一等学科試験の計算問題は5パターンだけ|教則の式と公式サンプルの解き方

一等学科試験の計算問題は5パターンだけ アイキャッチ画像 ドローン国家資格

一等の学科試験には計算問題があります。二等にはありません。

国土交通省が公開している一等のサンプル問題は3問ですが、そのうち2問が計算問題です。旋回半径と、フレネルゾーン半径。どちらも教則に式がそのまま書かれていて、数字を入れるだけで答えが出ます。

それでも「計算が出ると聞いて身構えている」という声を、講習のたびに聞きます。身構える必要はありません。出題の型は5つしかなく、5つとも教則第5版の本文に式と例題が載っています。

この記事では、5つの型を順に、教則の式と手順で解けるようにします。最後に公式サンプルの2問を、実際に数字を入れて解きます。

先に結論

計算問題は教則4.3「飛行原理と飛行性能」に4つ、4.5「機体以外の要素技術」に1つ、あわせて5つの型が示されています。どれも〔一等〕のマークが付いた項目で、二等の出題範囲ではありません。

出るのはこの5つ

型 問われること 根拠
① 重量・高度と揚力/推力 重さや高度が変わると、速度・回転数・パワーが何倍になるか 教則4.3(1)
② 旋回半径 速度とバンク角から旋回半径を出す 教則4.3(2)
③ 滑空距離 揚抗比と高度から、どこまで滑空できるか 教則4.3(3)
④ 水平到達距離 揚力を失って落ちたとき、どこまで飛んでいくか 教則4.3(4)
⑤ フレネルゾーン半径 周波数と距離から、必要なアンテナの高さを出す 教則4.5(6)

この5つ以外の式は、教則に出てきません。 範囲を広げて心配する必要はないということです。

① 重量・高度が変わると、何が何倍になるか

教則が示している関係は、次の4つです。

  • 飛行機の水平定常飛行:機体重量W=揚力L、そして L ∝ ρV²(ρは空気密度、Vは飛行速度)
  • 回転翼の推力:T ∝ ρω²(ωは回転角速度)
  • ホバリング時:W = T
  • 回転翼の消費パワー:P ∝ ρω³ ∝ Tω

試験で問われるのは式そのものではなく、「○倍になったら、何が何倍か」です。教則はそれを例で示しています。

重量が2倍になったら

対象 必要になるもの 倍率
飛行機 飛行速度 √2 ≒ 1.4倍
飛行機 最低速度(失速速度) √2 ≒ 1.4倍
回転翼 プロペラ回転角速度 √2 ≒ 1.4倍
回転翼 消費パワー √2³ ≒ 2.8倍

覚え方は「重さ2倍なら、速度も回転数も1.4倍。パワーだけ2.8倍」です。揚力も推力も速度(回転数)の2乗に比例するので、2倍にするには√2倍。パワーは推力×回転数なので、2×1.4で2.8倍になります。

高度が上がったら

教則には標準大気の表が載っていて、高度が1,000m上がるごとに空気密度は約0.9倍になります。高度3,000mでは0.74倍です。

空気密度が0.74倍になると、同じ速度なら揚力も0.74倍。もとに戻すには√(1/0.74)≒1.16倍の速度(回転角速度)が必要で、そのときの消費パワーも約1.16倍になります。この「3000mで0.74倍、そこから1.16倍」は教則の本文にそのまま書かれている数字なので、そのまま覚えて構いません。

間違えやすいところ

「空気が薄いと機体が軽くなる」わけではありません。 重さは変わらず、それを支える力のほうが減ります。だから速度か回転数を上げる必要が出てきます。

もう一つ。ペイロードを積んで重くなると、最低速度(失速速度)も上がります。 「重いと遅く飛べる」は逆です。

② 旋回半径

教則4.3(2)の式です。バンク角(ロール角)を𝜙とすると、

V² / r = g tan 𝜙  したがって r = V² ÷ (g tan 𝜙)

V=飛行速度[m/s]、r=旋回半径[m]、g=重力加速度(≒9.8m/s²)、𝜙=バンク角

教則が挙げている例は、飛行速度10m/s・バンク角20°(tan20°≒0.36)の場合です。

r = 10² ÷ (9.8 × 0.36) = 100 ÷ 3.528 ≒ 28m

あわせて、教則は「定常旋回には水平飛行の 1/cos𝜙 倍の揚力が必要」とも書いています。cos20°≒0.94なので、1.06倍です。

手順は3つだけ

  1. 速度Vを2乗する
  2. 9.8 × tan𝜙 を計算する(tanの値は問題文に与えられます)
  3. 割る

バンク角が大きいほど旋回半径は小さくなります。 tanが大きくなって分母が増えるからです。数字を入れ間違えたときの検算に使えます。

③ 滑空距離

推力がない状態で滑空するときの角度を滑空角𝛾といい、揚抗比 L/D との間にこの関係があります。

tan 𝛾 = 1 ÷ (L/D)  高度hからの滑空距離は d = h × (L/D)

教則の例は揚抗比15です。𝛾 = tan⁻¹(1/15) ≒ 3.8°、高度100mからの滑空距離は d = 100 × 15 = 1,500m。

滑空距離は「高度 × 揚抗比」。 割り算も三角関数も要りません。ここはいちばん簡単な型です。

④ 水平到達距離

飛行中に揚力を失って落下を始めたとき、どこまで飛んでいくかを求める式です。機体を質点とみなし、空気抵抗を無視した場合。

x = v × √(2h ÷ g)

x=水平距離[m]、v=飛行速度[m/s]、h=高度[m]、g=重力加速度

この型は他の4つに比べて解説記事が少ないのですが、教則4.3(4)に独立した項目として載っています。 高校物理の水平投射そのままです。

実務では、これが立入管理措置の考え方につながります。「真下に落ちる」のではなく、速度が乗っていれば前に飛んでいく。だから立入管理区画を機体の真下だけに取ってはいけない、という話です。計算問題としてだけでなく、リスク管理の設問としても問われうる論点だと考えています。

⑤ フレネルゾーン半径と、必要なアンテナの高さ

教則4.5(6)の式です。

R = √( λ × (D/2)² × 1/D ) = √( λD ÷ 4 )

R=第1フレネルゾーン半径[m]、D=送受信アンテナ間距離[m]、λ=波長[m]

波長は λ = 光速(3×10⁸ m/s) ÷ 周波数f[Hz]

教則の例は、D=100m・f=2.4GHzの場合です。

  1. 波長 λ = (3×10⁸) ÷ (2.4×10⁹) = 0.125m
  2. 半径 R = √(0.125 × 100 ÷ 4) = √3.125 ≒ 1.77m
  3. したがって理想的なアンテナの高さは1.77m以上

ここで終わりではありません。教則は続けて、「実際にはフレネルゾーン半径の60%以上のアンテナ高さが確保できていれば、障害物がない場合と同等の通信品質を確保できるといわれている」と書いています。1.77 × 0.6 ≒ 1.1m以上。

ここが最大のひっかけ

「フレネルゾーン半径を求めよ」なのか「必要なアンテナの高さを求めよ」なのかで、答えが変わります。 後者なら60%を掛けます。公式サンプルの問2は、まさにこの60%まで求めさせる問題です。

半径だけ出して選択肢を見ると、それらしい数字が並んでいるので気づけません。設問の最後の一文を必ず読んでください。

覚えておく性質は2つです。周波数が高い(波長が短い)ほど、フレネルゾーンは小さくなる。距離が短いほど小さくなる。 教則は「2.4GHz帯・5.7GHz帯で2地点が100m離れたケースでは2m以下」とも書いています。

公式サンプルの2問を、実際に解く

国土交通省が公開している一等のサンプル問題のうち、計算問題2問を解いてみます。与えられている数値だけで解けることを確かめてください。

サンプル問1:旋回半径

与えられている条件は、飛行速度25m/s、バンク角30°、重力加速度9.8m/s²、tan30°≒0.58。②の式に入れます。

r = 25² ÷ (9.8 × 0.58) = 625 ÷ 5.684 ≒ 109.9

選択肢は105m・110m・115mで、正答は110mです。tanの値まで問題文に書かれているので、電卓でできるのは2乗と割り算だけです。

サンプル問2:フレネルゾーン

与えられている条件は、周波数2.4GHz、送受信距離1,400m、光速3×10⁸m/s。加えて√2≒1.41、√3≒1.73、√5≒2.24、√7≒2.65が添えられています。

  1. λ = (3×10⁸) ÷ (2.4×10⁹) = 0.125m
  2. R = √(0.125 × 1400 ÷ 4) = √43.75
  3. 43.75 = 6.25 × 7 なので、√43.75 = 2.5 × √7 ≒ 2.5 × 2.65 = 6.625m
  4. 必要なアンテナの高さは、その60% 6.625 × 0.6 ≒ 4.0m

選択肢は4.0m・4.5m・5.0mで、正答は4.0mです。

√の値が問題文に与えられていることに注目してください。√43.75 をそのまま出そうとすると手が止まりますが、43.75 を 6.25×7 に分けて √7 を使う、という道筋が用意されています。与えられた√の値は「この形に分解しなさい」というヒントです。

覚える数字のまとめ

論点 値 根拠
重量2倍のときの速度・回転角速度 √2 ≒ 1.4倍 教則4.3(1)
重量2倍のときの消費パワー √2³ ≒ 2.8倍 教則4.3(1)
高度1,000mごとの空気密度 約0.9倍 教則4.3(1)
高度3,000mの空気密度と必要速度 0.74倍/1.16倍 教則4.3(1)
重力加速度 ≒9.8m/s² 教則4.3(2)
滑空距離 高度 × 揚抗比 教則4.3(3)
光速 3×10⁸ m/s 教則4.5(6)
アンテナ高さの実用値 フレネルゾーン半径の60% 教則4.5(6)
標準大気の海面上の気圧 1013hPa 教則6.2

二等を受ける方へ

二等の学科試験に計算問題は出ません。 上の5つはすべて〔一等〕の項目です。

ただし、考え方だけは二等でも効きます。 「荷物を積むと必要な力が増える」「高いところでは空気が薄くて力が出ない」「速度が乗っていれば、落ちるときは前に飛んでいく」——この3つは、飛行計画を立てるときの判断そのものです。式を覚える必要はありませんので、方向だけ持ち帰ってください。

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出典

  • 国土交通省「無人航空機の飛行の安全に関する教則(第5版)」令和8年7月7日公布・令和8年7月14日適用(4.3 飛行原理と飛行性能/4.5 機体以外の要素技術)
  • 国土交通省「操縦ライセンス制度 学科試験(一等)サンプル問題」

本記事の内容は2026年9月時点のものです。制度は改正されることがありますので、最新の情報は必ず国土交通省の公式サイトでご確認ください。数値は教則第5版の本文と照合していますが、計算結果は四捨五入の位置によって末尾が変わることがあります。

登録講習機関講師 フライトデスク 監修

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