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ここでは、ＦＡＡ自家用操縦士学科試験問題の中から、質問の多い問題を解説しています。

今回は、固定翼機の主翼に装備されているフラップに関する問題です。

例題

9.PLT473
What is one purpose of wing flaps?

A) To enable the pilot to make steeper approaches to a landing without increasing the airspeed.
B) To relieve the pilot of maintaining continuous pressure on the controls.
C) To decrease wing area to vary the lift.

日本語訳

9.　PLT473a PVT
翼のフラップの役割のひとつとして、

A) 対気速度を上昇させることなく急角度の着陸進入を可能にする
B) 操縦装置を保持し続けるための力を軽減する
C) 揚力を変化させるために翼面積を減少させる

解答

A) 対気速度を上昇させることなく急角度の着陸進入を可能にする

フラップの概要

フラップは主翼の後縁に装備されていて、翼断面（エアフォイル）のキャンバーを変化させることにより、同一迎え角時の揚力を増加します。同時に誘導抗力も増加します。

着陸進入時にフラップを展開すると、機首を下げて（ピッチ・ダウン）滑走路が良く見える状態でも、対気速度が上昇せず、所定の進入速度を維持することが出来ます。

また、フラップを展開することにより、エアホイルがキャンバーの大きい低速に適した形状となり、失速時の対気速度を低くすることが可能です。

フラップの種類

Four Common Types of Wing Flaps

プレーン・フラップは構造が簡単で、後縁部全体を下方向に曲げることにより、キャンバーの湾曲を大きくして揚力を増加させます。同時に誘導抗力（Induced Drag:揚力発生に伴う空気抵抗）が増加するとともに、風圧中心が後方に移動するため、機首下げモーメントが発生します。

スプリット・フラップは、後縁の下面のみを分離（Split）して下方向に動かす構造で、プレーン・フラップに比べて若干揚力を多く発生します。またフラップ展開時に風圧中心の移動が少なく、ピッチの変化が少ない特徴があります。しかし、後縁の直後の空気の流れが乱れるために多くの抵抗が発生します。

スロッテッド・フラップは展開時に主翼とフラップの間に隙間（Slot)が出来る構造で、主翼下面の高圧気流がスロットを通りフラップの上面に沿って流れるため、空気の剥離を遅らせるとともに揚力を増加させる特徴があります。現在の飛行機では最もポピュラーな形式です。

ファウラー・フラップはスロッテッド・フラップの一種で、展開時にフラップが後方にせり出すようになっています。これによりキャンバー形状を変化させるだけでなく、翼弦長（コード）を大きくし主翼の面積を増大させます。展開量が小さいときは抵抗の増加が少ない状態で揚力を増加させ、さらに展開していくに従い、揚力の増加量は減少し、抗力の増加量が増大する特徴があります。ファウラー・フラップは1924年に米国陸軍のHarlan D. Fowlerが発明し、現在は大型の旅客機に採用されています。

問題の解説

Aが正解。
Bはトリム・タブの説明。トリム・タブは動翼の後縁部に取り付けられていて、固定式のものと操縦席から操作可能なものがあります。セスナ152にはラダーに固定式のものが、エレベーターに可動式のものが装備されています。エレベーター・トリムは操縦席のホイールを操作することにより、コントロール・プレッシャーを抜いて、操縦を楽にしてくれます。
Cは不正解。フラップは翼断面の形状を変化させて揚力および抗力を増大させます。ファウラー・フラップのように翼面積を大きくするものもあります。

まとめ

フラップの種類の項で述べたように、フラップを展開すると風圧中心が後方に移動するため、ピッチダウンのモーメントが発生します。しかし実際にはフラップ展開時のピッチ変化は機体によって異なります。

セスナ152などの高翼機はフラップ展開時に誘導抗力が胴体上部に取り付けられた主翼に作用するために発生する機首上げモーメントや主翼後流の吹きおろし（ダウン・ウォッシュ）が水平尾翼を下に押すため機首上げとなる傾向が顕著です。

またパイパーチェロキーなどの低翼機はフラップ操作時にピッチ変化が少ない、あるいは機首下げ傾向があります。これは前述の風圧中心の後方移動、誘導抗力が胴体下部に取り付けられた主翼に作用することによる機首下げモーメントおよび主翼のダウン・ウォッシュが水平尾翼に作用しないため（特にT尾翼機）です。

ここでは、ＦＡＡ自家用操縦士学科試験問題の中から、質問の多い問題を解説しています。

今回は、飛行場標識に関する問題です。

例題

19 . PLT141
A left turn at this intersection would place the aircraft

26-8

A) ready for a runway 26 intersection takeoff.
B) on the taxiway leading to runway 26.
C) ready for a runway 8 intersection takeoff.

この標識のある交差点で左折した場合、航空機が位置するのはどこですかという問題です。

解答は（C)の滑走路8途中からの離陸待機状態

解説

airport_signs

上の図は、飛行場の標識の抜粋です。赤地に白文字の標識は、その先に行くためにはATCの許可が必要です。
サンプル標識 ”26-8” は、前方に滑走路26（8）があることを示していて、現在航空機は誘導路上または交差する滑走路上にいます。

下の図は、設問における航空機の現在位置を表しています。（説明のため地図を逆向きにしています）

rw26-8

航空機は今、誘導路G上にいて、前方には滑走路があります。滑走路入り口付近には赤の標識（26-8）が設置されています。
航空機は誘導路Gから滑走路に許可なしに進入してはいけません。

rw_boundary

左図は誘導路と滑走路の境界の路面上に設けられたマーキングです。誘導路側は実線、滑走路側は点線で表されていて、誘導路側から許可なしに進入不可、滑走路側からは許可を受けずに退出可能です。

ATCから許可をもらい、誘導路から滑走路に左折して進入すると、航空機は滑走路8の途中に位置することになります。
ちなみにATCは「Cessna 1234A Runway 8 Line Up and Wait」と言ってきます。

パイロットは左折して滑走路に進入して滑走路にアラインし停止します。

結論

飛行場標識で赤地に白文字のものは、（Mandatory Instruction Signs）といって、ATCからの許可を受けなければこの位置から先へ行ってはいけないことを表しています。

飛行場標識で黒地に黄文字のものは、（Information Sign）といって、現在地（滑走路・誘導路）、滑走路の残距離、滑走路・誘導路への方向（矢印があるもの）を表しています。

26-8

今回の問題で使用された標識は、ミニチュアの滑走路だと考えればわかりやすいと思います。滑走路を左から右に使用する場合は（26）、右から左に使用する場合は（8）となり、問題では航空機は滑走路を右から左に使用するので、誘導路から左折した時は、滑走路8に進入となります。

ここでは、ＦＡＡ自家用操縦士学科試験問題の中から、質問の多い問題を解説しています。

今回は、航空工学の問題です。

例題

86. H928 PVT
A precaution for the operation of an engine equipped with a constant-speed propeller is to
A) avoid high RPM settings with high manifold pressure.
B) avoid high manifold pressure settings with low RPM.
C) always use a rich mixture with high RPM settings.

定速プロペラを装備しているエンジンの運用で、注意しなければならないのは次のどれですか？

A)高い吸気管圧力で高いエンジン回転数を避ける
B)低いエンジン回転数で高い吸気管圧力を避ける
C)高いエンジン回転数のときはいつも濃い混合気にする

答えは(B)の低いエンジン回転数で高い吸気管圧力を避けるです。

その理由を以下に説明します。

まず、下の図をご覧ください。

engine_control

エンジンコントロールのレバー群です。
一番右の赤いノブがミクスチャー・コントロール・レバー。
左隣の青いノブは、プロペラ・コントロール・レバー。
そしてその左側の黒いノブが、スロットル・コントロール・レバーです。

ミクスチャー・レバーは、ガソリンと空気の混合比をコントロールします。手前にスライドするほど、混合気はリーンに（薄く）なります。

プロペラ・レバーは、ガバナー(調速機)に接続されていて、プロペラのピッチ/エンジンの回転数をコントロールします。Lo側（手前方向）にスライドするほど、プロペラのピッチ（ひねり角度）は大きくなり、その結果エンジンの回転数は低くなります。

スロットル・レバーは、キャブレーター（スロットル・ボディ）のスロットルバルブに接続されていて、奥にスライドするとスロットル・バルブが開き、より多くの混合気(空気)が吸気管に入るため、吸気管圧力は大気圧に近づきます。（吸気管圧力は高くなる）

上図において、各レバーの状態は、ミクスチャー・フルリッチ、プロペラ・フルフォワード、スロットル・アイドルになっています。

問題の考え方

turbocharged_engine

選択肢(A)の状態：　高負荷・高回転の状態で、離陸時に最大のパワーが必要な場合の運転です。レバー位置は、スロットル・レバー、プロペラ・レバーともにフルフォワード（奥に押し込んだ状態）の位置。プロペラの抵抗が少なく、スロットルが全開なので、混合気がシリンダー内にどんどん入っていく状態。また、プロペラピッチが浅く、抵抗が少ない状態なのでエンジン回転数・吸気管圧力共に高くなります。

選択肢(B)の状態：　高負荷・低回転の状態で、プロペラのピッチ角度が過大、しかもスロットルバルブが大きく開いた状態の場合です。

自動車に例えると、トップギヤで急坂を登ろうとする場合と同じです。

エンジンに掛かる負荷が大きすぎて、回転数（RPM)を上げることが出来ない、スロットルバルブは開いているので、吸気管圧力は高くなっています。

この状態で運転を続けると、エンジンの燃焼室の圧力が上昇することにより、燃焼室の温度が上昇し、デトネーション（異常燃焼）によるノッキングが発生する原因となり、最終的にはエンジンにダメージを与えてしまいます。

したがって、定速プロペラを装備したエンジンでは、低RPM状態で吸気管圧力が高い運転は避ける必要があります。

実際に操縦をするときに気を付けなければいけないのは、各レバーの操作順序です。

エンジンの出力を上げるときは、最初にプロペラ・コントロールレバーをフォワード側にスライドしてエンジンの回転数を上げてから、スロットル・レバーをフォワード側にスライドして吸気管圧力を高くします。

逆に、エンジンの出力を下げるときは、最初にスロットル・レバーを手前にスライドして吸気管圧力を下げてから、プロペラ・コントロールレバーを手前にスライドさせてエンジン回転数を減少させるようにします。

最後に、選択肢(C)の”高いエンジン回転数のときはいつも濃い混合気セッティングにする”ですが、回転数にかかわらず、適切な混合気セッティングにすることが必要です。

少し濃いめの混合気は、エンジンの冷却を促進するので、安全を考えると、薄すぎるよりはエンジンにやさしいと言えますが、これも程度問題で、濃すぎる状態で運転を続けると、スパークプラグがカブった状態になり、エンジン不調の原因になります。

まとめ

固定ピッチプロペラは、エンジン回転数の増減により出力をコントロールしています。離陸時、巡航時ともに同じピッチ角度なので変速機が固定された自動車を運転するのと同じで、効率が良くありません。

定速プロペラは、操縦席からプロペラのピッチをコントロールできるので、離陸時は浅いピッチ、巡航時は深いピッチにして、エンジンのトルクが大きい回転数を維持しながら運用することが出来ます。

また、定速プロペラは一旦セットすると、ガバナーによって、エンジンの負荷に応じ自動的にプロペラピッチをコントロールします。

例えば、水平飛行中に機首を上げ、エンジン負荷が大きくなるとプロペラのピッチを自動的に浅くして、エンジンの回転数が減少するのを防止します。逆に、機首を下げ、エンジン負荷が小さくなるとプロペラのピッチを自動的に深くして、エンジンの回転数が増加するのを防止します。

このようにして、エンジンの一番効率の良い回転数を維持することにより、固定ピッチプロペラ装備機よりも高い性能と良い燃費を実現することが出来ます。

おわり