高温と雷雨によりフライトが遅れる、夏の客室乗務員の安全ガイドはこちら →

夏の初め以来、我が国の北部の多くの地域は焼けつくような暑さに見舞われています。同時に、南部では長期にわたる雨や曇りの天候が続き、雷雨が頻繁に発生しています。

これは人々の生産活動に多くの不便をもたらすだけでなく、旅行の安全にも影響を及ぼします。高温と雷は、夏の航空業界で遭遇する最も一般的かつ最も困難な問題です。最近、私の周りの友人の多くが雷雨による飛行機の欠航や遅延に遭遇しています。高温と雷が飛行機の離着陸に影響を与えるのはなぜですか?どうすればそれを防ぐことができますか?

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1.暑さが怖いですか?飛行機も「熱」が怖い！

暑い天候における航空機が直面する最大の脅威は、不十分な揚力と高温によって引き起こされる構造的な熱応力の問題です。

ご存知のように、飛行機が飛ぶには十分な揚力が必要です。飛​​行機の揚力は空気の密度に比例します。つまり、空気の密度が大きいほど、揚力も大きくなります。標準大気圧下では、気温が50℃に達すると表面の空気は膨張により薄くなり、密度は20℃のときよりも10%近く低くなります。つまり、気温が上昇すると航空機の揚力が低下し、離着陸の安全性にも影響が出る可能性があります。

もちろん、ここでまだ議論する必要がある疑問が残っています。飛行機は高度 10,000 メートル近くを巡航することが多く、そこでの空気密度は地表の空気よりもずっと低くなります。飛行機が飛行を維持するのに十分な揚力を持っているのはなぜですか?

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これには揚力と飛行速度の関係が関係しており、つまり揚力は速度の二乗に比例します。高高度における航空機の巡航速度は通常800 km / hを超え、空気が薄い状況でも大きな揚力を得ることができます。飛行機が離陸したり着陸したりするときの速度は、時速200 ～ 300キロメートルにしかなりません。速度が低下すると必然的に揚力も低下します。この時期に気温が高くなり、空気の密度が下がれば、状況は間違いなく悪化するでしょう。

高温は揚力の低下に加え、航空機の構造的安全性にも悪影響を及ぼす可能性があります。航空機で最も一般的に使用されている構造材料は、アルミニウム合金などの金属材料です。製造および組み立てプロセスは非常に成熟していますが、温度が上昇すると強度が急激に低下します。さらに、機体のさまざまな部分は高温下でさまざまな程度に膨張するため、互いに拘束され、構造内部に新たな応力分布が生じ、構造がねじれたり変形したりして、安全上の危険が生じます。

高温に直面した場合、飛行を中止するほかに、次のような対策も講じることができます。まず、飛行機の乗客と貨物の数を減らして、航空機の重量を減らし、揚力の損失を補います。第二に、夜間の気温は日中よりも低いため、飛行を夜間に調整することができ、これは低緯度地域の多くの空港でも一般的に行われていることです。 3番目に、滑走路を延長して、航空機の離陸速度を向上させることです。

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2.雷は来ますか？飛行機：隠れます！

雷は通常、対流圏の積乱雲で発生しますが、大型旅客機は主に成層圏を飛行します。つまり、航空機が成層圏を巡航しているときには雷を心配する必要がないのです。しかし、航空機は離着陸時に対流圏を通過する必要があるため、雷に遭遇する可能性は避けられません。統計によると、世界中で毎日800万回の落雷が発生しており、固定ルートを飛行する航空機は平均して1年に1回落雷に遭う[1]。

雷によって航空機に生じる最も明らかな損傷は、燃焼、溶解、構造の変形です。雷電流が航空機の胴体を流れると、数マイクロ秒以内に膨大なエネルギーが伝達され、材料が溶解または蒸発し、航空機の構造が瞬時に損傷または変形する可能性があります。

目に見える損傷に加えて、雷は航空機の周囲に変化する磁場を作り出し、航空機の内部回路に誘導電圧と電流を発生させることがよくあります。現代の航空機には、飛行制御システムなどの高度な電子・電気機器が一般的に装備されており、コストと重量を削減するために、航空機部品は繊維強化複合材料で作られることが多くなっています。中でも、電子・電気機器は電磁環境の影響を強く受け、複合材料は金属に比べて導電性がはるかに低いため雷環境に対してより敏感です。より多くのエネルギーを吸収できるだけでなく、電磁シールド能力も非常に限られています。これらはすべて飛行の安全にとって深刻な脅威となります。

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雷に対処する最も効果的な方法は隠れることです。航空機に搭載された気象レーダーは飛行環境をリアルタイムで調査することができ、地上からの天気予報もパイロットが気象情報を得るのに役立ち、航空機は激しい雷雨のある地域から可能な限り遠ざかることができます。

しかし、現在の先進的な民間航空機は開発当初から雷対策が施されており、機体や機内設備の安全が確保されているため、正面から雷に遭遇しても過度に心配する必要はありません。耐雷設計において、燃料タンクは間違いなく最優先事項です。燃料タンクの燃焼や爆発を防ぐため、燃料システムは放電アークが直接付着する可能性が極めて低い場所に配置されます。燃料タンクと電気的に充電される可能性のあるその内部部品も、低インピーダンス経路として設計されています。こうすることで、雷電流が通過する際に発生する熱が大きくなりすぎず、部品間の隙間に電気火花が発生しにくくなります。同様に、航空機のフレームと外皮と構造の間も低インピーダンス経路として設計されています。

また、飛行機には避雷針が一般的に設置されています。航空機がエプロンに駐機しているとき、航空機の避雷針は地面に接続されます。航空機が雷に打たれると、避雷針が雷電流を地面に伝導します。航空機の垂直安定板、翼端など機体表面の突出位置には放電ブラシが装備されており、通過する電流を機体外部に瞬時に逃がすこともできる。

近年、興味深い研究により、航空機を「充電」することで、雷に打たれるリスクも軽減できることが示されています。科学者たちは、雷に打たれる前に、帯電した雲がまず機体の表面を分極させ、機体の片側に正電荷を多く、反対側に負電荷を多く抱え、双方向の電流を形成することを発見した。この電流のせいで、航空機は落雷に対して脆弱になります。そこで研究者たちはその逆を行い、航空機に充電システムを設置した。このシステムは、センサーを通じて機体内および機体周囲の電界を感知し、電界が落雷の臨界値に達する前に速やかに逆電荷を充電し、機体の双方向電流を未然に防ぎます。

3.夏の安全な飛行のヒント

現代の航空機を高温や落雷から守る技術は非常に進歩しています。飛行機に乗っているときに高温や落雷に遭遇しても、乗客は慌てる必要はありません。夏のフライトに関するヒントをいくつかご紹介します。

（１）夏の朝は比較的涼しく、雷雨は主に午後に発生し、午前中に発生することはまれです。したがって、朝のフライトは通常、高温や雷雨の影響を受けにくくなります。可能な限り、朝のフライトを利用することをお勧めします。

（２）空港付近の気象状況や飛行状況に十分注意してください。異常な高温や雷雨に遭遇した場合、フライトが遅れたり、キャンセルされたりする可能性があります。空港へ向かう途中は熱中症に注意してください。雷雨のときは、地上での移動を減らすために地下鉄やその他の交通手段を利用するようにしてください。

（３）夏季の異常気象により、飛行中に航空機が乱気流や向かい風に遭遇する可能性が高まる。航空機が激しい乱気流に遭遇したときは、必ずシートベルトを締め、手すりをしっかりと握ってください。

参考文献:

[1] 段沢民。航空機の雷保護の概要[J]。高電圧工学、2017、43(5):1393-1399。

著者: 朱磊、南京航空航天大学、航空宇宙推進理論および工学博士

査読者: Deng Xiaotao、AECC 湖南省動力機械研究所 シニアエンジニア

制作：中国科学普及協会

制作：中国科学技術出版社、中国科学技術出版社（北京）デジタルメディア株式会社