航空機の重量が上昇性能に影響を与える理由

最大総重量で飛行機を操縦したことがある人なら、軽装のときに比べて上昇性能が低下していることに間違いなく気づいているはずです。それはなぜかというと…。

上昇性能に影響を与える要因
プロペラ機の場合、上昇性能は機体の余剰出力に直接依存します。

ここでいう余剰出力とは、水平飛行を維持するために必要な出力よりも、エンジンが持っている予備の出力のことです。余剰出力は運動エネルギー（対気速度）を位置エネルギー（高度）に変換することも意味しますが、それは別の記事で説明します。

余剰出力は、重量、高度、機体構造の影響を受けます。飛行計画によって、これらの要素が複合的に作用し、上昇性能が上がったり下がったりします。

FAAによると、”重量の増加、高度の上昇、着陸装置を下げる、フラップを下げることは、全ての航空機で過剰推力と過剰出力の両方を減少させる “とのこと。従って、これらの条件下では、最大上昇角（Vx）と最大上昇率（Vy）の性能が低下する” (FAA PHAK 11-8).

重量は大きな違いを生む
航空機の重量は性能低下の最も大きな要因の一つであるが、その理由は「航空機が重くなったから重力に打ち勝つためにパワーが必要になった」という単純なものではない。

機体重量の増加は、2つの方法で上昇性能に影響を与える。

1）重量が変わると、抗力と必要なパワーが変わる。

2) Vyを達成するためには、より速い速度で飛行する必要があるのです。

重量の増加＝AOAの増加
航空機の重量が増加すると、航空機の重量増加に対抗して、より多くの揚力を発生させるために、より高い迎角で飛行する必要があります。このため、翼の誘導抗力と機体全体の抗力が増加します。

下の画像のように、フラップを伸ばすことでAOAを大きくするのと同じ原理です。

では、その抵抗の増大は、上昇性能にどのような影響を与えるのでしょうか。

抵抗の増加を克服するためにはパワーが必要です。このトレードオフは、重い機体では上昇に使える予備パワーが少なくなることを意味します。

重量が増えるほど、より速く飛ぶ必要がある
Vyとは最高の上昇速度で、重量によって変化します。ほとんどの航空機のPOHは最大総重量でのVyしか公表しておらず、確かにVyはほとんどの航空機で重量によって大きく変化することはありません。

とはいえ、下の図を見ると、重量が増えるにつれて、必要な馬力の曲線（灰色の曲線）が上に、そして少し右に移動しているのがわかりますね。

飛行機が重くなればなるほど、本当にVyを達成するためにはより速く飛ぶ必要があります。しかし、あなたのPOHは最大総重量のVyを公表していることが多いので、覚えておいて下さい。ですから、最大重量を下回っている場合、重量調整されたVy速度を達成するためには、公表されているVyより遅く飛ぶ必要があります。

Vyが重量で何ノット変わるか？これを計算するには比較的複雑な計算が必要ですが、一般的な法則としては、最大総重量を100ポンド下回るごとに、Vyを1ノット減少させることになります。