アクアプレーニング

道路車両、航空機、その他の車輪付き車両のタイヤによるアクアプレーニングまたはハイドロプレーニングは、車両の車輪と路面の間に水の層が形成され、牽引力が失われて車両が制御入力に反応しなくなる場合に発生します。すべての車輪で同時に発生すると、車両は事実上、制御不能なそりになります。アクアプレーニングは、路面の水が単に潤滑剤として機能する場合とは異なる現象です。アクアプレーニングが発生していない場合でも、濡れた舗装路では牽引力が低下します。^[1]

方向転換や速度変更を伴うすべての車両機能は、タイヤと路面の摩擦に依存しています。ゴムタイヤの溝は、タイヤの下から水を分散させるように設計されており、濡れた状態でも高い摩擦力を発揮します。アクアプレーニングは、タイヤが分散できる量を超える水に遭遇すると発生します。ホイール前の水圧により、タイヤの前端の下に水のくさびが押し込まれ、タイヤが路面から浮き上がります。すると、タイヤは、直接路面と接触する可能性はほとんどないかまったくない状態で水面の上を滑り、制御不能になります。複数のタイヤがアクアプレーニングを起こすと、車両は方向制御を失い、障害物に衝突するか、1 つ以上のタイヤが再び路面に接触して摩擦力が回復するまで滑ることがあります。

アクアプレーニング現象の危険性は、水たまりの深さ、速度の上昇、そして水深に対する車両の敏感さによって増大します。^{[2] [3]}

• 圧縮された車輪の跡と縦方向の窪みの深さ: 大型車両は、時間の経過とともに舗装に轍を作り、そこに水が溜まる原因となります。
• 舗装のミクロおよびマクロテクスチャ: ^[4]コンクリートは、わだち掘れに対する耐性が優れているため、ホットミックスアスファルトよりも好ましい場合がありますが、これは路面の築年数と舗装時に採用された施工技術によって異なります。コンクリートは、十分なテクスチャを確保するために特別な注意も必要です。
• 舗装の横断勾配と勾配: ^[5]横断勾配とは、道路の断面がどの程度 U 字型に似ているかのことです。横断勾配が高いほど、水は簡単に排水されます。勾配とは、特定の地点での道路の急勾配のことで、排水と車両が道路に及ぼす力の両方に影響します。車両が上り坂を走行しているときに水平面現象が発生する可能性は低くなりますが、水が溜まりやすい 2 つの丘がつながっている谷間では、水平面現象が発生する可能性がはるかに高くなります。横断勾配と勾配の結果は、排水勾配または「結果勾配」と呼ばれます。ほとんどの道路設計マニュアルでは、降雨時および降雨後に厚い水膜を回避するために、すべての道路セクションの排水勾配が 0.5% を超える必要があります。排水勾配が最小制限の 0.5% を下回る可能性があるエリアは、傾斜した外側のカーブの入口と出口にあります。これらのホットスポットは通常、道路の長さの 1% 未満ですが、すべてのスリップ事故の大部分はそこで発生します。道路設計者が衝突リスクを軽減する方法の 1 つは、横断勾配の遷移を外側のカーブから、横方向の力が小さい直線道路セクションに移動することです。可能であれば、横断勾配の遷移はわずかに上りまたは下り勾配に配置し、排水勾配がゼロにならないようにします。英国の道路設計マニュアルでは、必要に応じて人工的に作られた斜面に横断勾配の遷移を配置することを実際に求めています。場合によっては、透水性アスファルトまたはコンクリートを使用して、横断勾配の遷移の排水を改善できます。
• 舗装の幅: 道路が広くなると、同じ程度の排水を実現するために、より高い横断勾配が必要になります。
• 道路の曲率
• 降雨量と降雨時間

• ドライバーの速度、加速、ブレーキ、ステアリング
• タイヤのトレッド摩耗：摩耗したタイヤはトレッドの深さが不足するため、アクアプレーニング現象が発生しやすくなります。トレッドが半分摩耗すると、トレッドが完全に摩耗したタイヤよりもアクアプレーニング現象の速度が約4.8～6.4 km/h（3～4 mph）低下します。^[6]
• タイヤの空気圧: 空気圧が低いとタイヤが内側に曲がり、タイヤの中心が上がり、トレッドから水が排出されなくなります。
• タイヤのトレッドアスペクト比:接地面積が長く薄いほど、タイヤがアクアプレーニング現象を起こす可能性は低くなります。最もリスクが高いのは、直径が小さく幅が広いタイヤです。^[要出典]
• 車両重量: 適切に空気を入れたタイヤに重量を加えると、接地面積が長くなり、アスペクト比が向上します。タイヤの空気圧が低いと、重量は逆の効果をもたらす可能性があります。
• 車両タイプ: セミトレーラーのような連結車両は、重量配分の不均衡により、不均一なアクアプレーニング現象が発生する可能性が高くなります。積荷のないトレーラーは、トレーラーを牽引するキャブよりも早くアクアプレーニング現象が発生します。トレーラーを牽引するピックアップトラックや SUV でも同様の問題が発生します。

車がアクアプレーニング現象を起こす速度を正確に決定する方程式はありません。これまでの研究では、経験的なテストから経験則を導き出してきました。^{[6] [7]}一般的に、車は時速72～93 km（45～58 mph）を超えるとアクアプレーニング現象を起こし始めます。^[8]

オートバイは、丸いカヌー型の接地面を持つ細いタイヤの恩恵を受けます。細いタイヤは、車両の重量がより小さな領域に分散されるためアクアプレーニング現象に弱く、丸いタイヤは水を押しのけやすくなります。これらの利点は、スーパースポーツクラスのもののように、自然に幅広のタイヤを備えた軽量のオートバイでは薄れます。さらに、濡れた路面では、タイヤが滑る前に耐えられる横方向の力が減少します。四輪車のスライドは修正できますが、オートバイで同じスライドが発生すると、通常はライダーが転倒します。したがって、濡れた路面ではアクアプレーニング現象の危険性が比較的低いにもかかわらず、濡れた道路では全体的なトラクションが低下するため、オートバイのライダーはさらに注意する必要があります。

完全なハイドロプレーニングが発生する速度は、次の式で概算できます。

$${\displaystyle V_{p}=10.35{\sqrt {p}}}$$

ここで、はpsi単位のタイヤ空気圧で、結果は車両が完全にハイドロプレーニング現象を起こし始めるときの速度（mph）です。^[9]タイヤ空気圧が35psiの車両を例にとると、タイヤが路面から接触しなくなるときの速度は61mphであると概算できます。 ${\textstyle p}$${\textstyle V_{p}}$

ただし、上記の式は非常に大まかな近似値にすぎません。アクアプレーニングに対する耐性は、主に車両重量、タイヤ幅、トレッドパターンなど、いくつかの異なる要因によって決まります。これらの要因はすべて、タイヤが路面に与える表面圧力に影響します。重量が大きく、トレッドパターンがアグレッシブな細いタイヤは、トレッドが最小限の軽量車両に履かせた幅広のタイヤよりも、はるかに高速でアクアプレーニングに耐性があります。さらに、アクアプレーニングの可能性は水深とともに大幅に増加します。

車両がアクアプレーニング現象を起こしたときにドライバーが経験する現象は、どの車輪がトラクションを失ったかと走行方向によって異なります。

車両が直進している場合、わずかに緩んだように感じ始めることがあります。通常の状態では路面の感触が高かったのに、突然その感触が弱くなることがあります。小さな修正制御入力は効果がありません。

駆動輪がアクアプレーニングを起こすと、回転が始まると同時にエンジン回転数と表示速度が突然上昇する音が聞こえることがあります。高速道路の広いカーブで前輪がトラクションを失うと、車は突然カーブの外側に流れていきます。後輪がトラクションを失うと、車の後部が横滑りします。4輪すべてが同時にアクアプレーニングを起こすと、車は直線的に滑り、カーブの場合は再びカーブの外側に流れていきます。いずれかの車輪またはすべての車輪がトラクションを取り戻すと、その車輪が向いている方向に突然ガクンと動くことがあります。

アクアプレーニング現象が起きている間は、コントロール入力は逆効果になる傾向があります。車が曲がっていない場合は、アクセルを緩めると、トラクションを取り戻すのに十分な速度まで減速できます。ステアリング入力により、車がスリップ状態になり、回復が困難または不可能になる可能性があります。ブレーキが避けられない場合は、ドライバーはスムーズにブレーキをかけ、不安定さに備える必要があります。

後輪がアクアプレーニングを起こしてオーバーステアを起こした場合、運転者は後輪がトラクションを取り戻すまでスキッドの方向にステアリングを切り、その後急速に反対方向にステアリングを切り車をまっすぐにする必要があります。

最善の戦略は、アクアプレーニング現象の原因となるものを避けることです。適切なタイヤ空気圧、幅の狭い摩耗していないタイヤ、乾燥した路面で適度に遅いと判断される速度よりも低い速度で走行すると、水たまりを避けるのと同様に、アクアプレーニング現象のリスクを軽減できます。

電子安定制御システムは、防御運転技術や適切なタイヤ選択に代わるものではありません。これらのシステムは、選択的なホイールブレーキに依存しており、これは路面との接触に依存します。安定制御は、車両が十分に減速してトラクションを取り戻すときにスリップからの回復を助けるかもしれませんが、アクアプレーニング現象を防ぐことはできません。

水たまりや道路状況の変化により、スムーズかつタイムリーな減速が必要になる可能性があるため、濡れた道路や凍結した道路ではクルーズ コントロールを使用しないでください。

アクアプレーニングはハイドロプレーニングとも呼ばれ、溜まった水、泥水、または雪が原因で、航空機の動輪が荷重支持面との接触を失い、その結果、車輪のブレーキ動作が航空機の対地速度を効果的に低下させなくなる状態です。アクアプレーニングにより、航空機が滑走路の端から外れ、着陸時または離陸中止時に車輪ブレーキの有効性が低下する可能性があります。アクアプレーニングは、2007 年に大雨でサンパウロの滑走路から外れたTAM 航空 3054 便の破壊など、複数の航空機事故の要因となっています。逆推力ブレーキを使用できる航空機は、このような状況で道路車両よりも有利です。このタイプのブレーキはアクアプレーニングの影響を受けないからですが、乾いた滑走路での車輪ブレーキほど効果的ではないため、操作にかなりの距離が必要になります。

アクアプレーニングは、航空機が水たまり、泥水、湿った雪などで汚染された滑走路面に着陸するときに発生する可能性のある状態です。アクアプレーニングは、地上での操縦性とブレーキ効率に重大な悪影響を及ぼす可能性があります。アクアプレーニングには、動的アクアプレーニング、ゴムの逆流アクアプレーニング、粘性アクアプレーニングの 3 つの基本的なタイプがあります。これら 3 つのうちのいずれかが発生すると、着陸滑走中にいつでも航空機が部分的または完全に操縦不能になる可能性があります。

しかし、これは滑走路に溝を掘ることで防ぐことができます。1965年、米国の代表団がファーンバラの王立航空機研究所を訪れ、ハイドロプレーニング現象を軽減する溝付き滑走路を視察し、 FAAとNASAによる研究を開始しました。^[10]それ以来、溝は世界中のほとんどの主要空港で採用されています。コンクリートに細い溝を切ることで水を分散させ、さらにハイドロプレーニング現象の可能性を減らします。

粘性アクアプレーニングは、水の粘性特性によるものです。必要なのは、厚さ 0.025 mm ^[11]以下の薄い液体の膜だけです。タイヤは液体を貫通できず、膜の上を転がります。これは、動的アクアプレーニングよりもはるかに低速で発生する可能性がありますが、アスファルトなどの滑らかな表面、または以前の着陸で蓄積されたゴムで覆われた接地エリアが必要です。このような表面は、濡れた氷と同じ摩擦係数を持つ場合があります。

動的アクアプレーニングは、滑走路上に少なくとも2.5 mm ( 1 ⁄ 10インチ) の深さの水膜がある場合に発生する、比較的高速な現象です。^[11]航空機の速度と水深が増加するにつれて、水層の変位に対する抵抗が増加し、タイヤの下に水のくさびが形成されます。アクアプレーニング速度 (V _p ) と呼ばれるある速度では、水圧によって生成される上向きの力が航空機の重量に等しくなり、タイヤが滑走路面から浮き上がります。この状態では、タイヤは方向制御に寄与しなくなり、ブレーキ作用はゼロになります。動的アクアプレーニングは、一般的にタイヤの空気圧に関連しています。テストによると、かなりの荷重がかかっていて、トレッドの量に対して十分な水深があり、速度による動的ヘッド圧力が接地面全体にかかるタイヤの場合、動的アクアプレーニングの最小速度（V _p）（ノット）は、平方インチあたりのポンド数（PSI）でのタイヤ圧力の平方根の約9倍です。^[11]航空機のタイヤ圧力が64 PSIの場合、計算によるアクアプレーニング速度は約72ノットになります。この速度は、回転して滑らない車輪の場合です。車輪がロックすると、V _{p は}圧力の平方根の7.7倍に低下します。したがって、ロックされたタイヤがアクアプレーニングを開始すると、他の手段（空気抵抗または逆推力）によって速度が低下するまでアクアプレーニングが続きます。^[11]

ゴムの逆戻り（蒸気）アクアプレーニング現象は、急ブレーキ時に発生し、車輪が長時間ロックした状態で横滑りします。このタイプのアクアプレーニング現象を生じさせるには、滑走路に薄い水膜があるだけで十分です。タイヤの横滑りによって十分な熱が発生し、水膜が蒸気のクッションに変化してタイヤが滑走路から離れます。この熱の副作用として、滑走路に接触しているゴムが元の未硬化状態に戻ります。航空機がゴムの逆戻りアクアプレーニング現象を経験したことを示す兆候は、滑走路の表面に特徴的な「蒸気洗浄」の跡とタイヤに逆戻りしたゴムの斑点があることです。^[11]

ゴムのアクアプレーニングが再発する現象は、ダイナミック アクアプレーニングに遭遇した後によく発生します。この現象が発生すると、パイロットはブレーキをロックして機体を減速させようとします。最終的に機体は減速し、タイヤが滑走路面に接触してスリップが始まります。このタイプのアクアプレーニングの対処法は、パイロットがブレーキを解除して車輪を回転させ、適度なブレーキをかけることです。ゴムのアクアプレーニングが再発する現象は、パイロットがいつ始まるか分からないため、非常に遅い対地速度 (20 ノット以下) まで続く可能性があるという点で、潜行性があります。

アクアプレーニングタイヤはブレーキの効きと方向制御の両方を低下させます。^[11]

アクアプレーニングの可能性に直面した場合、パイロットは溝付き滑走路（ある場合）に着陸することをお勧めします。着陸速度は、安全性に配慮して可能な限り遅くする必要があります。前輪を滑走路まで下げた後、適度なブレーキをかけます。減速が検出されず、アクアプレーニングが疑われる場合は、機首を上げ、空気抵抗を利用してブレーキが効く点まで減速します。^{[説明が必要]}

適切なブレーキング技術が不可欠です。ブレーキは、横滑りする直前までしっかりとかけます。横滑りの兆候が最初に現れたら、パイロットはブレーキ圧を解放し、車輪が回転するのを許します。方向制御は、可能な限りラダーで維持する必要があります。横風でアクアプレーニングが発生した場合、横風により、航空機は風向計で風に向かう（つまり、機首が風の方向を向く）と同時に^{[11]風下へ滑ります（航空機は、空気の流れている方向に滑りやすくなります）。 [説明が必要]} 小型航空機の場合、軟着陸を行うときのように機首を上げ、ラダーを使用して空気力学的に方向制御を維持し、風上側のエルロンを翼が持ち上がるのを防ぐ最適な位置に保持すると効果的です。ただし、横風成分がパイロット操作ハンドブックに記載されている最大横風よりも高い大雨の着陸は避けてください。

• 道路の滑りやすさ
• トラクション（エンジニアリング）、アクアプレーニングと同様の効果
• クーゲル噴水

列をなして

一般的な

• BNJ Persson、U. Tartaglino、O. Albohr、E. Tosatti (2004)。 「濡れた道路でゴムが滑るのはシーリングが原因」。Nature Materials。3 ( 11月 7 日): 882–885。arXiv : cond-mat/0412045。Bibcode : 2004NatMa...3..882P。doi : 10.1038/nmat1255。PMID 15531886。S2CID 15635210  。
• 賢いドライバー – 雨天時の運転
• 飛行機飛行ハンドブック、FAA 出版物 FAA-H-8083-3A、Flight Standards Service Web サイト (http://av-info.faa.gov) からダウンロードできます。

ウィキメディア・コモンズには、アクアプレーニングに関連するメディアがあります。

• アクアプレーニング現象を説明する NASA の論文、TN D-2056「空気入りタイヤのハイドロプレーニング現象」。