_ [航空] ベイパーに関する話

梅雨の時期に撮影した飛行機写真の中に、ベイパーが後方乱気流で乱されているものがあったので、これをネタにしてみる。

まずはベイパーについてだが、ベイパー(vapor)とは、飛行機の翼の端/上面やフラップ端に出る白い雲状のものである。湿度の高い日の飛行機の離陸や着陸の際によく見られる。民間機では、離陸時や着陸の際に翼やフラップ端などに多く見られ、戦闘機では、高機動飛行などで急なGがかかるような状況で発生しやすい。また、機種や翼の形状などによってもベイパーの出やすさは異なる。

原理としては、翼端やフラップ端では翼の上面と下面の気圧差によって、翼端渦(tip vortex)という渦が起こっており、その中心では断熱膨張により気圧と温度が下がる。これによって、空気中に溶け切れない水蒸気(飽和水蒸気)が目に見えない小さな水滴の粒となって、雲が発生する。実際の雲の生成過程や、発射後のペットボトルロケットの中に雲が発生する現象と同じである。なお、ベイパーは一時的な低圧の空気によるものなので、時間がたつにつれて消失する。

撮影に向いている条件としては、梅雨時のように、湿度が高く、気温が高めの日が良い。ただし、雨が激しい場合は撮影に向かないので、小雨のときや、雨が上がって蒸し暑いときがチャンスだ。ベイパーの出やすさは機種(翼)によっても異なるが、基本的には、離着陸速度の速いジェット機でよく出る。雨の日向けのカメラグッズもたくさんあるので、小雨の日にも躊躇せず出かけよう。

なお、渡り鳥がきれいにV字や斜め直線に伸びた編隊で飛行をするのは、隣の鳥による翼端渦による上昇気流をうまく利用して、省エネ飛行をするためあのような形になるらしい。実際の飛行機でも、航空路はほぼ一定なので、一番上昇気流を利用できるような間隔で飛べば、長距離便とかの飛行機の燃費が良くなるという理論研究が行われているようです。

  
  
飛行機雲 - Wikipedia
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%A3%9B%E8%A1%8C%E6%A9%9F%E9%9B%B2
Wingtip vortices - Wikipedia, the free encyclopedia
http://en.wikipedia.org/wiki/Wingtip_vortices
飽和水蒸気量 - Wikipedia
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%A3%BD%E5%92%8C%E6%B0%B4%E8%92%B8%E6%B0%97%E9%87%8F
高層大気の気象データ(湿度の年変化)
http://www.kousou-jma.go.jp/obs_second_div/taikidata/u2.html
湿度とは何か？なぜ、結露は起きるのか？
http://www.mokk.co.jp/siltuke/2.html
月と雁　雁のV字編隊飛行　ねぐらへ
http://www3.famille.ne.jp/~ochi/izunuma/magan-3.html
知識の宝庫！目がテン！ライブラリー
http://www.ntv.co.jp/megaten/library/date/04/02/0201.html

_ [航空] 後方乱気流についての話と動画

さきほどの、ベイパーの話にも通じるが、飛行機の上面と下面の気圧差によって、翼端を中心とした後方乱気流(wake turbulence:ウェークタービュランス)が発生する。飛行機を後方から見て、右の翼端では反時計回り、左の翼端では時計回りの大きな渦が発生し、飛行に沿って後方に広がる。これは、下のリンクにあるNASAの行った後方乱気流に関するテスト動画を見れば良く分かるだろう。

この後方乱気流は、後続の小型機や大型機でさえも墜落させてしまうほど影響が大きく、大型ジェット機の離陸などで、前の機が離陸してから2-3分ほど待ってから離陸するのはこのためである。また、この後方乱気流は、数百フィート/分で地面に降りて広がり、風によって流される。飛行機の着陸が上空間近に見える場所では、飛行機の通過後にシュルシュルという後方乱気流の音をちょくちょく聞くことができる。

下の写真では、ベイパーがしばらくまっすぐに伸びているが、途中からくるくると巻いたように乱れるのは、後方乱気流の渦流の影響であると思われる。

下の、大型機の後方乱気流の影響に関して書いてあるPDFファイルは研究として興味深い。ヘリコプターと小型飛行機によって影響が違い、そこまでの影響があるのかと驚くでしょう。実際、小型飛行機が数十度傾いて墜落しかけたという話を聞いたこともありますし。

L-1011 Airliner Wing Vortice Tests at NASA Langley Research Center (動画が必見!)
http://www.dfrc.nasa.gov/Gallery/Movie/L-1011/HTML/EM-0085-01.html
C-5A Wing Vortice tests at NASA Langley Research Center (動画が必見!)
http://www.dfrc.nasa.gov/Gallery/Movie/C-5A/HTML/EM-0085-01.html
    
 
  
ウェーク・タービュランス - Wikipedia
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A6%E3%82%A7%E3%83%BC%E3%82%AF%E3%83%BB%E3%82%BF%E3%83%BC%E3%83%93%E3%83%A5%E3%83%A9%E3%83%B3%E3%82%B9
大型機の後方乱気流の中の小型機の飛行シミュレーション (PDF)
http://www.japa.or.jp/learning/lecture/azuma_heri.pdf