航空機の速度を測るのに使われるピトー管の動作を解説した動画がとてもわかりやすかったので紹介します。
ピトー管は圧力差を利用して航空機や船舶の速度を測る装置というところまでは昔から知っていましたが、この動画を見ると速度だけではなく昇降計や高度計にも使われているのがよく判ります。
この記事の目次
ピトー管の役割
速度、高度、昇降計はピトー静圧系統を利用しています
私はピトー管という言葉しか知らなかったんですが、航空機の場合はそのほかに静圧孔というパーツと連携して、圧力差を測定しているようです。
これをPitot Static Systemといい、ピトー静圧系統と訳されています。
ピトー管と静圧孔
ピトー管は、小型機の場合主翼の下についていることが多いようです。
ピトー管は簡単にいうと、機首の方向に突き出た棒で、その先端に孔があいています。飛行機が飛ぶとこの孔から空気が入ってくるので管の中の圧力が上がります。
これを測定することでスピードが判る、というのが簡単な原理です。
でも、ピトー管だけでは正しい速度を測ることはできません。そこで静圧孔というパーツを組み合わせて使います。
静圧孔は基準になる圧力を測定する
なぜピトー管だけでは正しい速度を測れないかというと、空気の圧力が高度によって違うからです。
低いところではもともとの圧力が高いのに対して、高いところを飛ぶと気圧が低くなるので単純にピトー管が受ける圧力をみただけでは正しい速度がわかりません。
そこで静圧孔で基準になる空気圧を測っておいて、ピトー管が受ける風圧との差を割り出すことで、飛行速度を測るしくみになっています。
静圧孔は飛行するときの風の圧力を直接受けないように、機体の側面に設置されています。
ピトー管と静圧孔
高度や上昇／加工もピトー静圧系統で測定する
高度計は静圧孔で測った気圧を反映する
飛行速度に比べると、高度計は判りやすいですね。
飛行高度による圧力の違いがそのまま高度差なので、静圧孔で計った値が高度ということになります。
動画によると、高度計の中には圧力で大きさが変わる風船のようなパーツが入っていて、これが膨らんだり縮んだりすることで高度の変化を表わしているようです。
飛行機が上昇して周りの気圧が下がると、この風船のようなパーツが膨らむのでそれが高度計の針を動かします。
降下して周りの気圧が下がると、風船がしぼむので高度計の針はゼロに近づくという意外に簡単な仕掛けです。
ただし、標高の違いによる気圧の差を調整したり、気圧配置によって基準になる気圧が変わってくるので、それを較正できるようになっています。
昇降計のしくみ
上昇や下降の速度を表す昇降計(VSI）もピトー静圧系統を使って測定した圧力変化を表示しています。
ダイアフラムというパーツの中の圧力と、ケースという別のパーツの中の圧力を測定ししますが、ダイアフラムのほうの圧力はすぐに変化するのに対してケースのほうの圧力はゆっくりと変化するようになっています。
ふたつのパーツの中の空気圧が揃っていれば高度変化はなし、つまり上昇も下降もしていない水平飛行です。
飛行機が上昇すると圧力（気圧）は下がりますが、変化が早いダイアフラム内のほうが先に圧力が下がって、ケース内の圧力はゆっくり下がります。
このふたつの圧力差のズレが上昇の度合いを表します。
上昇したあと水平飛行に移ると、ふたつの圧力はどちらも上昇前よりは下がっていますが、ふたつの圧力には差がない状態になります。
キャリブレーションの大切さがよくわかる
ピトー管が速度を測っているということだけは昔から知っていましたが、実際にどのような原理なのかはまったく理解していませんでした。
高度計も気圧を測っているということだけは知っていましたが、昇降計も含めて、ピトー静圧系統というひとつの装置だけですむようにうまく設計されているのがわかりました。
気圧を利用していることが判れば、昇降計の動きが遅れてくるのも理解できます。
同時にキャリブレーション（較正）が大事なこともよくわかりますね。