航空機の技術とメカニズムの裏側 (76) 飛行機を巡る「○○重量」を考える(2)

航空機の技術とメカニズムの裏側 (76) 飛行機を巡る「○○重量」を考える(2)

画像提供:マイナビニュース

前回は、飛行機を巡るさまざまな「○重量」の意味と、ペイロードと燃料搭載量のバランスについて解説した。今回はその続きである。実際に、さまざまな条件に基づいた計算をやってみることにしよう。なお、使用する数字は日本航空Webサイトの「航空実用事典」にある「旅客機諸元・性能表」から、ボーイング747-400のものを引用した。

○燃料とペイロード、実際の計算例

例えば、ボーイング747-400の国内線仕様機を使い、出発地から目的地までの消費燃料15トン、予備燃料5トン、合計20トンの燃料を搭載するものとする。

すると、運航空虚重量と燃料の合計は164.3+20=184.3トンだから、これを最大離陸重量から差し引いた87.9トンがペイロードという計算になる。しかし、先に示したリンク先の諸元表では、最大ペイロードの数字はもっと小さい。それは、なぜか。

当たり前の話だが、離陸した直後は燃料の搭載量が多い。飛行するにつれて燃料を消費して、機体は軽くなっていく。そして、目的地に到着した時点で最大着陸重量を下回るところまで軽くなっていれば、そのまま着陸できる。

裏を返せば、目的地に到着した時点で最大着陸重量よりも実際の重量が大きいと、着陸できない。ということで、実はペイロードの上限を決める要因がもう1つ存在することがわかる。つまり、運航空虚重量と予備燃料とペイロードの合計は、最大着陸重量を下回っていなければならない。そうしないと着陸できなくなってしまう。

構造上の限度いっぱいにペイロードを搭載した時の重量は、最大ゼロ燃料重量、それと着陸時に残っている予備燃料みたいな残燃料の合計となる。そして、747-400の国内線仕様機は最大ゼロ燃料重量242.7トン、最大着陸重量260.4トンで、両者の差分は17.7トン。

そこで、747-400国内線仕様機のペイロード上限を見ると、59.2トンとある。ということは、出発地から目的地までの消費燃料15トン、予備燃料5トン、合計20トンの燃料を搭載する場合、運航空虚重量とペイロードと予備燃料の合計は、164.3+59.2+5=228.5トン。最大着陸重量の260.4トンを下回っているので、着陸可能である。消費燃料15トンを加えても253.5トンだから、まだ余裕がある。

国内線は飛行距離が短いから燃料の搭載量は少ないし、近くに代替飛行場を確保できる可能性も高い。その分だけ、消費燃料も予備燃料も少なくできると考えられる。ただし、沖縄線みたいに飛行距離が長い路線になると、話は違ってくるかもしれない。

○国内線仕様と国際線仕様の違い

長距離の国際線では、消費燃料も予備燃料も所要が大幅に増える。実は、前回と今回の記事で747-400を引き合いに出したのは、この機体だけ、国内線仕様と国際線仕様の数字が出ていたためだ。

747-400の国際線仕様は、国内線仕様機と比較すると最大離陸重量が一気に100トン以上も増えて(!)、394.6トンになる。これは、「国内線仕様は短距離で飛行回数が多い」「国際線仕様は長距離で飛行回数が少ない」という違いによる。

飛行回数が多いと、機体構造や降着装置にかかる負荷が増える。そこで意図的に最大離陸重量を減らして、負荷を抑えているわけだ。機種によってはわざわざ、機体構造や降着装置を補強した「国内線専用型」を用意することもある。747-100SRがそうだし、747-400にも国内線専用モデルがあった。

そこで、ペイロードを同じ50トンと仮定して、国内線仕様機と国際線仕様機について搭載できる燃料の上限を計算してみよう。運航空虚重量とペイロードの合計を、最大離陸重量から差し引けば数字が出る。

国内線仕様 : 272.2-(164.3+50)=57.9トン
国際線仕様 : 394.6-(182.7+50)=161.9トン

国際線仕様機は最大離陸重量を引き上げている分だけ、同じペイロードでも多くの燃料を搭載できることがわかる。長距離飛行を行うので、そういう仕様になっているわけだ。

国際線では長距離洋上飛行を行う場面が多くなるから、代替飛行場が目的地のすぐ近くにあるとは限らない。また、向かい風・追い風をはじめとする気象条件の影響も、飛行時間が長い分だけ大きくなる。そのため、燃料には余裕を持たせておきたいし、機体の側はそれを想定した上で重量上限を定めていると言える。

つまり、国内線仕様機と国際線仕様機の違いは、客室のクラス配分やギャレー、ラバトリーの数だけではないのである。もっと根本的な、機体の基本設計に関わる部分から影響するのだ。

もっとも、国際線はファーストクラスやビジネスクラスといった上級クラスが占める比率が大きくなり、その分だけ定員が減少するので、ペイロードの面では楽になるかもしれない。乗客が持ち込んだり預けたりする荷物の量が増える点は考慮しなければならないが。

そうなると、シートピッチを詰めて多くの乗客を詰め込んで、それでいて長距離を飛行するLCCの国際線は、ペイロードと燃料のせめぎ合いが厳しくなり、運航計画立案に際して悩まされるのだろうか?

○最大着陸重量と燃料投棄の関係

筆者は経験したことがないが、非常事態が生じて緊急着陸しなければならなくなった旅客機が、すぐに着陸しないで、まず燃料を投棄することがある。「おカネを払って購入・搭載した燃料を捨ててしまうなんてもったいない」と思われそうだが、実は先に取り上げた最大着陸重量が関わってくる。

ボーイング747-400の数字を見ると、最大着陸重量は国内線仕様機が260.4トン、国際線仕様機が285.8トンと、意外なほど差がない。しかし、離陸時に搭載できる燃料の量は、国際線仕様機のほうがはるかに多い。これが何を意味するか。

前回にも述べたように、離陸した直後には燃料を多く積んでいる。そして目的地に近付くにつれて燃料を消費して、機体が軽くなっていく。裏を返せば、離陸直後の状態では燃料が多いから、最大着陸重量を上回ってしまっているのだ。それでは降りようにも降りられない。

だから、特に長距離国際線の機材が離陸直後に緊急着陸することになった場合、燃料を投棄して機体を軽くする作業は必須なのだ。
(井上孝司)

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