飛行機に積む燃料の量はどのように決めているのでしょうか?

ひとことで飛行機の重量と言っても、「自重」「最大離陸重量」「ゼロ燃料重量」など様々な諸元があります。

今回は、これらの重量との関係が深い燃料について考えてみようと思います。

飛行機の燃料は飛行し続ける限り消費していくので、飛行機の重量は減り、重心位置も移動することになります。そのため、搭載燃料の管理は飛行するための重要な要素のひとつとなっています。

まず、民間航空機の燃料タンクの大半は主翼にあり、飛行機の重心位置はこの主翼面上に存在しています。従って、燃料タンクの位置と重心位置とは大きくかい離することはありません。

ちなみに、飛行中は飛行機の主翼には上向きの力である揚力が発生します。

この揚力は飛行機の重量を支える程の上向きの力となるため、主翼への構造的な負荷は相当に大きいものとなるのです。

そこで主翼に燃料を入れて燃料自体の下向きの力を主翼に加えることで、主翼にかかる上向きの負荷と相殺することになり、主翼の構造に対する負荷を軽減することが可能となります。

もちろん、燃料タンクに燃料を満載することは可能ですが、燃料を満載することで起こる問題があります。

まず、航空機の重量は大きく「航空機の自重」「旅客」「貨物」「燃料」を合計したものになっています。これらの重量の合計が「最大離陸重量」を超えないよう、航空機全体の重量を管理しなければなりません。

したがって、必要以上に燃料を搭載すると、旅客や貨物を充分に搭載できずに飛行機の自重が最大離陸重量に達してしまうというような状況が発生する恐れがあります。

実際の運航では、飛行距離、旅客、貨物を総合的に勘案した必要燃料を計算するため、航空機の重量は常に最適に管理されているといえるでしょう。

ちなみに、旅客と貨物の合計をペイロードといいますが、これについても搭載できる許容範囲が設けられているため、その管理も航空機の重量管理の重要な要素のひとつとなっています。

では、必要な燃料はどのように計算するのでしょうか?

飛行機の燃料消費量については航空機メーカーからの情報に基づき、速度、高度、飛行機の重量等から計算することができるため、1回の飛行で消費する燃料はどれくらいになるか算出することは容易なことです。

航空機の搭載燃料は必要な分しか搭載しません。

大きくは「地上滑走で使う量」「目的地までの飛行に使う量」「イレギュラーに備えて目的地から代替空港までの飛行に使う量」「ホールディングに備えて搭載する量」、等が航空法で決められているものですが、大きくはこれらの合計の量が搭載されます。

余分な燃料を搭載すると飛行機の重量が増え、その分だけ燃費が悪くなることから、更なる燃料の搭載が必要となるため、必要となる量を搭載するようになっているのです。

しかし、実際には天候の変化や不測の事態で計画よりも燃料を消費することも考えられるため、先述の燃料に加えて余分に搭載することが航空法で定められています。

これをContingency Fuelといい、例えば想定と異なる向かい風や追い風によりフライトプランに差異が生じたり、目的地の天候悪化で上空で着陸のために待機するというようなことが想定されますが、このような状況を考慮しても、燃料タンクに満杯まで搭載するということは実際には稀なことなのです。

ちなみに、ジェット燃料の特性で燃料の容積が温度により変化するため、飛行機の燃料表示は容積ではなく、重量の単位であるポンドやキログラムが用いられています。

容積に基づいて給油すると、氷点下以下で給油した1リットルと暑い地域で給油した1リットルの容積が異なることになります。これに対する対策が、重量に基づき給油すると同じ質量(熱量)で給油するという方法。

このように、必要燃料は航空法に定められた基準に基づき様々な要因を考慮して決められています。

余分に積み過ぎれば旅客や貨物の搭載可能量が減るだけでなく、飛行機の自重が増えて燃費が悪くなり運航効率の低下を招く要因となりますし、必要燃料ぎりぎりで離陸することは安全に関わり、結果的に燃料が足りずに別の空港に不時着するということもありえます。

より精度の高い必要燃料の計算でペイロードの増加、そして燃費の向上が見込まれるので、航空会社では様々な努力で必要燃料を少なくすることを試みているのです。

例えば、フライトプランと実際に消費する燃料との乖離を少なくするために日々の運航データを収集。

フライトプランを作成する段階で予備飛行場をどこにするか決め、その段階で追加しなければならない予備燃料の量を算出することができます。天候やフライトの時間帯などによっては、出発地に引き返す想定になることもあります。

さらに、向かい風や追い風が燃料消費データにズレを引き起こす要因となります。風の有無だけでなく速度も毎日のように変わる上、同じ日の同じ場所でも高度によって違うこともあります。

そのため、計算こそは機械的にするとしても、その日の天候状況に合わせて「向かい風が強いから燃料を多めに」といったような人間の判断をプラスしなければなりません。

この他、ホールディング、つまり目的地の飛行場まで行ってみたら混雑していたとか、視界不良というような理由で着陸できず、旋回しながら上空待機させられることも。

こればかりは実際に現地に行ってみないと分からないため、ホールディングに備えた予備燃料も必要になります。

とはいえ、タンクには制限がありますし、無駄に積むとそれだけ燃費が悪くなるため無限大に積むわけにはいかないので「何分間の待機に備えた燃料量」を算出して上積みするのです。

このように、さまざまな要因を考慮に入れなければ必要な燃料の量を決めることはできません。実際の飛行では気象条件などの悪化で予想していたよりも余計に燃料を消費することはよくあることです。

そのため、パイロットは燃料不足に陥らないようにフライト中は常に残り燃料をチェックしています。燃料に限らず、飛行機の状態を常に確認することはパイロットの重要な仕事のひとつ。

特に、飛行機の操縦がほぼ全て自動化された現代においては、機械が正常に機能していることを確認する行為はパイロットの主要なタスクとなっています。

現在は2人のパイロットで操縦することが主流となっていますが、オートパイロットの技術が更に進化してパイロットが必要なくなる日が来ると、燃料の量も地上からモニターすることになるのかもしれません。

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