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《知識》航空史上首架超音速客機「圖波列夫TU-144」

航空史上首架速度超過音速的客機是什麼機型?很多人第一個聯想到的答案是英法合作研發的協和客機(Concorde),但這個答案其實是蘇聯時代研發的圖波列夫TU-144超音速客機。
TU-144首飛於1968年12月,比協和客機早三個月。西方國家的觀察家稱之為「協和斯基」(Concordski),因為它和豪華飛機協和客機非常相似。不過TU-144並未成為家喻戶曉的名字。部分原因是設計敗筆,另外也因為在1973年巴黎航空展上發生,在全世界媒體面前的一次嚴重空難。和冷戰時期很多偉大的科技創舉一樣,TU-144的故事也是圍繞政治展開的。
1960年,蘇聯總理尼基塔·赫魯曉夫(Nikita Khrushschev)得知了英國和法國正在研究一個新的飛機項目以重振飛機製造業的消息。這架名為「協和」的客機設計速度超越音速,它將把歐洲至美國的飛行時間縮短至數個小時。兩年後,英國和法國簽訂了正式的合作協議,開始飛機的設計和製造。差不多與此同時,飛機製造商波音公司和洛克希德(Lockheed)的超音速運輸項目(SST)也獲得批准開始進行。蘇聯意識到他們必須爭分奪秒。
英法的協和號客機和蘇聯的TU-144之間的競爭關係是那個時代國際關係的特徵,當時還在同時進行太空競賽和登月競賽。當時的理論是誰的飛機越快,誰就越是成功。既然米格-21和美國的F-104這樣的戰鬥機已經能夠達到兩倍音速,超音速旅行似乎就成為有可能實現的任務。
然而;蘇聯的大量科技資源都投向太空競賽的時候,對客機項目的投入就微不足道了。太空競賽導致蘇聯把注意力從超音速轟炸機,轉移到長距離火箭和高空導彈,從而削弱了TU-144項目,迫使蘇聯把TU-144定位為獨立的民用飛機項目。這與蘇聯製造客機的經驗背道而馳,導致開發者要面對從零開始設計複雜的超音速飛機的艱巨使命。同時,飛機還要滿足舒適度和經濟效益等要求,此前很少需要考慮這些要求。
TU-144項目很快就開始出現問題。首先,它超過了蘇聯當時航空工業的水平大概10至15年。TU-144落後的兩個重要領域是剎車和發動機控制。
相較之下,協和客機在很多尖端科技上處於領先地位,不僅包括剎車。它是首批使用碳纖材料製造剎車的飛機,在飛機落地后能夠經受讓飛機減速所產生的巨大熱量(協和客機落地的速度很高,在每小時185英里左右(296公里/小時)。
更大的問題在於發動機。協和客機是首架飛行系統的…
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《知識》什麼是飛機的「靜力測試」?

飛機在研發過程中,必須提供一架原型機接受「靜力測試」(static test),藉由複雜的加載裝置,來檢驗飛機結構強度,是否符合安全飛行的要求。簡單說,就像是飛機的體適能測驗,考驗飛機承載能力。
無論哪一種飛機,要能安全地在空中翱翔,都必須通過一次又一次的考驗,其中以「全機靜力測試」條件最為嚴格。全機靜力測驗,是整個飛機研製過程中,重要的地面試驗,是通過一套複雜的加載裝置,和一套完整的系統來模擬飛機,在空中受到的空氣動力、發動機推力等一系列複雜的載荷,真實的施加在飛機上,以測得飛機結構,在整個飛行過程中是否滿足強度要求,是驗證飛機強度的重要手段。
如果飛機的結構設計強度不足,測試過程中機翼被扯斷也就不足為奇,隨著加載數值不斷上升,機翼的變形也就愈加明顯。在研製飛機時,會把飛機遇到最差的情況考量進去,例如飛機若失速從高空往下衝,拉起來的時候,需要一個很大的加速度往上飛,此時飛機機翼上要能承受一個巨大的升力。
靜力測試可以知道一架飛機結構在各種受力情況下會不會破損,或是在大變形下會不會折斷的結果,也等於是飛機安全飛行的一張保證書。

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延伸閱讀:
《知識》飛機座椅的設計與測試
《知識》飛機機翼上的各「操縱面」功能
《知識》客機機艙座位上方「三角形標誌」的意義

參考資料:
飛行器靜力測試 考驗飛機承載能力

《精選》與空中巴士A380不同,波音747退出客機市場,依然保有貨機營運彈性

空中巴士於2019年2月14日宣佈,由於缺少訂單的緣故,將在 2021年完成現有訂單的生產後,終止A380的生產線。延伸閱讀:《精選》空中巴士宣佈A380將停產

其實,波音比空中巴士更早宣布將不再打造747客機,讓昔日的「空中女王」正式退出客運,只保留貨運和特殊任務,如美國總統專機空軍一號(Air force One)或是太空梭運輸機。
延伸閱讀:《精選》美國總統專機「空軍一號」非波音747-8不可?
延伸閱讀:《知識》美國NASA - 波音747「太空梭運輸機」
在成本與市場銷售量的考量下,波音表示,相較於如737MAX、777、787等型號,超大型客機的訂單確實不如預期的好,四座引擎的超大油耗恐怕更讓當今的航空公司不敢購買,因而造成波音747客機的退出,對手空中巴士的A380客機也是。
空中巴士當初決定投資研發A380客機,其實是賭在未來航空營運模式,是透過全球少數的樞紐級的機場為旅客集散中心(Hub to Hub),然後再轉機小型客機抵達目的地。A380就是作為樞紐級機場間的主要客機;波音則押注點對點的飛行(Point to Point),所以研發成本較低載客數較少的雙引擎雙走道的廣體客機787。後來的事實顯示,旅客更喜歡直達而不願意轉機,波音747、A380未能達到令多數航空公司滿意的載客率,巨無霸客機逐漸不被青睞。

與空中巴士A380不同的是,起初波音747在設計上就考慮到貨運需求,即使是客機版,也考慮到同時運貨的貨運容量;A380在這點就無法比上波音747。A380設計追求更大載客量,大多數貨運空間要保留給旅客行李,因此貨艙就遭排擠,這使航空公司營運彈性降低。波音747客機若載客不足,還能以載貨來打平營運成本,A380就沒有這種經營彈性。

波音747各國郵票 (Source: 台灣民航資源網)
波音747是全球第一款四引擎廣體噴射客機,於1970年投入服役,是全球最暢銷的民航機之一;然而龐大的運載量與四引擎設計,後來也變成波音747的致命傷。四引擎的維護成本比雙引擎高,耗油更多,航線更缺乏彈性,必須選在載客量夠多的地方營運。新款雙引擎民航客機,像是波音777或空中巴士A350,能比波音747產生更高的經濟效益。波音747的長途客機功能逐漸遭到取代,轉為貨運用途。延伸閱讀:《知識》波音747 - 人們心中永遠的空中「巨無霸」客機

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參考資料:
空中女王退出客…

《精選》空中巴士宣佈A380將停產

空中巴士於2019年2月14日宣佈,由於缺少訂單的緣故,將在 2021年完成現有訂單的生產後,終止A380的生產線。此消息其實沒有太意外,從2017國際巴黎航空展(Paris Air Show)中,就可以看出超大型飛機銷售遲緩,無論是空中巴士A380還是波音747都開始減產。延伸閱讀:《精選》航空趨勢觀察 - 超大型客機銷售遲緩
A380這架「龐然大物」是航空界首架真正意義的雙層客機,是空中巴士為了對付波音747推出的產品。全經濟艙模式最高可搭載超過800名乘客,因此有「空中巨無霸」的美名。除了體型龐大之外,A380提供夠寬敞的座位空間,艙內噪音也相當安靜。A380原型機於2004年亮相,2007年在新加坡航空旗下完成首次商業飛行。延伸閱讀:《知識》全球最大客機空中巴士A380紀錄片
距離商業首飛僅12年,屬於A380的時代就宣告結束。但回顧它的歷史,僅憑打破波音對長程跨洲航線的壟斷,和由此帶來的技術進步及飛行體驗的提升,也拉高了空中巴士製造飛機的層次。延伸閱讀:《影片》阿提哈德航空第一架空中巴士A380客機 (從製造、噴漆、內裝到飛行展示全紀錄)
A380有充裕的空間,因此頭等艙可以做得相當高級。像是阿提哈德航空著名的「空中官邸」就是設置在A380的奢華頭等艙;阿聯酋航空亦有A380私人艙等,同樣追求硬體和服務的新加坡航空也在A380打造出驚豔四座的「空中套房」。延伸閱讀:《影片》阿聯酋航空 - 空中巴士A380頭等艙有多奢華?
A380的背景,是空中巴士與波音對於航空業未來模式的一場豪賭。空中巴士認為航空業將維持早年的軸心輻射模式(hub-to-hub),以少數大型的機場做為長程飛機的中轉軸心,長程旅客先是搭小飛機到中轉機場,再換乘大飛機飛到另一個中轉機場,再由中轉機場飛到目的地;波音則是認為航空業將朝向點對點直航(point-to-point)的模式改變,直接由中型機場直飛其他中型機場,因此推出了載客量較少、但更經濟的波音787客機。從現在情況看來,很顯然是波音的模式勝出。
當然,空中巴士也沒有完全把未來押在A380上,在與波音787的市場定位還有A350XWB與A330neo,但A380的投資失敗對空中巴士來說還是個巨大的金錢與時間損失。無論如何,A380宣佈將停產,以及中型機場點對點飛行的興起,意味著要再看到如此巨大的飛機升空的機會將愈來愈小。

參考資…

《知識》一架波音787客機是如何製造出來的?

新加坡酷航787客機快速組裝影片


如果想要了解一架波音787客機是如何製造出來的,這部影片會是一個很好的教材。基本上製造飛機就像是組裝模型一樣,大致上分成機身前段、中段、後段、兩側機翼、起落架、引擎等部件。

上述部件由波音特殊改造的747-400LCF(Large Cargo Freighter)貨機,從世界各地工廠運送到總組裝廠進行組裝。747-400LCF白白胖胖外型、高達7層樓高,貨倉容積1840立方公尺。最值得驕傲的是,這是交給台灣航太公司,花了375天改造而成的,更是全球首創機尾橫向開啟法,一次最多可載一對機翼。波音系列客機可是透過它,負責運送來自日本、義大利、美國的部件,最後在波音公司位在南卡羅來納州的總組裝廠組裝。
組裝順序大致為:機身中段→兩側機翼→機身後段→機身前段→起落架→內裝→引擎→測試各控制面,再將飛機拖到噴漆工廠進行塗裝。完成以上步驟經過試飛,最後交付給航空公司。

《知識》什麼是慣性導航系統(Inertial Navigation System)?

慣性導航系統(Inertial Navigation System) 是一個使用加速計和陀螺儀來測量飛機的速度、位置、距離及姿態等資訊的裝置。最大特色在於它可以獨立運作,不需要外部參考資訊,常常被用在飛機,潛艇,飛彈和各種太空飛行器上。
1960年代以前,雖然已有相當進步的無線電導航科技,但海洋上缺乏無線電導航站,難以用無線電導航進行精確的定位。由於當時的客機的航程非常有限,若是進行長程跨洋飛行,航線必須相當精準,而航路上飛機的密度越來越高,若無法更精確回報位置,更有空中相撞的風險。
這個狀況在1960年代末期終於被解決。由通用汽車飛機部門(General Motor AC Division)利用NASA阿波羅登月計畫所發展出的陀螺導航科技,製造出隨時可以定位飛機位置的羅賽爾4代慣性導航系統(Carousel IV Inertial Navigation System),被安裝在芬蘭航空的1架DC-8噴射客機上,於1969年10月20日(也有文獻記載是10月21日)成功執行了從赫爾辛基飛往紐約的111號航班,成為民航史上首次使用慣性導航系統的營運的航班。
慣性導航系統在使用前,飛機必需靜止於地面上,輸入飛機所在位置的經緯度,讓慣性導航系統作一個類似歸零的動作,之後慣性導航系統才能正常運作。

但慣性導航系統還是會有誤差。它的誤差會隨著飛行時間而累積,也就是說飛行十幾個鐘頭後,誤差可能達到20-30浬。因此還是會搭配傳統導航電台定位方法來修正位置的誤差。
現代化的飛機,已將導航的任務交給了飛航管理系統(flight management system, FMS),由飛航管理系統,統整全球定位系統(GPS)、慣性導航系統(INS),以及導航台定位的資料,提供駕駛艙的顯示及自動導航系統來操作飛機。
慣性導航系統是唯一不必使用外界資訊的導航方法,利用導航台或衛星導航,還有可能碰到這些系統停工,甚至太陽黑子活動的影響,只有慣性導航系統可以在這種情況下,不間斷的提供導航資料。因此慣性導航系統還是成為現代化客機的備用系統。


《知識》波音747 - 人們心中永遠的空中「巨無霸」客機

1969年2月9日這一天,重達140噸的波音747-100,在4具普惠PW JT-9D發動機強勁的推力之下,順利升空。波音747的發明在當時可說是一個偉大夢想的實現,從此人們將它與巨無霸飛機(Jumbo Jet)劃上等號。儘管歐洲空中巴士A380打敗747,成為今日全球最大客機,但波音747還是在許多人的心中,留下了不可取代的地位。

波音747 vs. 空中巴士A380 機身大小比一比  (圖片來源:Airbus FanClub)
回顧波音747的發展歷程,會發現它的確是人類飛行史上,重要的里程碑之一。在1960年代噴射機發展初期,飛機製造業普遍認為長途越洋航線使用超音速飛機,才能符合旅客快速抵達目的地的需求,於是英、法等國研發超音速客機,這就是後來名聲大噪的協和式Concord客機。延伸閱讀:《精選》超音速客機的未來,市場會買單嗎?
同樣地,在60年代中期,波音並沒有專心研發巨型客機,而是投入龐大經費製造巨型軍用運輸機及超音速客機。但後來軍方選擇了洛克希德公司的運輸機,而波音所研發的超音速客機,因為噪音、研發經費過於龐大等問題,最後不得不放棄該計劃。
就在歐美各國相爭研發超音速客機之際,只有泛美航空董事長茱安杜利貝有不同的看法。他認為,體積大兩倍,運量大兩倍的巨型噴射客機才能降低運輸成本,應該要進行研發巨型客機才是對的,於是他找波音合作開發「夢想中的巨無霸」,並當下訂購25架,波音才在1966年3月進行開發計劃,並將它命名為波音747。經過3年時間,波音製造出第一架B747-100原型機,在試飛前,很多人不看好這架「大而無當」的飛機,甚至質疑它根本就飛不起來。
首架波音747於1968年9月30日出廠。1969年2月9日這一天,重達140噸的波音747-100,在4具普惠PW JT-9D發動機強勁的推力之下,順利升空。同年12月取得FAA適航認證後,波音才開始量產B747-100交給泛美航空,而泛美航空也從1970年1月起,以新型巨無霸客機飛航紐約-倫敦間的定期航線。接下來,開始引發航空公司訂購波音747熱潮,包括美國環球航空與法國、德國在內的歐洲航空公司也相爭訂購,展開了波音747不朽的傳奇。
現在波音747已經成為眾所皆知的機型了,就連不曾搭過飛機的人,也知道這架「巨無霸」客機,因為它的外型十分獨特,停放在機場裡除了機體很大以外,機頭部位的「凸出」,成了獨一無…

《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。
而回到承受極限設計的問題,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。不過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。
所以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。

最後和飛機的「跑道」也有關,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。

補充說明:
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。

延伸閱讀:
《知識》客機是如何煞車的?


資料來源:
飛機輪胎小卻能承受上百噸?機密原因曝光

《分享》飛行酷玩意「飛機窗專用」攝影防反光板

我自己本身非常喜歡攝影,只要坐在飛機上A與K的靠窗座位,一定會捕捉窗外美景。在這邊分享我的攝影作品《專題影展》A與K的窗景。飛行途中 In Sky 

但透過飛機窗戶拍照,相信試過的人都遇過一個問題,就是窗戶玻璃會反光。今日看到一個很酷的產品,日本公司 Yoshimi Camera 宣布推出一款名為「忍者レフ787」的新產品,聲稱可以擋去波音787客機窗戶的反光問題,讓大家可在飛機拍到質素更好的相片。
這塊防反光板,依照波音787客機窗戶形狀而製作,一面是黑色,另一面為白色。假設在飛機機上,自然是用黑色一面,藉此擋走反光,再在中間的洞口插入相機的鏡頭便可拍攝。除了飛機,還可在車上、水族館等有玻瑞包圍的地方拍攝。至於白色一邊,則可以當作一般反光板,作補光之用。
不過飛機窗戶有三層(外層、中層、內層),可能會互相反射,比一般玻璃更易有反光問題,也不能擋走飛機外面的光線。飛機在高空中,最外層的玻璃難免會有結冰結霜的可能,也可能擋住了視線影響拍攝。延伸閱讀:《知識》飛機窗戶上的小洞功能是什麼?
使用這塊防反光板的實際效果如何,可能還是要試過後才會知道,也提醒一下在飛機起降階段請勿使用喔!延伸閱讀:《知識》飛機起降時 請將遮陽板打開

◎圖片來源:Yoshimi Camera

《知識》美國NASA - 波音747「太空梭運輸機」

美國NASA專門改裝了兩架波音747成為「太空梭運輸機」(Shuttle Carrier Aircraft, SCA),主要任務是負責將太空梭從降落場運回至太空中心發射場。
太空梭是一種垂直起飛、水平降落的載人太空飛行器,它是以火箭為動力發射到太空,能在軌道上運行,往返於地球表面和近地軌道之間,可重複使用的太空飛行器。
完整的太空梭在發射台上,包括軌道器(太空梭本身)、外儲箱和固體助推器三部分。在起飛階段,太空梭尾部的三台主發動機點火,使用來自外儲箱的燃料;當太空梭結束任務返回地球時,在大氣層內以無動力滑翔的方式進行著陸。
單獨的太空梭是無法獨立飛行的,因此NASA的兩架747太空梭載運輸機,就是負責太空梭從落地場至發射場的運輸任務。太空梭的裝卸設施,是一種大型的起重機設備,將太空梭離地放置在運輸機上。
太空梭載運輸機身上安裝了可與軌道器相連的支架。由於背負軌道器飛行的過程中,機身上的軌道器會嚴重影響747垂直尾翼的效能,所以在平尾兩側加裝了兩塊端板,以確保充足的航向穩定性。此外,飛機的結構也進行了加強。
美國太空梭在2011年退役後,透過波音747背著太空梭飛行的有趣景象,只能透過影片來回味了!