跳到主要內容

發表文章

每日選讀 ↓

《知識》飛機客艙內的空調原理

飛機在高空飛行時,除了引擎聲、機體震動、長途時差外,客艙內相較於地面的低氣壓及低濕度也是會對人體產生影響,因此調節客艙氣壓、溫度、濕度及換氣的空調系統很重要。

氣壓及溫度部分,在飛機巡航約1萬公尺的高度時,氣壓僅有地面的五分之一,因此飛機必須具備調節氣壓的功能。飛行中,引擎會吸取外部空氣並加溫加壓,調節出適切的溫度送進機艙內。飛機機身後下方或是中央左側會有一個放氣閥(Outflow Valve),藉由放氣閥的開口調整機內氣壓高低。一般多會將艙內氣壓調整到海拔2400公尺左右的氣壓。
濕度部分,由於艙內空氣是吸取艙外原本濕度就很低的高空空氣。這對於怕鏽的金屬製機體來說是優點,但對於搭乘的旅客來說,卻容易造成眼、鼻、喉部的乾燥不舒適。因此這也是為什麼大家都會建議在搭飛機時要多攝取水分,可以換上拖鞋及舒適的運動服減輕浮腫,戴上口罩也讓喉嚨較為舒適。
通風部分,飛機具有良好的通風換氣系統,客艙每2-3分鐘會更換一次空氣,每小時更換20-30次。新鮮空氣經由機艙天花板送入機艙,經由地板兩側排出,匯流到機艙後段再經壓力調節閥排出機外。因此機艙內的空氣是上下流動,非前後流動;飛機的高效過濾器(HEPA)能夠有效捕獲3奈米~10微米的顆粒,降低病菌在機艙內的擴散。
隨著航太科技的進步,搭機的舒適度也會有所改善。例如波音787內的空調有別於其它機型,是運用電子壓縮機來製造空氣,且由於機身結構運用大量複合材料,強度增加可讓機艙內的氣壓高度降至約海拔1800公尺高的程度。此外還搭載了能維持機艙內濕度的裝置,提升乘客的飛航舒適品質。✈
◎ photo credit: John Pozadzides via photopincc


最近的文章

《筆記》波音737 MAX的操控特性增益系統(MCAS)問題

2018年10月29日印尼獅子航空JT610航班與2019年3月10日衣索比亞航空ET302航班失事,合計346人喪命。機型皆為波音737 MAX 8, 服役不到2年的新型飛機,其中MCAS是這兩起空難調查的重點。
操控特性增益系統(Maneuvering Characteristics Augmentation System, MCAS)是波音737 MAX客機獨有的一個自動化系統,其主要功能是防止飛機失速。MCAS一旦感應到攻角過大,就會取代飛行員操作,自動讓飛機「低頭」,減少攻角,避免飛機失速;然而,假如攻角感應器失靈,讀取錯誤的數據,在飛機正常飛行時,電腦誤以為攻角過大,MCAS就有可能會下令飛機無故大幅「低頭」,向地面俯衝。
2019年4月4日,波音CEO Dennis Muilenburg發表公開聲明承認,顯然MCAS在這兩起空難事件中,因為讀取到錯誤的攻角資訊而被啟動。對此,波音發布了737 MAX軟體更新和培訓計劃,包括讓MCAS對比兩個測量飛機攻角的傳感器的讀數、MCAS只會在「非正常條件」下被觸發、人類飛行員對飛機的控制權始終高於MCAS。

-
MCAS問世與其潛在飛安危機的背後,其實有段曲折的歷程,而這段歷程有可能與波音的決策及波音的企業文化有關。

2011年春天,波音的高層碰上一個重大難題。波音的主要客戶之一美國航空,通知了波音,他們準備要放棄原本的波音737機隊,改採歐洲空中巴士生產的A320neo(new engine option)的新一代客機,原因是空中巴士的新機型不僅改良了空氣動力特性,而且可以選用新款引擎,讓飛行更安靜、更環保,而且最重要的是更省油。

A320與737這兩款商用客機,是全球中短途飛航市場上的兩大競爭對手。對波音和空中巴士這兩家飛機製造業龍頭來說,中短程機型不但是產品線主力,更是公司主要獲利來源。以當時的航空業市況來看,A320和737幾乎可說平分秋色,各占有一半市場,但A320neo機型於2016年的問世,卻敲響了波音內部的警鐘。

和1980年代才問世的A320系列相較,737明顯是舊時代的產物。1967年首飛的737系列,為了方便乘客和貨物上下,在設計上刻意地降低機身;但這項過去優勢,如今卻成了缺憾,因為新推出的環保省油發動機,體積上普遍較大,低底盤設計讓737在升級上變得礙手礙腳。

另一方面,波音旗艦機種78…

《知識》航空運輸的九大國際航權

航權(Freedoms of the air),也就是指國際民用航空運輸中的過境權利和運輸業務的相關權利。在不同的兩個國家交換與協商這些權利時,一般採取對等原則,有時候某一國會提出較高的交換條件或收取補償費以適當保護該國航空企業的權益。
航權來自於1944年在芝加哥簽署的「芝加哥協定」,這個協定草擬有關兩國之間協商航空運輸條款藍本,而有關的條款一直沿用至今。

第一航權:領空飛越權 在不著陸的情況下,容許本國航機在甲國領空上飛過,前往目的地乙國。如未簽訂第一航權,則該國航空器必須繞道飛行,飛行時間與成本相對提高。舉例來說,新航來往新加坡與洛杉磯的飛機可穿越日本之領空。
隨著冷戰的結束,第一航權幾乎已是共用航權。儘管如此,大多數的國家仍要求在穿越領空前必須先行通知,甚至需要付費。 
在1983年9月1日大韓航空007號班機因偏航進入蘇聯領空,因而遭到蘇聯軍機擊落,可以視為因違犯第一航權而遭到誤擊的一個不幸例子。 


第二航權:技術經停權
容許本國航機因入油的技術上需要,如添加油料、機件故障、或氣候之因素,可在甲國降落,但不得作業務性之上下貨物或乘客。
最有名第二航權的例子是位在愛爾蘭的夏農機場(Shannon Airport)。迄至1960年代,該機場一直被來往北大西洋的飛機當為中停點來添加油料。同樣地,直到1980年代,為了繞過蘇聯,美國阿拉斯加州(Alaska)安克拉治(Anchorage)的泰德·史蒂文斯安克雷奇國際機場(Ted Stevens Anchorage International Airport)向來是來往歐洲與東亞洲飛機的中停點。今日,該機場仍然是多數來往中國與美國飛機的中停點。 
一般而言,當今之第二航權大多由航空貨運飛機行使,客運飛機已逐漸不需使用此一航權。 


第三航權:目的地卸載權
一國之航空器可在簽約國之國土,進行業務性之下乘客、貨物和郵件,但不能上乘客或貨物。


第四航權:目的地裝載權
一國之航空器可在簽約國之國土,進行業務性之上乘客、貨物和郵件,但不能下乘客或貨物。
一般而言,第三、第四航權是雙邊配套簽署的。 


第五航權:延遠權
容許本國航機在前往乙國時,先以甲國作為中轉站上落客貨,再前往乙國。亦可在乙國上落客貨再返回甲國。航機最終以本國為終點站。基本上,第五航權允許一國之航空公司在其登記國以外的兩國間載運客貨,但其航班的起點必需為飛機之登記國。換…

《知識》淺談美國NASA, Boeing, SpaceX 載人太空船發展的背景

過去美國國家航空暨太空總署(NASA)曾經擁有5架自製的載人太空梭(Space Shuttle),但由於太空梭過於老舊,維護成本高、安全性低,在2011年最後一架太空梭(奮進號)退役後,就再也沒有自製的太空梭了。

NASA於2014年,分別與波音及SpaceX簽約,研發可載太空人的新型太空船,希望能載送太空人到國際太空站(International Space Station, ISS)。

然而,美國載人重返太空的夢想似乎一波三折。波音太空船CST-100 Starliner於2019年12月升空測試任務受阻,無法按計劃與ISS對接;SpaceX Dragon更於2019年4月在地面測試期間爆炸。

美國歷來5架服役的太空梭,2架都全機盡毀,折損率高達40%,不幸讓14名太空人喪命,成為史上最致命的航空器。
5架服役的太空梭整理如下:

哥倫比亞號 Columbia (1981年首飛,2003年解體)挑戰者號 Challenger (1983年首飛,1986年爆炸)發現號 Discovery (1984年首飛,2011年退役)亞特蘭蒂斯號 Atlantis (1985年首飛,2011年退役)奮進號Endeavour (1992年首飛,2011年退役)
太空梭1981至2011年服役30年間,總計執行135次任務,載過近600名太空人、和ISS對接33次、發生2次致命意外。在2011年最後一架太空梭(奮進號)退役後,美國就只能租用俄羅斯的太空船運送太空人往返地面和ISS。延伸閱讀:《知識》美國NASA - 波音747「太空梭運輸機」

2011年太空梭退役至今,美國都沒有載人太空船可以取而代之,那為什麼美國當初要放棄太空梭呢?

太空梭是美國阿波羅計畫成功登陸月球之後,研發的一款可重複使用的載人航空器系統。意旨在取代只用一次的傳統火箭,降低發射成本,以達到1年發射50次高頻率,大力探索和開發太空。

美國太空梭失事率高,或許和它的設計有關。

傳統火箭發射系統,將載人太空船搭載於火箭頂部,遠離下方燃料缸和底部引擎。一旦火箭發生故障,太空船亦有機會迅速與火箭分離逃脫,救回太空人性命。

太空梭的設計,是把太空梭本體(Orbiter)直接綁在碩大的外燃料箱(External Tank, ET)上面,若燃料箱發生故障,承受風險相對高。除此之外,位於ET兩側的2枚固體助推火箭(Solid …

《知識》從電影「薩利機長」學航空科學

電影《薩利機長:哈得遜奇蹟》中,重現了全美航空1549號航班的機長心路歷程。在這部片子中,其實重現了很多航空技術與科學的樣貌。
發生於2009年1月冬天的紐約上空,溫度還沒冷到湖面結冰、也因此迎來了忙著遷徙的加拿大黑雁。就這麼不湊巧地,擔任全美航空1549號航班的A320客機和這群加拿大黑雁的飛行航線重疊,鐵鳥撞上一群重3至4公斤的鳥,導致兩具引擎熄火。
飛機駕駛艙與機翼上面的各控制面之間,不再有鋼纜連結,而是改用電纜、利用數位訊號連結,這個技術稱為「線傳飛控」(Fly By Wire, 簡稱FBW)。
透過線傳飛控的技術操控後,飛機只要有「電力」和「液壓」,飛行員的操控只要輕輕地搖動手上的搖桿、就可以更改飛機的姿態,電腦也會自動協助進行飛機姿態平衡的細微控制,不再需要飛行員手動操作。延伸閱讀:《知識》飛機機翼上的各「操縱面」功能
在 FBW 的技術下,新一代的飛機不僅能保護飛行員不會對飛機做出不合理、不安全的飛行姿態,當飛機發生異常時,只要電力系統保持運作、電腦系統功能正常、飛機外型無受損的情形下,飛行員可以更輕鬆地維持飛機安全的飛行姿態,保留腦袋與體力思考如何讓飛機可以安全落地,於是,全美航空1549的成功迫降,新一代的駕駛艙功不可沒。
在全美航空1549航班的案例中,客機才剛起飛、爬升至3,000英呎(約 1,000 公尺)的高度下,就撞上了一群鳥、並導致飛機雙發動機同時熄火無法產生推力。飛機發動機熄火之後,不只是飛機喪失推力,飛機的電力、液壓、空調系統都來自於發動機,等同於飛機的心臟停止跳動。因此,薩利機長在得知雙發動機失效的一個關鍵舉動,就是啟動位於飛機機尾的輔助動力單元(APU),確保飛機的電力和液壓系統運作,讓飛機有良好的操控能力能進行迫降。延伸閱讀:《知識》飛機電力失效的最後救星 - 衝壓空氣渦輪裝置
飛機在天上翱翔時,會受到四個力的影響,包含往下的地心引力、由發動機產生往前的推力、當機翼獲得速度時產生往上的升力、以及飛機前進撞上空氣時的空氣阻力。延伸閱讀:《知識》5分鐘了解「白努力定律」
當飛機所有發動機都失效時,因為沒有辦法產生往前的推力,空氣阻力就會讓飛機的速度變慢,隨著速度變慢、機翼產生的升力越小、飛機就越難抵抗地心引力。當飛機喪失推力之後,飛行員第一件要做的事情,就是要讓飛機維持安全的空速、讓機翼產生足夠的升力、維持穩定的飛行姿態,避免飛…

《精選》響應環保,紐西蘭航空推出「可以吃的咖啡杯!」

近年環保議題被各界重視,航空產業也不遺餘力。每年搭機的乘客必須使用一次性餐具,不可避免在飛行旅途中產生大量垃圾。紐西蘭航空(Air New Zealand)與紐西蘭當地企業Twiice合作,開發「可食用的咖啡杯」,用香草餅乾體製作的杯子,喝完咖啡就可以直接把餅乾吃掉。
這款可食用咖啡杯是用小麥粉、糖、雞蛋與香草製作而成,香草餅乾的杯體酥脆,與機上提供的黑咖啡剛好對味。為了製作健康可食用同時不會軟爛的餅乾咖啡杯,生產商Twiice運用多種不同原料的樣品進行試用。紐西蘭航空對這項創意產品充滿信心。
紐西蘭航空一直都是話題性十足的航空公司,除了推出一系列創意吸睛的機上安全影片,現在紐西蘭航空用可以吃的咖啡杯響應環保,再度製造話題。

《知識》飛機上提供Wi-Fi服務的原理

近年來,有越來越多航空公司在新飛機上提供Wi-Fi服務,讓乘客在高空中也可以享用現代人生活不可或缺的網際網路。然而,飛機在空中高速飛行的情況下,到底是用什麼方式來讓乘客的行動裝置連上網路?答案就是:地面基地台衛星網路

地面基地台 傳統地面基地台散播訊號的方式是以平面為主,若要讓飛機接收到訊號,就必須將訊號朝向天空散播。這類基地台的理論覆蓋範圍約為100公里,高度則會受到天氣等因素限制。同時,飛機也需要在機腹下方安裝專門接收地面訊號的天線,將接收到的訊號散播到整個客艙,讓乘客的行動裝置可以連上網路。

這種地面基地台的運作方式稱作ATG(Air to Ground),而為了接收地面來的訊號,飛機會在腹部裝設天線,飛機本身會因此成為一個巨大的飛行熱點,分送網路給機艙內的乘客。

此方法最具有代表性的是美國Gogo機上網路公司。Gogo的ATG網路是個蜂窩無線網路,飛機在服務區移動時,也同時進行網路服務區的切換。


衛星網路 由於飛機不可能一直在陸地上方飛行,因此若飛行到海面上方,就必須靠衛星接收訊號來維持網路連線。使用衛星傳遞訊號時,飛機上連網設備的資料並不是傳回地面,而是發送到衛星上,再由衛星傳送回地球。飛機衛星傳輸的天線位於背上,能夠透過GPS定位衛星方向,取得最佳的傳輸角度。

透過衛星傳輸優點是不受地形限制,且覆蓋範圍比地面基地台更廣,不需要頻繁地切換基地台訊號造成速度不穩定;然而,由於衛星傳輸的距離較長,會有延遲問題發生,且頻寬擴充性無法像地面基地台方便,衛星的維修和升級也相對困難。
-
無論是頭等艙還是經濟艙,每個人在同架飛機上,就是共用網路頻寬。越多人使用,飛機上的網路速度就越慢。

對於飛機上提供Wi-Fi上網服務的收費來說,國外航空公司大多採取區域網免費,外網收費的方式,從用戶端收回成本。無論是使用地面基地台或是衛星網路,都有其優缺點。不同航空公司在成本與品質的考量下,可能會擇一或採取混搭方式提供飛機上Wi-Fi服務。✈

◎ photo credit: multisanti via photopincc



《知識》電動飛機的發展概況與挑戰

根據歐盟委員會(European Commission)數據,飛機排放溫室氣體,約占全球溫室氣體4%,目前還在持續成長中。歐盟委員會的目標是希望到了2050年,飛機每公里二氧化碳排放量減少60%、氮氧化物污染減少90%、噪音減少75%。電動飛機的發展就是其中的關鍵。
為了朝降低航空產業污染的目標邁進,不少航太公司、新創都積極投入研發電動飛機。以下整理各公司發展電動飛機的概況: -

Harbour Air純電動水上飛機de Havilland Canada DHC-2 Beaver

美國工程公司Magnix與加拿大港灣航空(Harbour Air)合作,利用Harbour Air旗下de Havilland Canada DHC-2 Beaver飛機進行改版,配備Magnix公司的750馬力電力推進系統,於2019年12月10日在加拿大溫哥華試飛成功。日後電動飛機預計運送約 50 萬名乘客往返溫哥華、惠斯勒,以及附近周邊島嶼等。Magnix公司的750馬力電力推進系統,使用美國航太總署(NASA)認可、也被用於國際太空站的鋰電池,可讓飛機持續飛行約160公里。


空中巴士研發全電動小飛機 E-Fan
歐洲飛機製造商空中巴士(Airbus)在2014英國法恩堡航展上,展示一架全電動「E-Fan」小飛機。該飛機機翼長9.5公尺,重量僅約550公斤,它無須航空燃油提供動力,100%依靠電池飛行。因此飛行過程中不會排放廢氣,同時也顯得非常安靜。空中巴士希望先透過研發小型電動飛機後,可以將技術應用在大型客機上。

空中巴士、西門子、勞斯萊斯,合作研發混合動力電動飛機 E-Fan X
空中巴士也與西門子(Siemens)研發電力引擎多年,2017年勞斯萊斯加入合作,三家公司共同開發了一款叫E-Fan X的混合動力電動飛機。該機體是由一架BAe 146改裝。空中巴士負責整合混合動力電動推進系統以及電池的控制架構;西門子負責配電系統;勞斯萊斯負責研發渦輪引擎、發電機和電力電子設備。

英國易捷航空與Wright Electric合作研發電動客機
英國廉價航空易捷航空(EasyJet)跟美國新創公司Wright Electric合作,研發預計可以飛行540公里的電動客機。這個距離將可覆蓋20%的易捷航線,希望十年內能讓電動客機執飛倫敦到巴黎、阿姆斯特丹這類短程航線。
易捷航空表示,為了降低航空產…

《精選》賞機新景點!桃園國際機場「戶外觀景台」正式開放

台灣桃園國際機場第二航廈南側5樓戶外觀景台於2019年12月14日正式開放試體驗。這是全國最大的開放式觀景台,航空迷們可近距離觀賞各航空公司不同機型等客、貨機滑行、起降,拍攝飛機照片,包含全球最大的空中巴士A380及波音777、787等客機。
戶外觀景台在保安措施上採用隱形鐵窗概念的鋼絲電子圍籬,沒有玻璃阻隔反光問題,方便拍照取景。觀景台啟用後,每日開放時間為上午06:30至夜間22:30,遊客將可在此悠閒喝著咖啡同時享受美景,讓桃園機場不再只是機場,成為民眾假日休閒用餐的好去處。
- 為了維護飛航安全,機場公司也特別提醒賞機遊客遵守以下事項:
一、 禁止施放有礙飛航安全物體如風箏、天燈、煙火、無人機、空拍機、遙控飛機、氣球或其他可能影響航空器飛航安全之漂浮或移動物體。
二、 禁止攜帶動物(放置於寵物籠內及導盲犬除外)。
三、 禁止攜帶危險物品及易燃物。
四、 禁止向機坪丟擲任何異物。
五、 禁止以聚光型投射燈光、雷射光束照射航空器。
違反者將依民用航空法及航空保安相關規範處罰,最高可處新台幣150萬元,請大家留意。


延伸閱讀:
《精選》台北松山機場賞機地點整理

《知識》關於飛機的輪胎

一架巨大重量、體積龐大的飛機,只靠幾個輪子,就能承受住嗎?飛機專用的航空輪胎,或許看整架飛機的比例會覺得輪胎顯得太小,不過其實對比陸上交通工具的輪胎,其實航空輪胎是很大的,而且比汽車輪胎還要寬很多。
飛機上的輪胎和汽車輪胎最大的差別就是使用時間。汽車在行駛的時候,輪胎得一直使用,但飛機的航空輪胎則僅是起降的時候會用到。為了減輕飛機飛行時的負擔,航空輪胎的設計確實是以盡量小為主,而根本的要求就是要提高堅固性,才能夠在起降時耐衝擊、耐刺扎、耐溫升。

飛機輪胎的材質結構
航空輪胎的材質和結構都和汽車輪胎有著巨大的差別,航空輪胎添加劑中,除了氧化鋅和炭黑外,又放入了大量的矽烷偶聯劑、對苯二胺類防老劑、次磺酰胺、對苯二胺等大量添加劑,使得航空橡膠的輪胎的抗拉伸力是普通汽車輪胎的300%以上,耐磨性能則是普通輪胎的200%以上。

另外,航空輪胎的結構也比汽車輪胎層次更加豐富,包含了大量的支撐結構,使其能承受更大重量。輪胎裡面充滿氮氣, 氣壓越大的輪胎能承載的重量越大。

航空輪胎也和「跑道」有關,汽車輪胎因為要適應的路面環境多變,所以汽車輪胎需要具備各種路面的通過能力;而航空輪胎接觸的路面僅是機場跑道和滑行道,擁有嚴格的施工、使用、保養等指標來進行維護,所面臨的環境相對單一。


飛機輪胎更換作業
正如汽車一樣,飛機的輪胎也會隨著歲月磨蝕,必須定期修補或更換。每班航班起飛前,負責該航班的機長及工程人員須先檢查輪胎,視乎其狀況作出修補或更換。

每個輪胎約重200公斤,需要4位整備人員通力合作,花費約40~60分鐘的作業時間才能完成更換。過程中除了要迅速的行動,同時要非常謹慎小心,整備人員必須在有限的時間內用千斤頂舉起飛機,完成輪胎更換。


飛機降落時,為何是後輪先著地?
降落時,飛機後輪先著地,最大的用意是可以避免飛機頭重腳輕,導致翻覆。原理就像我們走路,腳跟先著地會更穩。順帶一提,為什麼飛機起落架會斜一邊呢?答案其實很單純,就是收回起落架時,可以節省收納空間!


- 延伸閱讀:
《知識》客機是如何煞車的?

參考資料:
飛機輪胎小卻能承受上百噸?機密原因曝光
飛機輪胎那麼小,為什麼能承受如此大的質量?
如何幫飛機換裝輪胎?