こやまの航空宇宙博物館雑記帳： えとせとら 第６話
このお話は、2001年10月28日にかかみがはら航空宇宙博物館で催されました、「2001年度
第3回航空スポーツシンポジウム」での講演会「シミュレーターと飛行機の操縦」の講演原稿を、講演者・原田実氏のご厚意により掲載させていただくものです。
原則として原文のまま掲載しています。 文中の写真は講演会当日に撮影したものです。
掲載を許可してくださいました原田実氏に感謝しますとともに、この場をお借りして御礼申し上げます。
原田実氏は1967年から1970年の間、航空自衛隊の曲技チーム・ブルーインパルスの第８代目編隊長を務められ、1970年の大阪万国博覧会にてEXPO70の煙文字を描いたときの1番機パイロットとして有名な方です。
また、1985年に初飛行した科学技術庁の低騒音STOL実験機「飛鳥」ではチーフパイロットを務められました。
2013年7月10日ご逝去されました。 謹んでご冥福をお祈りいたします。
かかみがはら航空宇宙博物館支援ボランティア・こやま
２００１年１０月２８日
２００１年度 第３回航空スポーツシンポジウム 講演会
『シミュレータと飛行機の操縦』
講師： 原田 実 氏（元ブルーインパルス編隊長）
前回、同じテーマで、教育訓練用シミュレータや研究開発用シミュレータの現状や技術的な仕組みについて、話をした。
今回はシミュレータの操縦と実際の飛行機の操縦について語をしてみたい。
今から40年以上前、F-86Fという戦闘機の教育を受けた。
1960年頃である。 当時はこの戦闘機が航空自衛隊の第一線機であった。
勿論この頃はシミュレータというものはない。
この飛行機は独り乗りである。 初めから独りで飛ぱなければならない。
一旦離陸をしたら、誰の助けも借りないで、独りで着陸しなけれぱならない。 緊急事態が発生しても誰も助けてくれるものはいない。 独りで対処しなけれぱならない。
この飛行機の操縦課程に進んだものは、基本操縦課程を修了したぱかりの飛行時間が僅か300時聞あまりの、ほやほやのパイロット学生である。
それまで練習機の経験しかない。
この飛行機の場合、いろいろな操作手順を訓練するために、教室の隅にこの戦闘機のコクピｯトをぶったぎった訓練器材が置いてあった。
そのコクピットに座って、いろいろなスイｯチやレバーの場所を覚え、エンジン始動の手順などの通常手順やスイッチやレバーの操作の仕方や、計器の見方を覚えたものである。
またこの飛行機は単発である。 飛行中、エンジンが停まったらどうするか、といった緊急手順を覚えたものである。
勿論、いろいろ操作しても、この訓練器材のコクピットの計器は動かない。
ただ動かないコクピットがあっただけである。
いろいろな手順は、この訓練器材で一応覚えたが、しかし操縦のテクニックはこの訓練器材では覚えられない。
これまで教育を受けてきた練習機の場合は、単独飛行の前にそれぞれ10時間から15時間程度の教官同乗の飛行があった。
それで操縦の基本や着陸の仕方を覚えたものである。
しかし今度は戦闘機である。
これまで練習を受けてきた練習機よりは高性能である。 そして初めから単独飛行である。
独りで飛行し、独りで着陸しなければならない。
実際に初めて飛ぶ前は、かなり緊張したものである。
実際に飛行する時は乗っているのは自分だけである。 淋しい気がする。
教官は別の戦闘機で横にぴったりと随伴して、無線でいろいろと指示や注意をしてくれる。
しかしこれまでの練習機のように手をとり足をとって教えてくれるわけではない。
非常に心細かったことを覚えている。
その当時はシミュレータなどはなかったが、今から思うと、もし現在のシミュレータのようなものがあったら、いろいろな操作手順だけではなく、操縦テクニｯクも覚えられる、教育はもっと安全に効率的に行われたであろうな、と思う。
前回も話したように、最近は操縦教育や飛行訓練に、また研究開発にシミュレータが非常に多く使われている。
シミュレータが自衛隊や定期航空会杜で本格的に使われだしたのは1975年頃からである。
しかし初めの頃はシミュレータ技術も幼稚であった。
初めてシミュレータに乗ったときは、こんなもので訓練できるか、単にいろいろな手順を訓練するコクピット・プロシージャ・トレーナーではないか、という感じであった。
前回も話したが、初めの頃はシミュレータに視界装置がなかった。
動揺装置もなかった。
だからシミュレータを操縦しても、飛行機の動きは全く感じられなかった。
シミュレータでは、スイッチを操作したりレバーを動かしたりエンジンを操作すると、実際の飛行機のようにいろいろな計器は動く。
速度計は変化する。 高度計も変化する。 操縦桿を動かすと計器の上では旋回したり上昇したり降下したりする。
しかし計器が動くだけである。 飛行機の動きは感じられない。
正に密室の中の操縦でしかなかった。
しかしこれでも、雲の中で外が見えない状態で操縦を練習する、いわゆる計器飛行の練習には、ある程度の効果があった。
しかし離陸や着陸の訓練は出来なかったし、旋回など飛行中のいろいろな操作や緊急時の訓練は実感がなかった。
操縦テクニックを練習するとなると、飛行機の動きを目で見る視界装置が必要になる。 飛行機の動きを体感させる動揺装置が必要になる。
その後、そういった必要性から、パイロットが操縦すると、パイロｯトの眼にはあたかも飛行機が操縦の通りに動いているように見える視界装置(ビジュアル)が登場してきた。
しかし初期の視界装置はかなりお粗末であった。
床面に飛行場や周辺の立体的な模型を箱庭のように作り、パイロットがシミュレータを操縦すると、カメラが立体模型の上を移動して実際に飛行しているような画面をシミュレータの前に映し出す、というものであった。
しかしこれだと飛行する範囲が箱庭のような模型の上に限られ、離陸と着陸しか練習できなかった。
空中での操縦は全くといっていいほど練習できなかった。
私が最初にシミュレータを使って仕事をした時（1975年頃）は、こういったシミュレータであった。
その後、CGIといってコンピュータで画面を作り出す手法が開発され、CRTすなわちブラウン管に画面を映し出す方法が採用された。
しかし初期の内は画面がシンプルでキューが少なく、今から思うと、よくもまあ、あんなもので訓練したものだとあきれるほどであった。
例えぱ、陸地は茶色一色、凹凸もない、海は青色一色、海岸線も川も曲線が無く只真っ直ぐなものであった。飛行場は茶色一色の陸地の中にグレーの滑走路が一本描かれているという調子であった。
画面が平坦で、色彩が単調であったので、距離感も高度感も速度感も感じられないものであった。
そして画面が暗かった。 いつも曇天下のような画面であった。
即ち、全く実際を模擬していないものであった。
そういった画面を、何個かのCRTを並べて視界を広くさせる、という手法が採られたが、コンピュータの能力が低かったので、その程度しか出来なかったのである。
動揺装置も同じであった。
先ずシミュレータは、視界装置はあるが動揺装置は無い時期があった。
この場合は、眼からの情報、すなわち視界の動きだけから全体の動きを感じ取っていた。
やがてパイロットが動きをＸＹＺの３軸の動きで感じる３軸動揺装置が導入された。
しかし３軸の動きでは単純な前後左右上下の初動しか感じられず、十分なものではなかった。
更に、こういった視界装置や動揺装置は、当時のコンビュータの計算能力が十分でなかったため、計算遅れがあった。
即ちパイロットが操縦桿を動かして、それが動きとなって視界や動揺装置に現れるまでに若干の時間遅れ、1/4秒程度の遅れがあった。
そのためパイロットが操縦桿を動かしても、視界や動揺装置が動き出すのに、ごく僅かであるが時聞遅れがあった。
その程度の遅れは、操縦しているパイロットは気づかないが、やはり、何とはなしに、それがパイロットに操縦性に関して実機と違った感じを与えることになった。
そしてこの頃は、パイロットにはシミュレータはあくまでもシミュレータで実機とは違うという見方をするものが多かった。
すなわち操作手順を除いて、操縦テクニックの訓練効果はあまり期待できないものであった。
しかし、その後、電子技術の発達で、シミュレータ技術は急遠に発展していった。 そして今はシミュレータは殆ど実機に代わるほどにまで精巧になっている。
その詳しい技術的な経緯については前回話したので、今回は説明は省略するが、最近のシミュレータはかなり実機に近いものになっている。
先ずコクピットは実機を忠実に模擬している。 広さや寸法は実機と同じである。 スイッチやレバーの位置や動きも実機と同じである。 操作する力も同じである。 計器の場所や動きも実機と全く同じである。
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| 【旅客機のシミュレータのコックピット】 |
コクピットの窓を通して見る視界は広くなった。
最近は、視界を表示する方法がCRTに代わってプロジェクト方式（投影式）になって、CRTの場合と違って、視界がつながり良く広くなっている。
水平に150〜210度くらい、水平線を挟んで上下に40度くらいの広さがある。
これだと視界に関しては実際の飛行の場合にかなり近くなっている。
また動揺装置も以前の３軸から６軸が主流になってきた。 これは空間のＸＹＺの３軸回りの回転運動プラス1メートル程度の３軸に平行な並進運動を行うものである。
これで横・方向・上下に30度程度、上下・左右・前後に1メートル程度の動きを模擬することが可能になった。
動揺装置については、まだまだ多くの課題があるが、以前に比べるとかなり改善された。
現在は民間機については、運輸省がサーキュラーを発行してシミュレータの性能を等級毎に厳しく規定している。
そして運輸省の規格を満足していて最上級の認定を受けたシミュレータによる教育や訓練は、実際の飛行時間に組み込むことが出来るようになっている。
例えぱ、ある旅客機の機長が別の機種の機長になる場合、何時間の飛行教育や飛行訓練を受けなければならないという規定があるが、その時間をシミュレータで替えることが許されている。
また、実地試験も殆どシミュレータで行われるようになっている。
６ヶ月毎に行われるパイロットの定期訓練もシミュレータで行われている。
旅客機の会杜は、全てこういった教育や訓練や審査を行えるレベルの高いシミュレータを設置している。
旅客機の会杜は、教育を先ずコンピュータを使ったCAE(座学)で行い、次いで操作手順を訓練するCPT、次に自動操縦装量の操作方法を訓練するAFS、そしてフル・ミッション・シミュレータを使用しての操縦訓練、そして最後に実機による訓練、という流れで教育・訓練を行っている。
シミュレータによる訓練が殆どで、実機による訓練は非常に少ない、と聞いている。
非常にシミュレータを活用している、という感じである。
また最近は、シミュレータで単に操作手順や操縦テクニックを練習するだけではなく、シミュレータで機長と副操縦士が乗り組んで飛行中、複数のシステムが故障した、目的地を急遽変更して最寄りの適切な飛行場を選び、そこに向かって飛行中、悪天侯に遭遇し、その飛行場に降りれなくなった、さてどうするか、といった状況を与え、機長と副操縦士が協力して、どのような判断と決心をするか、どのような行動をとるかをシミュレータ内のビデオで記録し、訓練が終わった後、ビデオを見ながら皆で機長と副操縦士がとった行動をディスカッションする、といった訓練(CRM訓練〉にも使われている。
防衛庁の場合は、シミュレータによる教育や訓練を実際の飛行時間に算入するということは行っていない。
しかし教育や訓練基準でシミュレータに何時間乗らなけれぱならない、シミュレータでどういう教育や訓練をしなければならない、という基準が設けられている。
シミュレータは実際に教育や訓練に非常に大きなメリットがある。
例えば:
メリットについては、数え上げたらキリがない。
しかしこういったことも、シミュレータの精度が高いということが条件である。
またシミュレータはどんなに精巧になっても、視覚情報や体感情報の点からは、まだ実際に及ぱないことが多くある。
そのため、実際に比べると操縦が若干難しいところがある。
しかし裏を返すと、シミュレータで十分訓練しておけば、実際の操縦はもっと易しくなる、ということも言えないことではない。
しかしシミュレータのデメリットもある。
教育や訓練にはシミュレータが多用されているといったが、今でもパイロットの間にはシミュレータ嫌いの人たちが沢山いる。
シミュレータ嫌いは、どちらかというと、飛行経験が多い人たちに多い。
こういった人たちはシミュレータで教育を受けていないので、どちらかというとシミュレータにあまり馴染んでいない。
あるいはこういう人たちがかつて経験したシミュレータは、まだ技術的に今ほど立派なものではなかった。
視界は、先ほど言ったように、情報量が少なく、現実とはほど遠いものであった。
動揺装置はないか、あっても３軸程度あるいはそれ以下であった。
そしてコンピュータの計算速度が遅かった。
そのため、操作手順を覚えるのにはいいが、操縦テクニックを覚えるには十分なものではなかった。
シミュレータを操縦するには実機と違ったシミュレータ特有のテクニックが必要であった。
そういったことが古いパイロットがシミュレータをあまり評価したがらない原因になっていると思われる。
とくにコンピュータの計算遠度が遅いと、パイロットの操縦が難しくなる。
現在は、余程古いタイプのシミュレータでない限りは、シミュレータでパイロットが操縦桿を動かして、それが視界や動揺装置に現れて、実際にパイロットが操縦した通りに飛行機が動いているように見える、感じるまでは大体0.12〜0.15秒程度の遅れである。
しかし以前は0.25秒すなわち1/4秒程度あるいはそれ以上の遅れがあった。
この程度の遅れはパイロットはシミュレータを操縦していても気がつかない。
しかし実際には操縦桿を動かしても、シミュレータが動き出すのに、極く僅かではあるが、遅れある。
また視界の広さに制限があるため、小さな動きに直ぐに気づかないことがある。
パイロットはそれを「自分が操縦桿を動かす量が少なかった」せいと思って、無意識のうちに更に操縦桿を大きく動かす。
その頃になってシミュレータ(飛行機)が動き出す。
操縦桿を動かした量が必要量より大きかったので、シミュレータ(飛行機)が今度は自分が思っていたより大きく動く。
今度はそれを修正しようと操縦桿を反対側に操作する。
しかしコンピュータの計算遅れのため、この修正操作も僅かの遅れが出る。
また視界の広さに制限があるため、動きに直ぐに気づかないことがある。
パイロットは修正のための操縦桿の操作量が小さかったと思って、更に操縦桿を大きく動かす。
今度は修正のための操縦桿の操作量が大きくなって反対側にシミュレータ(飛行機〉か戻ってしまう。
パイロットは慌ててまた操縦桿を操作する、といった悪循環になる。
一種のPIO現象である。 結果的には操縦が難しくなる。
こういった現象を体験したパイロットには、コンピュータの計算遅れに気づかないために、また視界の範囲が狭いため、自分の操縦桿の動かし方が必要以上に大きくなって、そういう状態になったにもかかわらず「このシミュレータは操縦桿の利きが敏感すぎる」というコメントする人も結構いた。
実際は敏感ではなく利きが遅かったのである。
また視界からの情報が十分ではなかったのである。
それは飛行機のせいではなく、シミュレータのせいだったのである。
飛行機のデータは正しいものが入っていたはずである。
こういうことで、以前はパイロットは「シミュレータは実機のように操縦が出来ない」とか「シミュレータは実機とは違う」という評価をしがちだったのである。
実際の飛行機は、操縦系統が油圧の場合は、操縦桿を動かして機体が応答するのに100ms、即ち1/10秒ほどの遅れがある。
コンピュータの計算遅れは隈りなくこの値に近いことが望ましいわけである。
とくに編隊飛行やエイミングのような精密なトラッキングが必要な小型ジェット機の場合は、そうである。
実際に普通のパイロットにシミュレータで飛行機の操縦性を評価させると、120ms、0.12秒の遅れを境に、それより遅いと、その飛行機の操縦性の評価が悪くなる、というデータがアメリカの論文に出ている。
最近はコンピュータの性能がよく、容量も大きいため、また視界もフォトマッピングのような技術を飛行機のミッションに応じてとりいれることが可能になっているので、以前に比べると、シミュレータの精度は、以前と違ってより良くなっている。
これからますますシミュレータの重要性が高まっていくと思われる。
しかし、精度については、なお検討が続けられていかなければならない。
例えぱ、動揺装置については、小型ジェット機の場合は持続する体感を与えることが出来る方法を検討していかなけれぱならない。(現在もヘルメット・ローダーやショウルダー・ハーネス・ローダーが一応あるものもあるが、十分なものではない。〉
また視界装置についても、視界が広くなったといっても実際の場含に比べると、やはり制限がある。
また、画録もCGIである限りは、全体的にグラフィック的な印象を拭いきれない。 どんなに精巧になっても現実味が欠ける。
また現実に比べるとキューがはるかに少ない。
今後は、より具体的なキューを出すために、立体的な実写映像を視界装置に取り込む等の検討も必要である。
一方、パイロットはシミュレータについて、あまり知らない傾向にある。
ただ、シミュレータは実機と全く同じように動く、目で見る外界の情報も、動揺装置の動きも、実機と同じである、と思いがちである。
シミュレータを使うパイロットもシミュレータの特質というものを理解しなければならないと考える。
シミュレータを使う時は、先ず使用するシミュレータの特質や操縦性や視界装置や動揺装置に慣れなければならない。
シミュレータは、現実に比べると視界情報や体感情報が少なく、なおも完全ではない。
したがってパイロットは、使用するシミュレータに先ず慣熟することが大切である。 特に視界情報や体感情報に慣れる必要がある。
その後に訓練をする必要がある。
研究開発の場合も、使用するシミュレータに慣熟した後に、試験を行う必要がある。
シミュレータはあくまでも模擬の世界である。 模擬である限りは実際と違う場面もあり得る。
もし何らかの疑問、あるいは不自然さを感じる場合は、シミュレータのエンジニアに説明を求め、理解した上で、訓練や試験を行わなければならない。
どれくらいの時間、慣熟が必要か、慣熟はどういう飛行項目が必要かは個人の飛行経験、シミュレータの縫験、訓練や試験を行う内容によって違ってくる。 一概には言えない。
なお、この博物館にはお客さんを40人乗せることができるシミュレータがある。
このシミュレータには「飛鳥」の実際の飛行データが入力されている。
また小型型ジェット機のT-4の動きに似たデータが入力されている。
視界装置は投影式で、正面に一面だけである。
動揺装置は一応６軸式である。
操縦室はないが、簡素な操縦装置があって、誰でも一応操縦できるようになっている。(＊注)
しかし主コンピュータは教育・訓練用シミュレータのようには立派なものではない。 視界装置も動揺装置も立派なものではない。
しかし飛鳥や小型ジェット機の動きは一応再現できるようになっている。
もしご希望の方がおられたら、この後、どうぞ操縦して見ていただきたい。
私がご一緒する。 シミュレータによる飛行機の操縦とはこんなものかと、体験していただきたいと思う。
以上
原田 実
(＊注) 「飛鳥・T-4シミュレータ」は、2007年4月以降稼動を停止し、2015年11月中旬に解体撤去されました。
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2001/11/4：公開
2005/4/18：一部内容を追加修正
2007/6/23：注記追加
2014/8/9：原田実氏ご逝去について記載
2015/11/22：飛鳥・T-4シミュレータ解体撤去を記載
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