無人航空機操縦士(一等・二等) システム①機体の特徴・飛行原理

マルチローター等の飛行原理と機体特性を学ぶ理工系分野です。揚力の発生、ローターの回転制御による姿勢・移動の仕組み、重心やペイロードと飛行性能の関係を理解します。風や気象が飛行に与える影響、ホバリングや各種飛行モードの特徴も頻出。数式に深入りせずとも、力の釣り合いと制御の概念を直感的につかむことが得点につながります。図をイメージしながら基礎理論を固めましょう。

この分野の問題40問を、選択肢・正解・解説つきで掲載しています。まず自分で解答を考えてから「正解と解説を見る」を開いて答え合わせをしてください。

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116飛行機タイプの無人航空機が持つ特徴として、適切なものはどれか。

  1. Aその場で空中に停止するホバリング飛行が可能である
  2. B推力により前進して揚力を得るため後退や横移動はできない
  3. C回転翼航空機に比べて飛行速度が遅くエネルギー効率が低い
  4. D垂直離着陸が可能であり離着陸に広いエリアを必要としない
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正解:B推力により前進して揚力を得るため後退や横移動はできない

飛行機は固定された主翼に空気を当てて揚力を発生させるため、前進飛行が必須でありホバリングや後退はできません。

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117パワードリフト(Powered-lift)型の無人航空機の特徴として、適切なものはどれか。

  1. A飛行機のように高速で飛行するが垂直離着陸はできない
  2. Bヘリコプターのように垂直離着陸のみ可能で前進飛行はできない
  3. C垂直離着陸が可能であり巡行中は飛行機のように前進飛行ができる
  4. Dマルチローターと同様に複数のローターのみで揚力と推力を得る
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正解:C垂直離着陸が可能であり巡行中は飛行機のように前進飛行ができる

パワードリフトは垂直離着陸が可能でありながら、巡行時は飛行機のように前進飛行ができる両方のメリットを持つ機体です。

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118飛行機の操縦において、横方向の移動を行うための旋回(バンクターン)で主に使用される操作の組み合わせはどれか。

  1. Aエルロンとエレベーターの複合操作
  2. Bスロットルとラダーの複合操作
  3. Cエルロンとスロットルの複合操作
  4. Dエレベーターとラダーの複合操作
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正解:Aエルロンとエレベーターの複合操作

姿勢安定装置を使用しない場合、飛行機の旋回(バンクターン)はエルロン(ロール)とエレベーター(ピッチ)の複合操作で行います。

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119飛行機が「失速(Stall)」状態に陥る主な原因として、適切なものはどれか。

  1. A飛行速度が速くなりすぎたとき
  2. B主翼の迎角が小さくなりすぎたとき
  3. C機体の重量が軽くなりすぎたとき
  4. D過度の低速飛行や過度の上昇角度をとったとき
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正解:D過度の低速飛行や過度の上昇角度をとったとき

過度の低速飛行や上昇角度により主翼から空気の流れが剥離すると、揚力が失われ失速状態に陥ります。

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120最大離陸重量25kg以上の大型飛行機の特徴として、誤っているものはどれか。

  1. Aペイロードを大きくすることができ長距離飛行が可能である
  2. B小型機に比べて機体の慣性力が小さく障害物回避が容易である
  3. C緊急着陸地点の選定において小型機より広い範囲が必要となる
  4. D小型の機体よりも騒音が大きくなるため周囲への配慮が必要である
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正解:B小型機に比べて機体の慣性力が小さく障害物回避が容易である

大型機は機体の慣性力が大きいため、加減速や旋回に時間と距離がかかり、障害物回避には特に注意が必要です。

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121回転翼航空機(ヘリコプター)のヨー方向(機首の向き)を制御するための主な機構はどれか。

  1. Aスワッシュプレート
  2. Bメインローター
  3. Cテールローター
  4. Dエルロン
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正解:Cテールローター

ヘリコプターはメインローターの反トルクを打ち消したり機首の向きを変えたりするためにテールローターを使用します。

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122ヘリコプターとマルチローターを比較した場合のヘリコプターの特徴として、適切なものはどれか。

  1. Aローターの直径が大きく空力的に効率良く揚力を得ることができる
  2. B複数のローターを高速回転させて飛行するためエネルギー消費が非常に多い
  3. Cローターの数を増やすことで故障に対する耐性を高めている
  4. D反トルクを相殺するために偶数個のプロペラを逆向きに回転させる
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正解:Aローターの直径が大きく空力的に効率良く揚力を得ることができる

ヘリコプターはマルチローターに比べてローターの直径が大きく、空力的に効率良く揚力を得ることが可能です。

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123マルチローターが前進・後退・左右移動を行う際の仕組みとして、適切なものはどれか。

  1. A進行方向のローターの回転数を上げ反対側の回転数を下げる
  2. B機体全体のローターの回転数を一律に増加させる
  3. C進行方向のローターの回転数を下げ反対側の回転数を上げる
  4. Dスワッシュプレートを操作してローターのピッチ角を変更する
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正解:C進行方向のローターの回転数を下げ反対側の回転数を上げる

マルチローターは移動したい方向のローター回転数を下げ、反対側の回転数を上げることで機体を傾け、その方向に移動します。

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124マルチローターが水平回転(ヨーイング)を行う際の仕組みとして、適切なものはどれか。

  1. A機体全体を前方に傾けてからスロットルを急激に上げる
  2. Bすべてのローターの回転数を同時に低下させる
  3. C指示した回転方向のローターの回転数を下げて反トルクバランスを崩す
  4. D指示した回転方向のローターの回転数を上げて揚力を増加させる
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正解:C指示した回転方向のローターの回転数を下げて反トルクバランスを崩す

右または左の水平回転を指示すると、その回転方向のローターの回転数が下がり反トルクバランスが崩れて水平回転が始まります。

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125夜間飛行を行う際の注意点や必要な装備として、誤っているものはどれか。

  1. A無人航空機の姿勢や方向が正確に視認できる灯火を装備する
  2. B操縦者の手元で位置や高度を確認できる表示機能を持つ送信機を使用する
  3. C搭載センサーが夜間対応でない場合障害物回避機能が十分に働かないことがある
  4. Dどのような環境でも必ず機体全体を照らす大型の地上照明を搭載する
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正解:Dどのような環境でも必ず機体全体を照らす大型の地上照明を搭載する

離着陸地点などを照らす地上照明は必要ですが、機体自体に大型照明を積むのではなく姿勢や方向が分かる灯火を備えることが求められます。

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126夜間飛行において、機体に姿勢及び方向が正確に視認できる灯火を装備しなくてもよい例外条件はどれか。

  1. A操縦者が暗視ゴーグルを装着している場合
  2. B無人航空機の飛行範囲全体が照明等で十分照らされている場合
  3. C機体が最大離陸重量25kg未満の小型機である場合
  4. D自動帰還機能(RTH)が有効に設定されている場合
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正解:B無人航空機の飛行範囲全体が照明等で十分照らされている場合

飛行範囲が照明等で十分に明るく照らされている場合は、機体に姿勢・方向確認用の灯火を備えなくてもよいとされています。

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127目視外飛行に関する説明として、適切なものはどれか。

  1. A操縦者が機体を直接肉眼で確認せずカメラ映像等で状況を把握する飛行
  2. B操縦者が双眼鏡を使用して常に機体を目視しながら行う飛行
  3. C夜間に機体の灯火を目印にして直接肉眼で監視しながら行う飛行
  4. D補助者が配置されていれば操縦者は送信機の画面を見続ける必要がない飛行
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正解:A操縦者が機体を直接肉眼で確認せずカメラ映像等で状況を把握する飛行

目視外飛行は、操縦者自身が直接肉眼で機体や周囲の状況を確認できない状態で行う飛行を指します。

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128目視外飛行において「補助者を配置しない場合」に追加で必要となる装備はどれか。

  1. A機体の外の様子が監視できるカメラ等の機器
  2. B電波断絶時の自動帰還機能などのフェールセーフ機能
  3. C第三者に危害を加えないことを製造事業者等が証明した機能
  4. D高度や速度等の状態を地上で監視できる操縦装置
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正解:C第三者に危害を加えないことを製造事業者等が証明した機能

補助者がいない場合は、第三者への危害防止機能(製造事業者等の証明)、飛行経路の逸脱確認機能、航空機からの視認性を高める灯火等の追加装備が必要です。

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129目視外飛行において、電波断絶時やバッテリー異常時などに機体の安全を確保するための機能はどれか。

  1. Aフェールセーフ機能
  2. Bパンクターン機能
  3. Cスワッシュプレート機能
  4. Dオートトリム機能
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正解:Aフェールセーフ機能

異常発生時に自動帰還や空中停止、安全な着陸などを行う機能をフェールセーフ機能と呼びます。

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130飛行中の航空機において、機体の前後軸と空気の流入方向とがなす角度を何というか。

  1. A横滑り角
  2. Bピッチ角
  3. C迎角
  4. Dロール角
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正解:C迎角

機体の前後・上下を含む面に空気流入の向きを投影したとき、前後軸とのなす角を迎角と呼びます。

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131飛行機の姿勢を表す角度のうち、機体を左右に傾ける回転の角度を何というか。

  1. Aヨー角
  2. Bピッチ角
  3. Cロール角
  4. D迎角
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正解:Cロール角

機体を左右に傾ける回転をロール(バンキング)と呼び、その角度をロール角(バンク角)と言います。

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132航空機に働く4つの基本的な力のうち、飛行速度と逆向きに働き空気抵抗となる力はどれか。

  1. A揚力
  2. B推力
  3. C重力
  4. D抗力
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正解:D抗力

流れの方向に働き、飛行の進行を妨げる空気抵抗となる力を抗力と呼びます。

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133主翼から効率よく揚力を発生させるための翼型(キャンバー)の特徴として、適切なものはどれか。

  1. A上面の湾曲が下面より大きく空気の流速が上面で速くなる
  2. B下面の湾曲が上面より大きく空気の流速が下面で速くなる
  3. C上下対称の形状であり空気が流れる速度は上下で同じになる
  4. D前縁から後縁にかけての厚みが均一で平坦な形状をしている
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正解:A上面の湾曲が下面より大きく空気の流速が上面で速くなる

一般的な翼型は上面の湾曲が下面より大きく、上面の空気の流速が速くなることで圧力差が生じ、揚力を効率よく発生させます。

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134無人航空機にペイロード(積載物)を搭載する際の注意点として、誤っているものはどれか。

  1. A機体の重心位置が大きく変化しないように積載位置を調整する
  2. B重心位置がずれると飛行特性が悪化し墜落の危険性が高まる
  3. C高度や気温などの大気状態が変わっても搭載可能な最大重量は変化しない
  4. D定められた最大積載量の範囲内で安全に飛行できるよう計画する
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正解:C高度や気温などの大気状態が変わっても搭載可能な最大重量は変化しない

ペイロードの最大積載量や搭載時の飛行性能は、飛行高度や大気状態(気温・気圧)によって変化します。

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135飛行機の操縦において、ピッチ(機首の上げ下げ)を変化させるために主に操作する舵はどれか。

  1. Aエルロン
  2. Bラダー
  3. Cエレベーター
  4. Dスロットル
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正解:Cエレベーター

水平尾翼にあるエレベーター(昇降舵)を操作することで、機体のピッチ(上下方向)の姿勢を変化させます。

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136横滑り角の定義に関する説明として、適切なものはどれか。

  1. A機体の前後・上下を含む面と空気流入の向きの面がなす角
  2. B機体の左右・上下を含む面と空気流入の向きの面がなす角
  3. C機体の主翼と水平面とがなす角
  4. D機体の進行方向とローターの回転面がなす角
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正解:A機体の前後・上下を含む面と空気流入の向きの面がなす角

機体の前後・上下を含む面に対して空気が左右どちらから流入しているかを示す角度を横滑り角と呼びます。

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137マルチローターのローター数と呼称の組み合わせとして、正しいものはどれか。

  1. A4つ:ヘキサコプター
  2. B6つ:オクトコプター
  3. C8つ:オクトコプター
  4. D4つ:オクトコプター
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正解:C8つ:オクトコプター

マルチローターはローターの数によって、4つをクワッドコプター、6つをヘキサコプター、8つをオクトコプターと呼びます。

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138マルチローターの故障に対する耐性についての説明で、適切なものはどれか。

  1. Aローター数が少ないほど故障時の墜落リスクが低くなる
  2. Bモーター出力を同一とした場合ローター数が多いほど耐性が向上する
  3. Cローター数が増えるとペイロード(積載量)は減少する
  4. D故障に対する耐性はローターの数ではなくバッテリー容量のみで決まる
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正解:Bモーター出力を同一とした場合ローター数が多いほど耐性が向上する

モーター出力が同一の場合、ローターの数が多い(例:オクトコプター)ほど、一部が故障した際の飛行維持能力(耐性)が向上します。

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139大型無人航空機(最大離陸重量25kg以上)のホバリング時の注意点として、適切なものはどれか。

  1. A機体の反応が早すぎるためスティック操作を極力控える必要がある
  2. B慣性が大きく機体挙動が遅れ気味になるため早めに修正操作を行う
  3. C小型機よりも風の影響を強く受けるため高度を極端に下げる
  4. Dローターの回転数を常に最大に保ち安定性を強制的に高める
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正解:B慣性が大きく機体挙動が遅れ気味になるため早めに修正操作を行う

大型機は慣性が大きく操作に対する反応が遅れ気味になるため、定点ホバリングなどでは早めの修正操作が求められます。

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140飛行中のマルチローターを降下させるための操作として、適切なものはどれか。

  1. Aホバリング状態からすべてのローター回転数を下げる
  2. Bホバリング状態から後方のローター回転数のみを下げる
  3. Cエレベーター操作により機体を大きく前傾させる
  4. Dモーターの回転方向をすべて逆回転に切り替える
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正解:Aホバリング状態からすべてのローター回転数を下げる

ホバリング状態から機体に備わるすべてのローターの回転数を下げることで、揚力が重量を下回り降下を開始します。

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141飛行機の滑空距離に関する計算で、高度100mから揚抗比(L/D)が10の機体が無推力で定常滑空した場合の滑空距離はどれか。 [一等]

  1. A10m
  2. B100m
  3. C1000m
  4. D10000m
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正解:C1000m

滑空距離 d は高度 h と揚抗比 L/D の積で求められます。d = 100m × 10 = 1000m となります。

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142高度が上がり空気密度が低下した場合の無人航空機への影響として、適切なものはどれか。 [一等]

  1. A同じ揚力を得るためには飛行速度を上げる必要がある
  2. B空気が薄くなるため抗力が極端に増大し速度が低下する
  3. C同じ推力を得るために必要なローターの回転数は少なくなる
  4. D空気密度が低下すると機体重量も減少するため性能は変わらない
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正解:A同じ揚力を得るためには飛行速度を上げる必要がある

空気密度が低下すると発生する揚力・推力が減少するため、同じ揚力を維持するには飛行速度やローター回転数を上げる必要があります。

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143飛行機の水平定常飛行において、機体重量が2倍になった場合、同じ高度と迎角で飛行を維持するために必要な飛行速度は約何倍になるか。 [一等]

  1. A約1.2倍
  2. B約1.4倍
  3. C約2.0倍
  4. D約4.0倍
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正解:B約1.4倍

揚力は速度の2乗に比例するため、重量が2倍(揚力も2倍必要)になった場合、必要な飛行速度は√2倍(約1.414倍)となります。

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144マルチローターの機体重量が2倍になった場合、高度などの条件が同じであればホバリングに必要な消費パワーは約何倍になるか。 [一等]

  1. A約1.4倍
  2. B約2.0倍
  3. C約2.8倍
  4. D約4.0倍
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正解:C約2.8倍

推力は2倍必要となり、ローター回転数は√2倍(約1.4倍)になります。消費パワーは回転数の3乗に比例するため、2 × 1.414 ≒ 2.8倍となります。

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145飛行機がバンク角(ロール角)をつけて定常旋回飛行を行う際、水平飛行時と比べて必要な揚力はどう変化するか。 [一等]

  1. A水平飛行時と同じ揚力でよい
  2. B水平飛行時よりも少ない揚力でよい
  3. Cバンク角のサイン(sin)に比例して揚力が必要になる
  4. Dバンク角のコサイン(cos)の逆数倍の揚力が必要になる
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正解:Dバンク角のコサイン(cos)の逆数倍の揚力が必要になる

旋回時は揚力が鉛直成分と水平成分に分かれるため、高度を維持するには水平定常飛行の 1/cos(バンク角) 倍の揚力が必要になります。

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146飛行機の失速速度(最低飛行速度)と機体重量の関係として正しいものはどれか。 [一等]

  1. A重量が増加しても失速速度は変化しない
  2. B重量が2倍になると失速速度は半減する
  3. C重量が2倍になると失速速度は約1.4倍になる
  4. D重量が2倍になると失速速度も2倍になる
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正解:C重量が2倍になると失速速度は約1.4倍になる

機体重量が増えると必要な揚力が増加し、失速を防ぐための最低飛行速度も速度の2乗則に従い√2倍(約1.4倍)に増加します。

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147飛行機の旋回半径に関する説明として、正しいものはどれか。 [一等]

  1. A飛行速度が速いほど旋回半径は小さくなる
  2. Bバンク角が同じ場合、飛行速度が速いほど旋回半径は大きくなる
  3. C重力加速度が大きい環境ほど旋回半径は大きくなる
  4. D機体の重量が重いほど旋回半径は直接的に比例して大きくなる
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正解:Bバンク角が同じ場合、飛行速度が速いほど旋回半径は大きくなる

旋回半径 r = V^2 / (g・tan(バンク角)) の式より、速度 V が速くなるほど旋回半径は速度の2乗に比例して大きくなります。

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148無人航空機の飛行性能に影響を与える主な要因として、考慮しなくてもよいものはどれか。 [一等]

  1. A飛行高度による大気状態の変化
  2. B機体重量の増加による慣性の変化
  3. C風向や風速などの気象条件の変化
  4. D電波通信で使用する周波数帯の違い
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正解:D電波通信で使用する周波数帯の違い

飛行性能(上昇・旋回・着陸性能など)は重量、速度、空気密度、風などに影響されますが、通信の周波数帯そのものは飛行の物理的性能には直接影響しません。

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149高度3000mにおける空気密度が高度0mの0.74倍である場合、マルチローターが同じ機体重量でホバリングするために必要なローターの回転角速度は高度0mの何倍になるか。 [一等]

  1. A約0.74倍
  2. B約1.00倍
  3. C約1.16倍
  4. D約1.35倍
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正解:C約1.16倍

推力は空気密度と回転角速度の2乗に比例します。密度が0.74倍になった場合、回転角速度は √(1/0.74) ≒ 1.16倍必要になります。

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150高度hを飛行速度Vで飛行中の無人航空機が揚力を失い落下を始めた。空気抵抗を無視した場合、落下開始地点から墜落するまでの水平距離xを求める式として正しいものはどれか(gは重力加速度)。 [一等]

  1. Ax = V・(h / g)
  2. Bx = V・√(2h / g)
  3. Cx = (V^2 / 2g)・h
  4. Dx = √(V・h / 2g)
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正解:Bx = V・√(2h / g)

水平投射の落下時間 t = √(2h/g) であり、これに水平速度 V を掛けた x = V・√(2h/g) が水平到達距離となります。

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151回転翼航空機の推力(T)、空気密度(ρ)、回転角速度(ω)の関係を表す基本原則はどれか。 [一等]

  1. A推力は空気密度に反比例する
  2. B推力は回転角速度の3乗に比例する
  3. C推力は空気密度と回転角速度の2乗の積に比例する
  4. D推力は回転角速度にのみ依存し空気密度には影響されない
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正解:C推力は空気密度と回転角速度の2乗の積に比例する

プロペラの推力 T は T ∝ ρ・ω^2 の関係にあり、空気密度と回転角速度の2乗に比例します。

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152目視外飛行で「補助者を配置する場合」に必要な機体の装備として、該当しないものはどれか。

  1. A自動操縦システム
  2. B機体の外の様子が監視できるカメラ
  3. C第三者に危害を加えないことを証明する落下傘システム
  4. D異常時に対応する危機回避(フェールセーフ)機能
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正解:C第三者に危害を加えないことを証明する落下傘システム

補助者がいる場合の必須装備に落下傘システム(パラシュート)の限定的な指定はありません。第三者への危害防止機能証明は「補助者がいない場合」の要件です。

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153回転翼航空機(マルチローター)の操縦において、エルロン操作を行った場合の機体の動きとして正しいものはどれか。

  1. A上昇または降下する
  2. B左右に移動する
  3. C前後に移動する
  4. D機首方向が旋回する
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正解:B左右に移動する

マルチローターの操縦において、エルロン操作は機体の左右移動(ロール)、エレベーター操作は前後移動(ピッチ)に対応します。

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154飛行機の失速に関する説明のうち、誤っているものはどれか。

  1. A過度な低速飛行によって発生することがある
  2. B迎角が大きくなりすぎた際に主翼から空気が剥離して起きる
  3. C失速状態に陥ると抗力が急減し機体が急上昇を始める
  4. D失速を防ぐためには最低飛行速度以上を保つ必要がある
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正解:C失速状態に陥ると抗力が急減し機体が急上昇を始める

失速状態に陥ると、揚力が急激に減少するとともに抗力が増大し、機体は急降下を始めます。急上昇はしません。

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155高度3000mにおいて空気密度が0.74倍になった場合、マルチローターが同じ推力を維持するために必要な消費パワーは、高度0mのときの約何倍になるか。 [一等]

  1. A約0.74倍
  2. B約0.86倍
  3. C約1.16倍
  4. D約1.56倍
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正解:C約1.16倍

密度が0.74倍のとき必要な回転角速度は1.16倍になります。消費パワー P ∝ ρ・ω^3 より、0.74 × (1.16)^3 ≒ 1.16倍となります。

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