Avi:fs:ap
出典: Tariki
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オートパイロットの使い方(初心者)
ちょくちょく、直接きく話でも掲示板でも
「ILSに乗せるのが難しい」
というはなしをきく。え、ちょっと待ってよ。ILSってオートパイロット(AP)の権化で、APって楽するためにあるんじゃないの? それでもいつもAPに頼っていると、いろんなものを保持する技量が失われるし、たまには『空飛ぶ快感』を味わいたいから手動操縦するんじゃないの?
ということで、オートパイロットにまつわるさまざまなおはなしを書く。ちなみにここで書くのは主にFSXのLearjetのAPだが、FSXのAPのエンジンは共通みたいなので、パネルが異なっても通用すると思う。ただしもちろん実機のAPとは挙動が異なるかもしれない。それから、FMSは2002以降使っていないので、それと組み合わせるはなしはいまのところパス。
APの要素
よく飛行機を操縦(シムでも)しないひとは、オートパイロットってなんかすげーもんだと勘違いしているのを見掛ける。自動車の運転より数段階難しいといわれる航空機の操縦を、3次元上で、自動車で実現できていないフルオート離着陸まで実現できている (これはできていないことになっているが、実際はやろうと思えばできる)。しかし考えてみると、飛行機は静安定があり、きちんとトリムが取れていたら数十分装置に触れなくてもまあ飛び続ける。その上、自動車は数十秒手放し目隠しで運転したら何かにぶつかる (日本では。アリゾナのど真ん中とか、運転者が急死しても数十分走り続けたとかいうはなしをきいたので、こういうところでは自動車は飛行機に近い)。
先日、親父が買い換えた車をみてびっくりした。自動車でもほとんどオートドライブが実現できている。といっても高速道路に沿ってくねくね走るという21世紀の技術(20世紀人が考える)、というアレではない。アクセルから足を離しての定速走行 (あまっさえハンドルのカーソルキーでスピードがアップダウン)できるのだ。そんなのオートドライブか、といわれそうだが、航空機のAPの機能のひとつもまったくこれである。ハンドルを切る(方向のナビゲーション)はどうかというと、これもガイド(外部環境からの信号)があればできなくはない。友人の某エコカーなど、車庫入れが自動でできるという(そんなの使うより手でやったほうが早い、といっていたが)。位置はいったん横付けして覚えこませれば、外部要因ではないが車軸の回転数で位置は検出できる。ただし、自動運転は法律上問題があるとかで、ゆっくりアクセルを踏むとそれに従ってハンドルが自動的に回る、という仕掛けである。
前振りが長くなったが、航空機のAPは基本的に下記の作業しかしない。
- 速度を一定に保つ
- バリエーション(?)でエンジン回転数を一定に保つ
- 高度を一定に保つ
- バリエーションで高度が変化している間の降下・上昇率を一定に保つ
- 進路を一定に保つ
- バリエーションで、外部航法装置に向かって(から一定角度で)飛ぶように進路を保つ
だからFMSだGPS連動だ、といっても、これらの原始的な『オートドライブ』の入力を、ダイヤルを回して人間が設定するのではなく、さらに他の機器で操作しているだけである。
速度を一定に保つAP
これはオートスロットル(AT)といって、観測された速度が目標の(設定した)速度に一致するように、スロットルを上げ下げする機能である。なお制御工学的には、ただ『値を下回っていると上げる』のではいつまでたっても行き過ぎたり戻ったり振動して速度が定まらないので、『目標値との差でスロットルの増加・減少量をコントロールする』という比例(微分)制御、『目標値とのずれを過去一定時間蓄積させたものでスロットルの値をコントロールする』という積分制御も併用される。以下いろんな操作をAPがするときにもすべて、同じ原理に基づくが、いちいち書かない。
観測される速度はIAS (対気速度)であることが多い。GPSを併用すればほぼ正確な対地速度 (GS) も求まるが、歴史的には高度(空気の密度が薄くなるとIASはGSより下がって観測される)と、風の速度 (航空機進行方向の成分) を加算してGSを求めたりしてきた。
とはいっても航空機が失速・速度超過で壊れたりするのはGSではなくIASがある一定の値になった場合であるので、例えば着陸寸前に着陸速度にセットしておいて (よく接地してもATを切るのを忘れて往生したりするから注意)、人間は進路と高度のコントロールに徹する、などという使い方の場合は不便がない。航空法等で規定されている『高度いくつの場合は速度いくつを超えてはいけない』なんていう規定まで、速度はIASだったりするので、これまた不便はない (速度制限が安全のためではなく騒音対策のためであれば、追い風で速くなろうが向かい風で遅くなろうが、同じIASならほぼ同じ騒音の出方だろうから、これは合理的である)。
おそらく困るのは、距離をGSで割り算して時間を求め、おおよその位置を知る、という使い方であろう。だが風があって高度に対する目論見のGSが狂ったとしても、ATをある値にセットしてアラームを掛けて寝る、というわけにはいかないので(笑)、地測航法(地形を見て航行)で適当に修正すればよい。なにより外部航法装置までの距離とかGPSを併用しないで『速度×時間 = 距離』という小学生の算数みたいな飛び方をするのは無茶である。
回転数を一定に保つAP (っていうのかな)はレシプロのプロペラ機などにみられる。ジェットだとN1一定というのがあるみたいだが、同じようなものだ。どちらも(上記高度と風に加えて)上昇・降下率によって目論みIASさえ変わってくるので、いまとなっては何のためにあるかわからない。というか、制御が簡単だからまず最初にこちらがあったんでしょうね。あと経済的な回転数を保って(時間はどうでもいいから)エコな飛び方をするとか?
なお(実際どうなのか知らないが)FSXのLearjetでは、『SPD』と書かれたボタンを押していると、『AP』(オートパイロットマスタースイッチ)のON/OFFと関わらずATが作動する。つまり高度・進路を保つ後の2つのAPがAPであり、ATはAPじゃない、ということを失念していると、着陸した瞬間にAP(マスター)を切ったつもりが止まらない、という事故の原因なので注意。
高度を一定に保つAP
気圧高度計を参照しながら、高度が低ければエレベータを引く・高ければ押す、という制御をしてくれるAPである。『ALT』というスイッチでこの機能がONになる。あ、上に書いたけどその前に『AP』でマスタースイッチをONにしておかないと作動しない。それから、目標とする高度は設定してからALTをアクティベーションしないと、あらぬ高度に向かって上昇・下降することになる。
注意しないといけないのは、ALTは高度が低ければエレベータを引く・高ければ押す、ということだ。なんのこっちゃ、前の繰り返しやんけ(笑)。何を言いたいかというと、スロットルは制御してくれない、ということだ。エレベータを引くと(推力一定なら)速度は落ちる。したがって、その分補ってやりたければ、手でスロットルを開くか、AT(SPD)と併用しましょう、ということだ。これを忘れるとあっという間に失速する。
ここまでのはなしでは省略したが、ほかに上昇率・降下率の設定も重要である。つまり、ALTは目標の高度に至るまで設定された上昇率・降下率で上昇・下降するため、これを適切に設定してやらないとやはり推力が足りなくて落ちたり、オーバースピードで「ぼがーん」と爆発(笑)したりする。
なおLearjetのALT保持では、この上昇率・降下率の設定はVSと書かれているノブで行ない、設定値は上昇率計のバグでピンクに表示される (上昇率形に出ている数字は現在の上昇率であり設定値でないので安定するまでは一致しない・注意)。
ただし面倒なのは、いったん上昇・下降をはじめないとこの値が設定できないことだ。水平飛行やALTがOFFになっているとき上記のバグは0を指している。上昇・下降をはじめたら以前の値になるとかある値に初期化されるとかならまだ許せるが、とんでもない値にピンクのバグがジャンプして、なおかつそれが指しているのと異なる上昇・降下率で上昇・下降をはじめる、という挙動をする。ちょっとこれはFSXのバグっぽい(といっても昔からこうなんだよなーMSFSは)。
だから実際は、水平飛行していて高度を変更したり、手動で操縦していてALTの目標値を設定してALTをONにする前に、念仏のように上昇率・降下率を唱えておいて、ALTが有効になったらすかさずバグの値を読み取って、目標とする値までVSをいじる、という早急な操作が必要である。たぶん乗客は不快になるだろう(笑)が、機体が壊れたり目の前がブラックアウトするほどのgはかからないのでまあよしとする。ただし注意したいのは、8倍速とか4倍速のときにVSの値が目標値になるまでの間、急降下しちゃったり降下率が足りなくてATCに注意されたりすることがある。
それからLearjetに限っていうと、あまり非常識な値でない限り上昇率はてきとーでよい。私はまあ、2100 (ft/min)くらいで巡航高度に上がるようにしている。出力がかつかつな航空機 (あるいは思いっきり燃料を満載した国際線など) でVSの設定がてきとーだとどうなるかというと。ATとAP(SPD・VS一定)を併用して推力が最大になっても上昇率に達しないと、ALTは機首上げを行なう。それでますます速度が落ち、ついには失速に至る、ということである。ものの本には速度と上昇率 (だっけか) を同時に指定しちゃいけません、なんて書いてある。
Learjetはエンジンに余裕がある (実機でも商用ジェット機で上昇率の世界記録を持っていたことがあるらしい) 上に失速がかなり遅いため、2100ft/minくらいならば、だいたい30000ft以上まで駆け上がれる。まあ天候が悪くて速く雲の上に出たい、とかでなければ、無理に急上昇しても速度が落ちるので、これが経済的かどうかは別のはなしである。それ以上の高度になるとATががんばるが出力が上がらず(空気が薄いため)、なおかつIASも落ちてくる。だが40000ftくらいまではこのままでも失速速度の110kt IASを切ることは絶対ない(笑)。まあ苦しそうなのでちょっとVSを下げてやるか、という気持ちになってくる。定格最大高度の51000ftに向かうときは要注意。まあ燃料残にもよるが(50%以上燃料があるとそもそも高度が上がらない)、500ft/minくらいで上がっても速度が180KIASを切ったりするので、速度計をみながらVSを下げてくださいな。
なお角度一定で上昇・下降するモードというのは、確か実機でもエアバスのAPなどにはついていたはずである。事実上使うのは、巡航高度から最終着陸コースに下りてくるときに速度(GS)によらず3度降下したい場合が多いので、私はGPSからGSを読み取って、その値の半分(というか5倍)をVSにセットするようにしている。つまり着陸間際は140kt GS・700ft/minくらいなので、比例計算をすると14を7で割って2が3度降下の割合である(降下率2の法則)。したがって400kt GSなら40を2で割って20で降下率は2000ft/minくらい、280kt GSなら1400が適正降下率となる。実際はこれより大きな比率になるが、今度は残り距離と高度見ながら『3の法則』(別ページ参照) に従うようにちょこちょこっとVSを調整する。つまり高度を3で割って残り距離(21000ft降りるなら70nm)になるようにする。
方向を一定に保つAP
これの一番簡単なモードは、HDG (磁方位を一定にする) である。風が吹いて横向こうが、ひたすら目標の方位に戻るようにエルロンを切り続ける。だからHDG保持だけで飛んでいると、横風が吹いたら目標地点から流されることになる。
なお、エルロンを切り続けると書いたが、ラダーはふつうのAPでは操作しないようだ (エルロンはHDG ONなんかだとびくとも動かないが、ラダーは反応する)。これだけでは不愉快なフライトになりそうなので、私は (ふだんラダー連動は切っている) 軽くラダーを踏む手伝いをしてみたりするが、もともとLearjetではラダー連動にしなくても微弱な旋回ならそれほどお尻は滑らない(滑り計が動かない)ので、あまり関係ないかもしれない。実機ではエアバスなんかは『APが壊れたら』手動 (足動だ) で操作できる唯一の方向操作系らしいので、実際に連動していないかもしれない。
ただし挙動不審なのは、10度以上のバンクだったらひょっとしてAPがエルロンを操作するときラダーもいじっているかもしれないし、LOCで自動着陸するときに横風があったりすると、機体は水平にみえるのにちゃんと横向いてクラブになっていたりするので、FSXのAPがどういう操作を航空機に加えているかはちょっと断言できない。
それからFSXのLearjetではセットできないようだが (何か知らんが30度バンクしてくれる)、ターンするときの最大バンク角も選べる。これはFSXの他の機種、例えばB737なんかにはあるので、FSXのAPそのものは持っているがLearjetのパネルにインターフェースがないだけのようだ。
さてさて面白いのはNAV保持である (APP保持のことは次に述べる)。GPS/NAVがNAVモードになっていると、外部の電波航法支援施設に (基本的には) 一定角度で向かうように飛ぶ。ラジオパネルのNAV1でVOR周波数を選び、CRSダイヤルで目標に達するための方位をセットすると(表示は数字とコースポインタの外側の矢印でなされる)、その施設に対してその角度で突入するようにエルロンを切り続ける。コースポインタの内側の直線は、いま目標のコースからどれだけ左右にずれているかを示す。
GPS/NAVがGPSモードになっていると、GPSにセットした目標への経路の上をトレースするようにエルロンを切り続ける。コースポインタの外側は次に目標とする点の方位であり(したがってこれはCRSでセットした方位と関係なくリアルタイムで動く)、内側の直線は経路 (現在アクティブな経路はGPS表示上にピンクの直線で示されている) に対するずれを示す。
GPSに経路をセットする一番簡単な方法は、GPSのdirect toボタンを使うことである。目標点は(呼び出し方は省略するが)空港、ウェイポイント、VOR/NDBなどの施設を選ぶことができる。
さらにフライトプランナを起動してコースを作ってやると (これまた方法は略)、複数の直線からなる折れ線の経路をトレースすることができるので、簡易FMSとして使える。GPSにセットした目標点 (GPSではウェイポイントとよぶが航空路上のウェイポイントではないこともある・前述) を通過すると、次の経路(直線)がアクティブ(ピンク)になり、前の経路は白く変化する。
自動着陸してくれるAP
APのAPPモードは、前述のALTとNAVを組み合わせたようなモードである。ただし目標点としてはILSを利用する。NAV1にILSの周波数をセット、GPS/NAVはNAVに切り替えて適切な進入位置でAPPボタンを押すと、方位はILS (LOC: ローカライザ)の方向を常に向くようにエルロンを切り続ける。高度はILSのグライドスロープ (GS) の坂道に乗るように、常に降下率をコントロールすべくエレベータ (トリム) を押し引きする。前述のALT保持(VS保持)と同じような話で、これだけでは速度が上下してしまうが、ATと併用すれば滑走路端までは自動着陸が可能である。
なおCRSはLOCの方位をセットするのがふつうであるが、これは人間が滑走路方位 (緑の矢印) を認識しないといけないためであって、ILS自体はCRSの設定がてきとーでも常に正しく動作する (つまり滑走路端に向かって滑走路方位で進入してくれる)。
さてLOCおよびGSのキャプチャ、つまりILSが自動で作動するコースに乗せるのが、冒頭で述べたように難しい、といわれている行為である。このためにどうしなければいけないかというと
- 通常ILSに乗る点は、10nmくらいの位置である。
- FSXのILSはグライドスロープを上からしかキャプチャできない(実機はどうか知らない)。
- ということは10nmまでの間に、滑走路標高 +3000ftの高度にいて水平飛行していないといけない。
- この位置におおむねLOC方位プラスマイナス30度くらいで突入したい。
何もこれは難しいことでもないと思うのだが、どうしてもうまくいかない場合はまず、ILSは使うけど人間APになって練習することをお勧めする (人間オートパイロットっておかしいよな。人間のパイロットの代わりだからオートパイロットなのであって)。
まずステップ1はLOC 10nmに30度で突入する、という練習である。こんなの精密に10nmの位置で精密に30度でなくてもよいのだから(そこに精密に進入しなければならないならILSに乗るためのILSが必要だ(笑))、だいたい目視でもよい。ちなみにGPSを20nm程度以下のレンジにしておくと、ILSが緑に表示されているが、この尻尾の切り欠きがだいたい10nmの位置である。空間を把握しながらだと結構簡単に進入できるでしょう。APを切って手動でLOCを追跡しているときは、結構30度のオフセットでも行き過ぎてしまうものである。GPSをみながら見込みで曲がり始めてもよいが、まあ行き過ぎたらその分戻し過ぎないようにして戻す。みっともなく行ったり来たりしても、そのうちコースポインタ中央に持ってくることができるでしょう。
ステップ2はGS 10nmに+3000ftで突入する練習である。このときまでにフラップは20度か40度に下ろして(Learjetの場合)、速度は140ktくらいにしておく。緑のGS目盛りが上から降りてきて中央に達したら、GSの三角形を追跡するように下っていく。私は通常、20度フラップで140ktにしておくが (N1が55%超くらい)、こうしておくとグライドスロープをキャプチャしたときに同時にフラップを40度に下ろせる (40度フラップで150ktを超えていてはいけないため)。降下しはじめたら出力を絞る (40度フラップ140ktで800ft/minになるのでN1が52%くらい)。なお手動でGSを追跡しようと思ったら、考えなくても(通常の降下と同じような感覚で)スロットルを絞ったりの調整はできるものであるが、APを使っているときは機首がGSに合わせてかくんと下がり始めるので、速度超過はともかく早めに絞り過ぎないように注意。最終的に滑走路端では135ktまで落としたいので、適当なところでN1は48%まで絞る (といっても速度をみながら適当に調節してくれい)。
ステップ3ではLOC・GSの両方とも手で追跡してみる練習をするが、曲がり始めるのと機首を下げるのが同時だとパニックになるので (特に曲がっているときやや出力を上げるが、それと機首下げで出力を下げるのが同時だとわけがわからなくなる)、まずLOCをキャプチャし、次にGSに乗る、というようにするとよい(ステップ1・2と同じような経路で、+2500ftくらいで水平飛行してLOCを捕まえると、GSに乗るタイミングが遅くなるので順番にできる)。
ここまでできたらAPの気持ちは分かると思うので、APが困らないように進入することができるはずである。通常はHDG保持・ALT保持で進入するが、APPを押しておいてLOC・GSをキャプチャするとそれぞれ、HDG・ALTのランプが消えるので、キャプチャしたことはわかる。
なおAPPを押すタイミングであるが、FSXの他のAPの機能は結構賢いので的確に目標値になるよう制御してくれるのに、どういうわけかLOCは単純な差分制御をしているのか(あるいは係数が足りないのか)、必ずオーバーシュートしてくれる。つまりLOCを捕まえるのは結構早いのに (コースポインタの中央の直線が動くのが目で見て分かる前に舵を切り始める)、曲げ量が足りなくて30度オフセットではオーバーシュートしてしまうのである。まあ10nmもあればさすがに修正を重ね、5nmくらいではどんぴしゃになるのだが、私は気持ち悪いから手で方位だけ大体合わせ、5度オフセットくらいでコースポインタもかなり中央に来てからAPPをオンにする(したがってGSよりかなり前でLOCをキャプチャする)。
GSを下からキャプチャするはなしであるが、上空からずっと3度降下を保って降りてきたりすると、ILSの電波を捉えたとときに既にGSの三角形が中央付近にあって慌てることがある(笑)。このまま三角形を追跡するように手動で着陸すればよいのだが、APで楽をしようと思ったら、いったん降下率を上げてGSより下に出て、水平飛行 (ALT保持) に切り替えてからAPP保持を押さないといけない。
それからILS着陸は遠回りになるのは実機でも仕方がないこととされているが、私はいらちなので(笑)ILSが使えることが分かったら、実は5nm・+1500ftくらいから進入を始める。LOCが中央に捉えられ動かなくなって、GSをキャプチャしたらほとんどすぐにAPP保持も切って、速度は大体N1で合ってしまうのであまり気を遣わないが、コースを手で合わせることに専念する。
あと(別ページでも書いたが)ILSはどこかで切らないといけない。FSXではゲームのインターフェースの都合上、コントローラのスロットルやトリムがハード的に動いてくれるわけではないので、私は1000ft以上で切るようにしている。つまりAPをディスコネクトしただけでは、スロットルは最後にAPがいじった値になっているため、その値をみておいて急速にコントローラのスロットルをその値にするようにする (コントローラのスロットルをいじるまではN1は変化しないが、いじるとその瞬間にいじった値になる)。
トリムも+0に戻さないといけない。APを切った瞬間(これはALT保持を切った瞬間も同じだ)機首が上がり下がりするので、おおむねトリムの値をみておいて、+ならちょっとエレベータを引いて(-なら押して)から切る。私が使っているコントローラはハードウェアトリム(つまりトリムダイヤルをいじるとFSのトリム値に入力されるのではなくエレベータの押し引きに加算される)があるため、別にFSのトリム値を0に戻してやる操作が必要である。それから表示されているトリムの値(トリムボタン+/-で変わる値)を姿勢を変えないように+0に戻す。結構これに時間がかかる(といっても5秒くらいか)ことがあるため、早めに切ることにしている。ハードトリムがないコントローラではトリムダイヤルを0付近でくりくりっと動かすだけでよいだろう (急速に姿勢が変わるかもしれないが)。
