2008年5月19日 星期一

宛如雛鳥離巢前的演練-飛機起降之起飛

起飛(Take-Off)是由飛機開始作飛行動作,到飛離地面,依規定的性能開始爬升為止,一連串操作與機體運作的總稱。為確保起飛的安全,這段時間,在性能上設了種種條件,在起飛之前,為使這些條件都能滿足,就須事先訂好計劃。

起飛性能,是飛機性能中的一項重要項目,其性能良窳與飛機自身的評價關係甚大。起飛性能因與巡航性能性質相反,在飛機設計上是一項難以兼顧的問題。

若起飛重量已先決定,與起飛相關的飛機性能,即:
1.
起飛所須跑道長度。
2.
起飛速度。
3.
離開地面後的爬升性能。
在飛機中,民航機比其他機種更注重安全性,因其性能的要求,如在滾行起飛中有一具發動機停止運轉的狀況,也能安全應付。

設定這些性能的前提是,飛機在起飛運動中,於跑道頭將發動機加速到起飛推力,開始滾行起飛,到達民航機上稱的V1速度(決定起飛速度)。若在這速度之前,發動機或有其他飛安狀況發生,就停止起飛的操作程序,馬上將節流閥(油門)拉下,同時踏煞車,將飛機停在跑道上。反之,在V1速度之後,未有飛安狀況發生, 則繼續起飛離地。一般民航機在達到稱為VR速度(旋轉速度)時,就拉起操縱桿,拉高機首,開始操作飛機飛離地面。飛機依規定的角速度仰起機首,在到達V Lof速度(Lift-Off Speed,升空速度)時離開地面,同時繼續加速,在離開地面35英呎( 10.7公尺 )時,到達V2速度(安全起飛速度)無論如何,由開始起飛滾行點到通過離地的規定高度為止,其水平距離稱為起飛距離。

在爬升率指示為正之後,將起落架收起,保持V2速度(若全部的發動機運轉時,速度達到 V2+10~15(18.5~ 27.7公里,1= 1.852公里 ))繼續爬升,在到達400英呎( 120公尺 )高度時,從離地到收起落架為止,稱為第一階段(First Segment),而之後到達離地面400英呎 時,稱為第二階段(Scond Segment)

在到達離地高度400英呎 後,短時間作水平飛行。待加速到規定速度後,開始收襟翼,並再作爬升動作。襟翼完全收妥後,到規定高度1500英呎( 450公尺 )並達到規定的上升性能時,起飛的最終階段(Final Segment)算是結束,飛機繼續正常爬升。

在起飛過程中,達成上述各階段所需的爬升性能,在法規上有所規範。如裝置2具發動機的飛機在第一階段為正時,第二階段為2.4%以上,最終階段為1.2%以 上;3具發動機的飛機在第一階段為0.3%以上,第二階段為2.7%以上,最終階段為1.5%以上;4具發動機的飛機在第一階段為0.5%以上,第二階段 為3.0%以上,最終階段為1.7%以上。

若氣溫或機場標高增加,發動機推力就會下降,爬升性能也會比法規的要求還低,這時就必須減輕起飛重量,以獲得規定的爬升性能不可。另外跑道的延長線上有障礙物時,為能安全通過,依爬升性能對起飛重量也有所限制。

上述是以性能設定為前提,假設在速度達到V1之前,有一具發動機停止運轉時的飛機運動而言。然而通常不會有發動機停止運轉的情形,爬升性能會比上述數值更佳。另外在收襟翼及起落架時,高度也較高。

起飛速度
起飛速度(Take-Off Speed)為在起飛之際,由靜止點加速,到起飛終了為止速度的總稱。也有的說是飛機由出發位置開始滑行,到飛離地面時的速度。民航機的起飛速度是由 V1VR(只有裝置渦輪發動機的飛機適用)V2所構成,考慮到確保起飛離地操作的安全,離地升空後的爬升性能,再根據起飛重量、襟翼放下角度、當地氣 溫、氣壓梯度、最小操縱速度等諸多條件來決定。

飛機重量較輕時,襟翼放下角度較大時,當地氣溫與氣壓梯度較低時,起飛速度就會較小。如 747-400的起飛速度,在起飛重量8000000(363)時,V1=153( 283.3公里 )VR=169(312.9)V2=181 ( 335.2公里,海面標準大氣,襟翼20)

一、決定起飛速度
決定起飛速度(Take-Off Decision Speed)是飛機在起飛滾行開始後,發動機或有其他飛安狀況發生,需要判斷是要停止起飛,或者繼續起飛的開始操作速度。但V1是在臨界發動機不動作時,由飛行員確認,到採取停止起飛的減速措施為止間,所增加的速度也計算在內。

二、旋轉速度
旋轉速度(Rotation Speed)是隨著噴射機引進後,所設定的速度。指開始起飛滾行後,到達VR速度,拉起操縱桿,拉高機頭時的速度。

三、安全起飛速度
安全起飛速度(Take-Off Safety Speed)是指飛機在飛離地面,安全的繼續飛行的速度。民航機在起飛滾行中,即使有一具發動機停止運作,在起飛距離的末端(起飛面上的規定高度35英呎 之地點)應達到的速度,此速度的設定離失速速度尚有餘裕。

起飛推力/起飛動力
起 飛推力(Take-Off Thrust)是指在地面或飛行中,先前已決定的限制使用時間內(通常最大5分鐘,也有部份機型為10分鐘)允許連續操作的最大推力,這是一般飛機在起飛 或落地重飛時使用。舊式的渦輪發動機也有在起飛時利用注水(水或甲醇),以提高發動機出力的方式,亦稱為起飛動力(Take-Off Power)。注水的方式另稱為濕(Wat)推力,未採注水方式者則稱為乾(Dry)推力,各有所別。

起飛所需跑道長度
起飛所需跑道長度(Required Take-Off Field Length)是指民航機在特定的當地氣溫、大氣壓力(氣壓梯度)、襟翼角度、發動機出力、跑道方向的風速、跑道的傾斜等諸多條件下,在某重量下起飛時, 在規定條件下,需要多少距離的跑道。這是重視飛安的民航機,其獨特的起飛性能表示方式。

起飛所需跑道長度,相當於全部發動機運作時起飛距 離的115%跑道長度。VEF速度(發動機失效起飛速度)為一具發動機不運轉時的起飛距離(一具發動機不運轉時的起飛所需跑道距離)。以及加速停止距離的 三種跑道長度中,規定必須採用距離最長者。能利用的跑道長度,比該跑道長度短時,就須將酬載減少,使能利用的跑道長度與必須跑道長度相等,或要使其較短 時,就必須減輕飛機的起飛重量不可。

若上述的一具發動機不運轉時,繼續滾行起飛的距離與加速停止距離相等時,稱為相稱跑道長度。然而依機 場設置地點與條件,如跑道末端延長線的淨空區(Clearway)或緩衝區(Stop Way)或兩者相加,能延伸滾行起飛跑道長度,就可比根據相稱跑道長度的想法算出的起飛重量更大。這種稱為不相稱跑道長度的起飛狀態。

一、起飛距離
飛機由起飛開始點,開始滾行,到規定高度地點的水平距籬,稱為起飛距離(Take-Off Distance)。有關起飛距離的設定條件,本文先前已做說明,在此省略。

二、加速終止距離
飛機由起飛開始點,開始滾行,到放棄起飛並完成停止的距離,稱為加速終止距離(Accelerate-Stop Distance)

亦 飛機加速到V1速度後再過二秒的距離,加上在這速度下放棄起飛,到完全停止時所需之距離。這時制動距離的決定,考慮到機輪煞車、煞車的防滑裝置,及擾流板 的制動效果,但不包括發動機反推力系統的制動效果。因此,實際放棄起飛時制動裝置的一部份,由於有使用發動機反推力系統或螺旋槳的可變螺距裝置,反推力系 統所制動的縮短部份視為安全備份。

三、滾行起飛距離
飛機由起飛開始點,滾行到達VLOF離地速度為止,也就是主輪離地所滾行的距 離稱為滾行起飛距離(Take-Off Roll)。另外起飛滑行距離(Take-Off Run)是單單考慮淨空區的不適當跑道長度的起飛時,所使用的法規用語。由起飛開始點,滑行起飛到達離地點與離地點35英呎 點,兩者中點的水平距離。

側風起飛
受到跑道方向以外方向來風時的起飛狀態,稱為側風起飛(Cross-Wind Take-Off)。噴射機因採用後掠翼,一遭遇側風時,因風上側的機翼上傾的關係,比沒有後掠翼者安定性強。這時操縱輔助翼,使主翼保持水平,一方面因 機首會被風吹偏的關係,需操作方向舵予以修正,比起通常的迎風面而言,飛行員操縱較為困難。因此,在強烈側風中起飛並不妥,一般都設定有最大值,以確保安 全。(鄰國日航所設定的限定值在起降時皆同,乾燥跑道上的限定值為25海浬( 46.3公里 )

相關用語
1.
停機起飛
機身在正對跑道中心線時,暫停前進並等候塔台指示,之後將發動機推到起飛推力,放鬆煞車,開始滾行起飛的方式稱為停機起飛(Standing Take-Off)

2.
滾行起飛
飛機由滑行道進入跑道後,機身在正對跑道中心線並沒有暫停前進,於此同時接受塔台指示,隨即將發動機推到起飛推力,開始起飛的方式稱為滾行起飛(Rolling Take-Off)

3.
滑行
飛機以自身動力,在地面(或水上)自某地開動到另一地點,稱為滑行(Taxiing)

4.
淨空區
在跑道前端無障礙物的平坦地面,屬於機場管制部份,稱為淨空區(Clearway)。該區中在飛機起飛時會被利用,萬一飛機在起飛滑行中,有一具發動機不運轉而要繼續滾行起飛時,以下兩項條件若滿足,起飛條件就可放寬。
(1)
比飛機從出發點到飛離地面35英呎 的水平距離(跑道),加上淨空區的長度還要短時。
(2)
前次起飛滾行的長度,比跑道要短時。

5.
緩衝區
與前項相同,為跑道前端無障礙物的平坦區域,規定如飛機在停止加速時在此區(鋪設路面)滑行,對機身亦不會造成損傷方可。利用該區,若有一具發動機不運轉,而停止滑行的距離(跑道)加上緩衝區(Stop Way)的長度還短即可,因此起飛條件就可放寬。

6.
臨界發動機
多發動機的飛機,若有一具或一具以上的發動機發生故障,對飛行性能有最不利的影響時,稱為臨界發動機(Critical Engine)

 

 

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