかかる空気力学的負荷は、実際の飛行条件に関係なく、ほぼ一定で、標準海面でのものと同等です。

標準海面気圧では、CAS と EAS は等しくなります。約 200 ノットの CAS および 10,000 フィート (3,000 メートル) までは、その差は無視できますが、速度と高度が上がると、圧縮性により CAS は EAS から乖離します。

マッハ数は 次のように定義される。 ${\displaystyle M}$

${\displaystyle M={\frac {V}{a}}}$

どこ

${\displaystyle V\,}$真対気速度は

${\displaystyle a\,}$音速は局所的な速度である

マッハ数と音速は、衝撃圧、静圧、外気温の測定値を使用して計算できます。

音速に近いが音速未満で飛行する航空機 (つまりほとんどの民間ジェット機) の場合、圧縮速度の制限はマッハ数で表されます。この速度を超えると、マッハバフェット、失速、またはタックが発生する可能性があります。

• 国際単位系の使用に関するICAOの勧告
• 航空電子工学における頭字語と略語
• 飛行計器
• 地上速度
• 操縦速度
• V 速度

• Glauert H. (1947)。「2」。翼とスクリュー理論の要素。ケンブリッジ大学出版局。ISBN 9781139241953。
• ウィリアム・グレーシー (1980 年 5 月)。航空機の対気速度と高度の測定(PDF)。NASA。
• 航空機の性能を理解する(PDF)。フライト オペレーション サポートとライン アシスタンス。エアバス カスタマー サービス。2002 年 1 月。

• Kevin Brown. 「真の対気速度、等価対気速度、較正された対気速度」。MathPages。

• Dan Israel Malta。「MaltApplication」。航空および大気計算機、Windows および Android アプリケーション。
• Luiz Monteiro。「高度測定法」。計算機は圧縮性、摩擦による加熱、その他の変数を考慮します。
• Luiz Monteiro。「風と時間 - 速度 - 距離」。温度による燃料密度の変化を考慮します。
• Baruch Kantor。「大気計算機」。NewByte Flight Dynamics。