大気の構造 ー 飛行機が高度1万メートルを飛ぶ理由

大気の構造

地球の大気は、海上(地上)から順に「対流圏・成層圏・中間圏・熱圏・外気圏」の5つの層から成り立っています。

飛行機が飛んでいる高度1万メートル(10km)は一番下の対流圏で、地球の大気の中ではとても低い高度であることが分かります。

一方、気球の上昇する高度は50kmほどと飛行機よりも高いです。なぜ飛行機は高度1万メートルまでしか上昇しないのでしょうか?

ここで高度100kmまでの空気の状態(圧力・密度・温度)を見てみることにします。

高度100kmまでの大気の圧力・密度・温度

上のグラフは、標準大気の圧力・密度・温度の高度による変化を示しています。

 標準大気と計算方法

高度が高くなるほど圧力・密度がどんどん低くなっていることがわかります。

旅客機の飛行高度1万メートル(10km)では、空気密度は地上に比べて33.7%しかありません。空気抵抗が小さいかつエンジンもまだ使用できる環境です。

一方、気球の高度50kmの空気密度は地上に比べわずか0.08%、ほぼ空気がない状態です。この高度ではエンジンの燃焼に必要な酸素がないため、飛行機では飛行できません。

まとめ:大気の構造

  • 大気には5つの層「対流圏・成層圏・中間圏・熱圏・外気圏」がある。
  • 飛行機の飛ぶ高度1万メートルは一番下の対流圏。
  • 飛行機は空気抵抗とエンジン効率の兼ね合いから、効率の良い高度を飛行している。
参考資料
次の記事

標準大気 ー 各高度における空気の温度・圧力・密度・音速・粘性係数・動粘性係数の計算式

2018.01.29

次の記事では、標準大気とその大気の性質「圧力・密度・温度・音速・粘性係数・動粘性係数」の計算式を解説します。

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ABOUTこの記事をかいた人

1985年9月生まれ。大阪出身。息子と娘の2児の父。
東北大学大学院工学研究科 航空宇宙工学専攻 修士課程修了。
学生時代は数値流体力学を用いた航空機の空力設計の研究に従事。
卒業後は航空機製造メーカーにて旅客機の設計を担当。