セットリング・ウィズ・パワー（ボルテックス・リング・ステート）

過去のフライトファックス記事（1980年9月　第46号）から

セットリング・ウィズ・パワー（訳者注：アメリカ陸軍以外では、ボルテックス・リング・ステートともいう）は、けっして新しい用語ではない。航空機の、ある状態を表す用語として、古くから、すべての陸軍操縦士に教育されてきた。しかし、「本当の」セットリング・ウィズ・パワーは、それに似た他の状態としばしば混同されている。基本的に、ヘリコプターにセットリング・ウィズ・パワーが起きているということは、次の３つの条件が同時に満たされている場合のことをいう。それは、対気速度が12ノット以下で、少なくとも20％のパワーが使用され、降下率が300から400fpm以上であることである。

この状態を理解するため、まず、図１、２、３および４を見てもらいたい。これらの図は、それぞれ、垂直上昇、ホバリング、セットリング・ウィズ・パワーおよびオートローテーション時のボルテックス（空気の渦）の状態を表している。

垂直上昇をしている場合には、空気流はローターを通して下方に流れている。実際には、プロペラまたはローターの形態に応じて、３種類の異なるボルテックスの形態が存在するが、それは、図１のように単純化して描くことができる。

ヘリコプターがホバリング状態にある時、空気流は、引き続きローターを通して下方に流れている。ただし、図２に示すように、下方からより多くの空気が取り込まれるようになる。

ヘリコプターがセットリング・ウィズ・パワーに陥ると、ボルテックスの状態が大きく変化し、ローター面上で継続的に再循環する別のボルテックスが生み出される。この状態は、一般にボルテックス・リング・ステートと呼ばれ、激しいタービュランス（乱流）を引き起こす可能性がある。その状態を示したのが、図３である。

最終的な状態は、オートローテーション中に発生するものであり、風車ブレーキ状態と呼ばれる。図４に示すとおり、機体の降下に伴い、空気流はローターを通じて上方に流れるようになる。

一般的にセットリング・ウィズ・パワーが原因とされる（ただし、それは誤りであることもある）事故事例を研究することが、この現象を理解し、それを回避することに役立つ。

一つ目は、ヘリコプターが斜面の風下側で20ノットの向かい風の中を離陸した場合の事例である。パイロットは、50から75ftの高度に達し、約50knotの速度に獲得した後、180°の旋回を開始する。旋回を終えると、機体は高度を失い始める。パイロットは、速度を減じて、最大出力（フル・パワー）を出そうとするが、機体は高度を失い続け、最終的には墜落する。

この事例において、パイロットは、下降気流があることが容易に予想できる環境において、急旋回を行ってしまった。旋回中に高度を維持するためには、より大きな揚力が必要となる。そのためには、速度を減じるか、ピッチを増加させるかのいずれかが必要になる。当該機のパイロットは、その双方を行ったが、揚力を増加させることができなかった。それは、下降気流の中を飛行していたためである。結論的には、この事故の原因は、パイロットの判断の誤りなのである。パイロットは、下降気流があることが明らかな環境において旋回を行う場合には、あらかじめ、安全な高度と十分な速度を獲得すべきであった。この事例は、正確には、セットリング・ウィズ・パワーに起因する事故ではないのである。

二つ目は、テール・ローターの機能点検を行うため、試験飛行を実施していたパイロットの事例である。そのパイロットは、飛行場上空の15knotの向かい風の中、高度1,000ftで対気速度をゼロにし、オートローテーションを開始する。次に、地面に対して反対方向に進みながら、360°の旋回ではなく、連続した小旋回を繰り返す。対地高度400から500ftにおいて、降下速度が大きすぎると感じ、パワー・オンに移行する。対地高度約150ftにおいて、ピッチを使い始める。機体が対地高度約25ftに達した時、パイロットは、降下速度が過大であると判断し、フル・ピッチにしてパワーを最大に使う。機体は、墜落する。

検　証

二つ目の事例において、生起した事象を検証してみよう。高度500ftにおいて、降下率は、約2,400fpmであった。150ftにおける降下率は、同じであった。つまり、機体は、4秒間で地面に達することを意味する。いかなるパイロットであっても、このような状況においてオートローテーションやパワー・リカバリーを成功させることは困難である。高度が僅か1,000ftになって、操作を開始したため、パワー・リカバリーが遅れ、500ftの最低高度に達する前に速度を回復できなかった本事例の原因は、操縦士としての判断の誤りである。この事例もまた、その真の原因は、セットリング・ウィズ・パワーではなかったのである。

しかし、これらの事例において、機体は、本当にセットリング・ウィズ・パワー状態に入っていなかったのであろうか？ 　実は、これらの機体が地面に衝突する直前には、十中八九、セットリング・ウィズ・パワーに陥っていたと考えられるのである。なぜならば、どちらの事例においても、セットリング・ウィズ・パワーに必要な３つの要件が満たされているからである。ただし、これらの要件が成立したのは、機体が地面に衝突する直前のことであった。このため、これらの事故の実際の原因は、セットリング・ウィズ・パワーではないと考えられるべきである。

最後に、三つ目の事故事例を紹介する。数年前に発生したこの事故は、オーストラリア空軍のパイロットによるものであった。この事故の注目すべき点は、セットリング・ウィズ・パワーに必要な３つの要件を満たしており、かつ、パイロットがそれを認識しようとしなかったため、極めて簡単に、それらが同時に成立したということである。

当該パイロットは、ピナクル（狭隘な山頂部 ）に向けて着陸進入中であった。しかしながら、意図していたよりも急角度でアプローチしなければならなかったため、まだ30ftの高度が残っている状態で、対気速度を10knot以下に減じた。その時、機体が地面に向けて沈下し始めたが、パワーを使っても降下を止めることができなかった。この事例においては、アプローチの初期段階において、セットリング・ウィズ・パワーの引き起こす要因のうちの２つが既に存在していた。降下率は400fpmを超過しており、20%以上のパワーが使用されていたのである。対気速度が10knot未満に低下したことにより、３番目の要件が満たされると、機体は直ちにセットリング・ウィズ・パワーに陥った。

事故報告書には、次のとおり記載されている。「事故当時の状況においては、セットリング・ウィズ・パワーの現象が顕著に表れ、降下率を増加させるとともに、サイクリック・コントロールの効きを減少させた。その状況は、ある程度の出力を使用した低速降下状態から、前進速度ゼロの状態へと予期できないままに変化した」

「セットリング・ウィズ・パワーの特徴は、固定翼機の失速に酷似している。そこからの回復手順もほとんどそれと同じである。つまり、機首を下げ、前進速度を増加させることである。それができない場合には、コレクティブ・ピッチを最低まで下げることによっても回復が可能であるが、高度の相当な減少をもたらすことになる」

要点を整理しよう。セットリング・ウィズ・パワーとして知られる状態を引き起こす３つの主要な要素は、使用しているパワー、対気速度および降下率である。20%以上のパワーを使用している間に、対気速度が12knot未満に低下し、300から400ftm以上の降下率になった場合には、残ったパワーの使用の如何に関わらず、いつでもセットリング・ウィズ・パワーに陥る可能性がある。

このような状態に陥り、かつ、回復に必要な高度が残っていない場合には、一つのことを確信できることであろう。落着し、機体が修復のため非可動になることが間違いないことを。セットリング・ウィズ・パワーを誘引する要因に注意を払い、この罠にかからないようにしなければならない。航空機を墜落させ非可動にするのではなく、飛ばし続けて可動状態に維持するために。

訳者注：図1～4の機体の下側に描かれている矢印は、単に「上方」を示すものです。