ノット、マッハ、フライトレベル：航空業界が計量化しなかった単位

誰も他に使わない三つの単位で運用される業界

航空ナビゲーションは距離に海里、速度にノット、遷移高度以下の高度にフィート、音速に近い速度以上でマッハ数を使用しています。いずれもSI単位ではなく、変わることもないでしょう。それぞれは惰性だけでなく、具体的で防御可能な理由で生き残っており、その理由を互いに区別する価値があります。

1929年：海里が世界共通の数値になる

1929年以前、「海里」は国によって異なる距離を意味していました。イギリスの海軍マイルは6,080フィート（1,853.18 m）、米国の海里は1,853.248 m、他の海事国家もそれぞれの値を持っていました。すべて緯度1分の長さに近似していましたが、正確には一致していませんでした。1929年にモナコで開催された第一回国際臨時水路会議は、国際海里を正確に1,852メートルに固定しました。採用は同時ではなく段階的でした—アメリカは1954年7月1日に国際基準に変更し、イギリスは1970年まで海軍マイルを廃止しませんでした。今日、海里は航空および海運が行われるあらゆる場所で同じ方法で定義されていますが、SI単位ではなく、SI小冊子さえも「国際単位系と共に使用するため」に受け入れているだけで、SI単位系の一部ではありません。

なぜ正確に1,852 m なのか—任意の端数ではない

海里は法定マイルのように恣意的ではありません。地球の表面の子午線に沿った1分の弧の長さに近似するように設定されています。つまり緯度の1度の60分の1です。これは陸上マイルが持たない直接的で実用的な利点をもたらします。航海者が海図の子午線スケールに沿って60海里の距離を測定すると、同時に正確に1度の緯度を読み取ることになります。つまり距離と位置が同じスケールを共有します。1度に60海里、完全な子午線周長に360度、地球の極周囲は21,600海里×1,852 m≈40,003 kmとなります。これは1790年代のメートル定義に使用された子午線長に近いですが正確ではありません。地球は完全な球ではなく、元のメートル定義はわずかに異なる子午線弧測定を使用していたからです。海里の便利さは十進法ではなく幾何学的です。緯度に直接結びついており、航海者が実際に見つけようとしているのはその緯度です。

ノット：幾何学的性質が組み込まれた速度

ノットは単純に時速1海里です。1ノット＝1.852 km/h（正確）＝0.514444 m/s（循環小数）＝1.15078 mph（1,852÷1,609.344）。海里は緯度1分なので、1時間に1ノットの速力で進む船舶または航空機は、その時間に緯度1分をカバーしました。これは速力計の値と海図上の位置変化の間の直接的な、変換なしのリンクです。このリンクが単位全体の正当性です。ノットは、メートルベースの海図に対するkm/hではデッドレコニング航法（速力、針路、経過時間から位置を推定し、衛星測位を使わない）を算術的に直接的にします。

マッハ：速度ではなく比率

マッハ数はkm/hやmphの固定値ではなく、物体の速度と現地の音速の比です。空気中の音速は高度や気圧ではなく温度に依存します：

a = √(γRT)

ここでTは絶対温度、γは空気の比熱比（≈1.4）、Rは空気の比気体定数です。高度が重要なのは、対流圏では高度とともに温度が低下するからです。国際標準大気条件下での海面（15℃、288.15 K）では、音速は約340.3 m/s（1,225 km/h、761 mph）です。対流圏界面、約11 kmの高度では、ISA温度が−56.5℃（216.65 K）に低下し、約295.1 m/s（1,062 km/h、660 mph）に落ちます。温度差だけで、ほぼ13%遅くなります。実用的な結果として、一定のマッハ数を保つ航空機は上昇するにつれて一定の真気速を保っていません。マッハ数が測定される速度そのものが低下するからです。

二つの高度での音速

これが巡航中の航客機のマッハメーターと対気速度計が高度とともに乖離する理由であり、なぜ「音速」は特定の温度を述べてのみ単一の数値なのかです。高度を述べずに音速が「1,225 km/h」と言及することは、高度が上がると成立しない海面高度での値を引用することです。

フィート、今もほぼ世界中で

遷移高度以上で、航空機はフライトレベルで飛行します。つまり現地海面ではなく標準気圧基準1013.25 hPa（29.92 inHg）に参照される高度です。フライトレベルは百の位のフィートで表示されます。FL350は高度計が標準気圧に設定されて35,000フィートを読んでいることを意味します。これは本当の遺物であり、このサイトが目をつぶる丸め便宜ではありません。このサイトの以前の記事は、航空高度をフィートとして、それ以外は計量化された国の中で残った帝国単位の一つとして述べており、それは今も正確です。しかし普遍的ではありません。中国、ロシア、モンゴル、北朝鮮、タジキスタンは認識された例外です。特に中国は国内フライトレベルをその管制空域全体でメートルで運用しています。レベルはフライトレベル番号ではなく「1200メートル」として通知されるかもしれません。ロシアは2010年代に国際RVSM互換性のためにフィートに移行する前に、独自の遷移高度以下でメートルベースの高度を数十年間使用していました。他のすべてのICAO加盟国および国際航空交通管制通信はフィートを使用しています。航空高度単位に関する世界的な基準は存在します—それはメートルではないだけです。

三つの単位、三つの別々の正当化

これらの単位のいずれもが純粋な惰性だけで生き残っているわけではありません。海里は緯度に直接結びついているため生き残ります。ノットはデッドレコニングのためその特性を相続するため生き残ります。フライトレベルのフィートは主に基盤が—海図、ATC用語、航空機計器—世界中でほぼ圧倒的にフィートベースであり、変更には全国のすべての航空路で同時かつ正確な調整が必要で、安全上の利点が正当化するには大きくない切り替えコストのため生き残ります。マッハは本当の速度の単位ではないため生き残ります。これは航空機の局所音障壁に対する位置を説明する比率であり、他の二つが歴史の産物である方法とは異なり、高速空気力学にとって物理的に関連する量です。