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民航機到底是飛在哪個大氣層高度?

對流層:

是地球大氣層中最靠近地面的一層,也是地球大氣層裡密度最高的一層,它蘊含了整個大氣層約75%的質量。

 對流層從地球表面開始向高空伸展,直至對流層的上界,即平流層的起點為止。對流層的上界隨地球緯度、季節的不同發生變化。就緯度而言,對流層的上界在低緯度地區平均為16-18 km,在中緯度的地區則為9-12 km,而在高緯度地區只有7-8 km。

對流層是地球大氣層中的一部分,在對流層中,氣溫會是隨高度升高而降低的,每上升一公里大概會下降攝氏6度左右。對流層是地球大氣層中天氣變化最複雜的一層,因為對流層空氣是垂直上下流動的關係,因此人類在航空中遇到的幾乎所有天氣變化都出現在這一層。例如:雲層.龍捲風.颱風.暴風雨等等天氣現象都會是發生在此層中。

夏季和冬季對流層的厚度也不盡相同,因為夏季時,地面氣溫會偏高,相對地面常常會有強烈上升氣流向上上升,同時,就會把對流層拉高,所以夏季對流層比較厚,而冬季時,因為氣溫偏低,所以對流層頂常常有下沉氣流下沉,下沉同時,就會把對流層縮短,相對冬季對流層會比較薄一點。

飛機不適合在對流層飛行,因為此層有強烈上升和下沉運動,很容易產生『亂流』的情形,所以此層不適合飛機飛行。

記住下列幾點就可以了解對流層:

1.對流層中氣溫隨高度增加而降低,每升一公里下降攝氏6度
2.低緯度地區對流層較高緯度地區來的厚。
3.夏季的對流層比冬季來的厚。
4.對流層是所有『天氣現象』發生的地方,會有(雲).....等等。
5.因為對流層上下運動劇烈,易產生亂流現象,因而不適合飛機航行。

平流層:

平流層是大氣層中的第二部份,此層空氣幾乎都是『水平橫向』流動的,所以不易產生對流作用,也就沒有天氣現象發生在平流層,平流層平時約12~50公里厚,此層適合飛機的航行,因為此處空氣幾乎都是水平流行的,不易產生亂流。另外,臭氧層就是存在此層中。

平流層與對流層不同的地方,也就是平流層中,氣溫是隨高度增高而上升的,因為平流層中有臭氧層,臭氧層會吸收太陽的紫外線,吸收同時,就會產生熱量,所以此層氣溫是隨高度而升高的,所以是上暖下冷型的。

記住下列幾點就可以了解平流層:

1.平流層空氣是水平流動的,所以不會有亂流的現象。
2.平流層中的氣溫是隨高度增高而上升的。
3.平流層是臭氧層存在的地方。

中氣層:
 中氣層是大氣層中的第三部份,平時約距離地面50~80公里左右,由此層開始,氣溫又是隨高度而下降的,中氣層中,最低氣溫甚至可低於-90。C左右,非常酷冷,也因為此層空氣比較稀薄,所以飛機不適合在此層航行。

增溫層:
 增溫層是大氣層中第四部份,此層距離太陽比較近,氣溫是隨高度增加而迅速升高的,而且氣溫的高低都是太陽的黑子變化在控制的,光是太陽黑子的變化,就可以讓增溫層的氣溫差個1000多度,很恐怖,此層溫度隨高度增加而升高,所以稱為『增溫層』,也可稱『熱氣層』。

而且此層距離太陽比較近,所以增溫層中的 N2 O2 O 會吸收太陽的輻射,產生電離作用,而增溫層就會是有電離子的,因而增溫層又另稱為『電離層』,這些電離子有吸附或反射無線電波的功用,所以此層對航機電波反射的方面有很大的影響。

雖然說增溫層的氣溫非常的高,但是還是有人被冷死,這是為什麼呢?因為增溫層的空氣非常非常的稀薄,氣體分子溫度雖然很高,但是量很少,很少的氣體分子即使撞到人類,對人類來說,還是不足夠的,所以此層也會被冷死的。

對流層頂

對流層與其之上的平流層的邊界,約離地面12公里附近的位置,稱為對流層頂。但這個邊界的高度會隨季節及緯度而有所變化。一般來說,在赤道地區附近高18公里,而在極地附近則約高6公里,而平均高度則大概離地12公里左右。長途客機大多會在這個邊界飛行。

對流層頂,就像一個分水嶺。在它下面的對流層,雲雨雷電,變幻萬千,氣溫隨高度而下降;反之在它上面的平流層,晴空萬里,氣流平穩,氣溫會隨高度而上升。當氣溫遞減率由正數(對流層)轉到負數(平流層)的現象出現時,那正好表示了那裡是對流層頂的區域了。

對流層中的雲,一般向上移動到對流層頂就停止了,所以積雨雲的雲頂,往往和對流層頂的高度一致。積雨雲對飛行危害很大,但我們可以根據對流層頂的高度,大致判斷積雨雲雲頂可能出現的高度,在飛行的時候盡量避開。另外,對流層中的塵粒、煙粒等固體雜質,經常聚集在對流層頂之下,影響空中能見度。

除了指示天氣,對流層頂高度還是選擇航線高度,使飛機發動機效率最大化的重要參考。飛機發動機在低溫下效率最高,那麼在平流層和對流層當中,哪兒溫度最低呢?根據前面的介紹,我們知道,對流層頂附近是接近地面幾十公裏內溫度最低的區域。因此,在對流層頂區域飛行,是最有利的。從經濟效益出發,計劃航線高度時也要參考對流層頂高度。

目前大型客機大多飛行於此層,以增加飛行的穩定度。原因有:
1. 能見度高:地球大氣的對流層頂水氣、懸浮固體顆粒、雜質等極少,天氣比較晴朗,光線比較好,能見度很高,便於高空飛行。
2. 受力穩定:對流層頂的大氣上暖下涼,大氣不對流,以平流運動為主,飛機在其中受力比較穩定,便於飛行員操縱駕駛,並可節省燃油消耗。
3. 噪聲污染小:對流層頂距地面較高,飛機絕大部分時間在其中飛行,對地面的噪音污染相對較小。
4. 安全係數高:飛鳥飛行的高度一般達不到對流層頂,飛機在對流層頂中飛行就比較安全。
5. 經濟效益高:發動機在低溫下效率最高,對流層頂附近是接近地面幾十公裏內溫度最低的區域,而且溫度沒有隨著高度而升高或降低,從航空公司經濟效益出發是最有利的。

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主講者:江天錚教官,具有四十多年豐富經驗的飛航管制員,歷任飛航服務總台副台長、航管組組長、緊急應變小組組長 ,並曾擔任Airway世界民航雜誌資深編輯,相信大家都拜讀過江教官的大作,歡迎所有愛好航空的夥伴共襄盛舉!!
主講內容:
陸空通信簡介
1、陸空通信的種類
2、無線電通話技術
3、機場管制
4、雷達管制


 

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何謂飛行計劃表(Flight Plan Bill)???

所謂飛行計劃表(Flight Plan Bill)是事先決定好由起飛到降落究竟如何飛行的計劃。其實施目的是搭載旅客,運送貨物之飛航上,不僅僅要注意安全,而且要照時間表,經濟而舒適地飛行。飛行計劃表有提交給航管單位的航管飛行計劃表,與航空公司為飛航準備或航務管理上所必要之航空公司飛行計劃表。

依照航空法規定,航空公司有義務提交航管飛行計劃表(ATC flight plan)給航管機關並取得認可。提交飛行之預定計劃或必要之資訊給航管機關,主要著眼於防止空中撞機,維護飛航安全,確保在緊急事故發生時,能迅速而且適切的展開搜索救援活動之目的。在飛行計劃表內,有飛機之國籍編碼、登記號碼、無線電之呼叫代號、機型、機長姓名、採取儀表飛行或目視飛行方式之區別、起飛地跟起飛時間、巡航高度時之對空速度、使用的通訊設備、替代機場、所裝載燃料之可能飛行時⋯⋯間、搭載人數,與其他有關航管、搜索、救難之參考事項。飛行計劃表通常由運航簽派員(Dispatcher)所製作,經機長同意後,取得航管單位認可方為有效。我們把提交飛行計劃表稱為「報備」(File),經由管制台給予機長認可則稱為「許可」(Clearance)。

航空公司飛行計劃表(Company Flight Plan)是為找尋最合適之航線,同時確認飛機重量在限制值內的一項表格,通常由航務簽派員(Dispatcher)所製作,經機長同意後成立。具體上是依照以下程序作成。首先,先查詢所使用之機型,由旅客與貨運之訂位狀況來預算酬載(Pay Load)。

酬載之多少與飛機總重量相關,也影響燃料消耗量。如果其內容包含危險物品或動物時,處理就必須給予特別注意。還要檢討依照氣象資料,預計到達時降落機場,或替代機場之預報天候能否安全降落,途中氣候如何(有無颱風或惡劣氣候、風向、風速、噴射氣流之位置、強度等),還要依照飛航公告(NOTAM)確認助航設施或通信設施之動作狀態,禁止飛行區域之有無等。

綜合檢討這些要素,決定飛行時間短而且快適的預定飛行航線,將這航線描到航圖上,分成幾區,在各區上預測其風向、風速、計算飛行時間及燃料消耗量,反覆將這些計算起來,就可算出總飛行時間和總燃料消耗量。飛機之裝載燃料之多少,由預計燃料消耗量加上預備燃料來決定。裝載燃料加上酬載決定起飛重量,要確認這項數值不得超過起飛許可重量,如果超出就必需卸下部份貨物或旅客。

目前幾乎所有的飛行計畫書都由電腦計算來作成。對於某航線,由事先算出幾種路線中選出最合適者來飛行。另外,全世界的航線,都利用位於倫敦的國家氣象局以數位方式發行全球氣象資料,來選定時間最短,燃料最省的航線,或者適切飛行時間的航線,以電腦製作能滿足任意條件之飛行計畫表。

所謂簽派員(Dispatcher),是要製作由各機場起飛以及到達目的地為止之飛行計畫,再和機長協商,使航機能順利起飛,以及在飛行中和機長保持密切的聯絡,傳送必要的資訊,可說是為飛航安全,在地面上協助機長的專家。簽派員要有一定的實務經驗,再通過國家舉辦的技術檢定考試,最後還要通過公司的資格審定不可。

在起飛之前,機長和簽派員,對公司飛行計畫上進行討論(簡報),在安全性及其他事項上彼此同意,簽名之後才算定。如果意見不一致時,就採取安全性較高的一方。決定後的飛行計畫,會編入航管飛行計畫,提交給國土交通省航空交通管制部(以鄰國日本為例),管制部將其他提出的飛行計畫作比較檢討之後,如確認無礙,就經由該機場的塔台,對機長認可其飛行,飛機就可出發。
 
 

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飛行管理電腦 (Flight Management Computer, FMC)

FMC 的功能可大概分成四類 : Navigation, Guidance, Performance, Thrust management.

Navigation : 一般翻譯成 "導航", 而後面要介紹的 FMC 另一項功能 : Guidance, 也被翻譯成 "導航". 其實兩者是不太一樣的, Navigation 主要談的是有關飛機本身的定位問題, 畢竟先得知道自己在那裡, 才能決定如何往目標飛, 而 Guidance 談的, 才是如何把飛機由現在位置飛到目的地 看到這裡也許有人要問 : "定位" 不是慣性導航或衛星導航系統的工作嗎 ?如果你這麼想就大錯特錯了. 不曉得你有沒有注意到, 747-400 上用的是慣性 "參考" 系統, 而非 "導航"系統. 顧名思義, 這套系統所提功的飛機位置資料, ⋯⋯只是用來參考而已了. 那麼 FMC 又是如何來作定位的動作呢 ? 原來在 FMC 裡有一個功能強大的資料庫, 裡頭儲存了世界上所有導航電台的資料, 包括它的種類, 代號, 使用頻率, 地理位置等等, 在飛行中 FMC 會不斷找出資料庫中目前飛機位置附近的導航電台, 並自動調整機上各相關導航系統的頻率, 利用從該導航台所獲得的資料, 來更新飛機所在的位置.

Guidance : 有了飛機的位置, 接下來就是如何導引飛機飛往目的地了. 在Guidance 方面, 其實 FMC 還細分為平面導航 (Lateral Navigation, L-NAV)及垂直導航 (Vertical Navigation, V-NAV). L-NAV 負責從起飛機場, 經各航路的導航點, 到降落機場的平面航路導引, 而 V-NAV 則負責飛機從起飛, 爬升, 巡航, 下降, 進場到落地間, 各階段的飛行高度導引. 前述的導航資料庫除了有導航電台資料外, 還有所有航路上的導航點 (Waypoint) 資料, 各機場的位置, 使用的儀器降落系統 (ILS) 頻率, 甚至離到場的程序都有. 飛行員在起飛前要輸入起飛機場, 通過的導航點, 及落地機場, FMC 的 L-NAV 功能就可以一路引導飛機沿著預定的航路飛. 這其間當然要配合 V-NAV 的功能, 同樣的, 飛行員也必頇輸入, 起飛機場的離場程序, 爬升模式 (定速, 經濟....), 巡航模式, 下降模式, 落地機場的到場程序等. 起飛之後, 切換至 Autopilot , 並將 Autopilot 設定為 FMC 引導的模式, 從此飛行員就過著幸福快樂的日子, 一路飛往目的地. 其實從飛機對準跑道頭後, FMC 就可以接手自動駕駛的工作, 只是目前礙於民航法規的規定, 必頇等飛機離地 400 英呎以後, 才能使用 Autopilot. 這是因為起飛是飛機最危險的時刻 (比降落的風險還大), 雖說統計資料看來, 降落時期的失事率最高, 但實際上起飛時, 飛機的速度, 高度, 推力, 都在最敏感的狀態邊緣, 任一閃失都會造成飛機失事. 不像降落時, 還有引擎有餘力修正高度或速度上的閃失, 至少你聽過降落失敗重飛, 但可沒聽過起飛失敗還可以重來的吧 !

Performance : 如果你有機會坐上大型客機, 你會發現許多航空公司在飛機上裝置了一套航機狀況顯示系統, 你可以在螢幕上看到飛機現在飛到那裡了, 高度多少, 速度多快等資料, 其中還會有預定到達時間. 在駕駛艙裡, 會有更詳細的資料, 讓飛行員掌握飛機的動態. 預估到達時間只是 FMC 的 Performance 功能的一小部份. 飛行員在起飛前會輸入飛機重量, 重心位置, 起飛降落時的襟翼角度設定等等, 再利用自身的性能資料庫資料, 配合外界大氣資料, 便可以幫飛行員算出 V1 (Decision speed, 決定速度), VR (Rotation speed, 拉桿速度), 降落速度, 安全的操作速度範圍 (最大及最小速度) 等, 不需飛行員再去費心計算. 若再加上之前為 Guidance 所輸入的導航點資料, 巡航模式, 爬升模式等等資料, FMC 就可以規畫出飛行的航路, 什麼時後開始巡航, 在那裡開始下降, 通過某個導航點的時間, 高度, 剩油多少等等, 讓飛行員可以事先掌握這次飛行的概況. 當然途中遇到突發狀況, 例如前方有一片雲雨區, 飛行員可以選擇使用向左或向右的平移航路避開, 所有預估資料會重新更新, 因為這是一套即時的系統.

Thrust management : 有關推力控制的部份, 也是 FMC 所負責的範圍, 其中又分為推力極限計算, 推力需求計算及推力平衡三個部份.
1. 推力極限計算 : 引擎的推力是會隨著外界大氣狀況改變的, 而起飛時的瞬間最大出力, 與飛行間連續運轉的推力極限也是不同的. FMC 可以隨著大氣變化 (包括高度改變), 及各飛行階段 (起飛, 爬升, 巡航....)的推力需求, 算出當時的推力極限, 一方面顯示在駕駛艙給飛行員知曉, 另一方面通知各引擎的控制器 (Engine Control Unit, ECU), 限制引擎推力不可超過此極限. 此舉一方面可以保護引擎, 延常使用壽命, 另一方面可以發揮引擎最大性能.
2. 推力需求計算 : 在飛行中每個階段有每個階段的推力需求, 就算同一個飛行階段, 也會因為所選用的飛行模式 (經濟, 定速, ...)而有不同, FMC 在 Guidance 中已有了完備的導引航機功能, 如果這時候還要飛行員時時去手動調整油門, 豈不是太煞風景 ? 因此 FMC 一併提供自動調整推力的功能, 來滿足每個飛行階段的推力需求. 在油門推桿的下方, 裝置了由 FMC 控制的伺服馬達, 可以照飛行需要, 移動油門推桿, 就好像有隻看不見的手在操縱油門一樣.
3. 推力平衡 : 在一般情況下, 我們希望機上四個引擎的推力是相同的, 這樣飛機才不會有偏一邊的情形. 但實際上每個引擎因使用年限不同, 或負載不同 (引擎還要提供機上動力, 而每個引擎所負責的部份並不相同), 在推力輸出上可能會有小小的不同. 這時 FMC 就會去微調每個引擎的推力, 使之所有引擎推力相同. 當然若飛行員刻意去調整個別引擎的推力, FMC 也不會笨到與飛行員作對.
 

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