最大q

最大q、つまり最大動圧条件は、航空宇宙機の大気圏内飛行が流体力学の全圧と周囲の静圧との差が最大になる点です。飛行機の場合、これは飛行範囲の最低高度コーナーでの最大速度で発生します。宇宙船の打ち上げの場合、これは速度とともに増加する動圧と高度の増加とともに減少する静圧の交差点で発生します。これは航空宇宙機の重要な設計要素です。機体にかかる空力構造負荷は動圧に比例するからです。

動圧 qは、非圧縮性流体力学では次のよう に定義されます。 ここで、ρは局所的な空気の密度、vは車両の速度です。動圧は車両に対する空気の運動エネルギー密度と考えることができます。非圧縮性の流れの場合、動圧は全圧と静圧の差に等しくなります。この量は、揚力方程式と抗力方程式に特に現れます。 $${\displaystyle q={\tfrac {1}{2}}\rho v^{2}}$$

海面（空気の密度は約0.0765ポンド/立方フィート（1.225 kg/m ³））で時速56マイル（90 km/h）で走行する自動車の場合、^[1]自動車の前部の動圧は0.0555ポンド/平方インチ（3.83 hPa）で、静圧（海面で14.696ポンド/平方インチ（1,013.3 hPa））の約0.38%になります。

高度 33,000 フィート (10 km) で毎秒 755 フィート (時速 828 km) で巡航している旅客機の場合 (空気の密度は約 1 立方フィートあたり 0.0258 ポンド (0.413 kg/m ³ ))、飛行機の前面の動圧は 1 平方インチあたり 1.586 ポンド (109.4 hPa) で、静圧 (1 平方インチあたり 3.84 ポンド (265 hPa)) の約 41% になります。

地上からの 宇宙船の打ち上げの場合、動圧は次のようになります。

• 離陸時には空気密度ρは高いが車両の速度v = 0 であるため、ゼロになります。
• 大気圏外では速度vは高いが空気密度ρ = 0 となるため、ゼロとなる。
• 関係する量を考慮すると、常に負ではありません。

発進時には機体の速度は増加しますが、機体が上昇するにつれて空気の密度は減少します。そのため、ロールの定理により、動圧が最大になる点が存在します。

言い換えると、 max qに達する前は、速度の増加による動圧の増加が、空気密度の減少による動圧の減少よりも大きいため、航空機に作用する正味の動圧（反対の運動エネルギー）は増加し続けます。 max q を通過した後は、その逆になります。航空機に作用する正味の動圧は、高度とともに空気密度が減少するにつれて、速度の増加による増加よりも速く減少し、最終的に空気密度がゼロになると 0 になります。

この値は、車両が耐えなければならない構造負荷を決定する制約の 1 つであるため、重要です。多くの車両では、フルスロットルで発進すると、空気力学的な力が耐えられる範囲を超えてしまいます。このため、速度を下げ、飛行中に遭遇する最大動圧を減らすために、最大qに近づく前にスロットルを下げ、その後再びスロットルを上げること がよくあります。

たとえば、通常のスペースシャトルの打ち上げでは、打ち上げ後約1分後の高度約11km（36,000フィート）で、最大q値が0.32気圧に達しました。^{[ 2] 動圧が最大}qに近づくと、 3基のスペースシャトルのメインエンジンは定格推力の約65～72%（ペイロードによって異なります）まで減速されました。 ^[3]固体ロケットブースターの推進剤粒子設計と相まって、燃焼開始から50秒後に最大qでの推力が3分の1に減少したため、機体にかかる総応力は安全なレベルに保たれました。

典型的なアポロ計画では、 qの最大値（0.3気圧をわずかに超える）は高度13～14キロメートル（43,000～46,000フィート）で発生しました。^{[4] [5]} SpaceXの ファルコン9でもほぼ同じ値が発生しています。^[6]

最大qポイントは、機体が最大の機械的ストレスを受けるポイントであるため、宇宙船の打ち上げにおける重要なマイルストーンです。

• プラントル・グラウエルト特異点
• 理想気体の法則
• 重力ターン
• 重力損失
• 等価対気速度- 宇宙船の最大qは航空機の最大等価対気速度に相当する。