Miscellaneous, Definitions, Aerodynamics & Trivia 航空生理學、空氣動力學、雜項主題

本章重點

文章標題 “Miscellaneous” ，也就是說，本章主題會是某種程度的大雜燴。

內容包含了航空生理、空氣動力學，還有一些難以歸類的雜項重點（尊重原作書籍架構）。

我會視情況調整刪減部分內容，力求全篇閱讀起來順暢。

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航空生理學

缺氧 Hypoxia

• 原因：體內缺氧
• 症狀：幸福感、興奮感、失能、暈眩、刺痛感、視力模糊、盜汗、想睡、嘴唇或手指頭發紫
• 昏迷時間表 （下列常見巡航高度）
  • 40000 ft：15-20s
  • 35000 ft：30-60s
• 解法：盡快帶上氧氣面罩、降低飛行高度至 10000 ft

換氣過度 Hyperventilation

• 原因：過度恐懼、焦慮、緊張導致換氣過度（體內二氧化碳過低）
• 症狀：和 Hypoxia 類似，唯扣除掉上述最後一項 → 嘴唇手指頭發紫不會有
• 解法：降低呼吸頻率、使用袋子呼吸、大聲講話

一氧化碳中毒 Carbon Monoxide

• 原因：吸入過多一氧化碳（小飛機發生機率較大客機高）
• 症狀：失去意識、心律不整、癲癇，以致死亡
• 解法：高壓氧治療

耳鳴 Ear Block

• 原因：快速壓力變化，造成耳咽管內壓力不平衡
• 症狀：持續的怪聲或耳朵不適感
• 解法
  • Toynbee Maneuver：捏鼻吞口水
  • Valsalva Maneuver：捏鼻，對鼻孔吹氣

傷患後送 MEDEVAC (Air Ambulance Flight)

• 飛機上有醫療傷患的專機，通常須符合以下兩個條件：
  • Flight Plan：emark 欄位上有註記 “MEDEVAC”
  • Call sign：”MEDEVAC” ＋XXX （飛機註冊代碼）

也就是說，如果原先沒有在 Flight Plan 申請，飛到一半突然有 Medical emergency，是不可以擅自使用 “MEDEVAC” 在呼號裡的，Call “MAYDAY” or “PAN-PAN” 即可

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空氣動力學

飛行的四力（升力、重力、推力、阻力）

讓飛機飛在空中，可以說是物理學上的奇蹟，飛機離地的那個霎那，就像魔術一樣神奇。

其實以巨觀角度來看，其實是四個力量的消長，所達成的結果。

如果是抽象的職涯思考，飛行員的腦中，可能想到的是另外四個力。

提供飛機往上的力量，也就是所謂的「升力 Lift」，其實是發生在機翼表面的空氣流動造成。

下面來看科學人製作的一個影片，來解釋升力如何產生。

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以下討論的重點，將聚焦於機翼的簡單觀念。

Chord/ Chord Line 翼弦線

• 機翼前緣（Leading edge）到機翼後端（Trailing edge）的直線（一條假想的線）

Camber 弧

• 機翼前緣（Leading edge）到機翼後端（Trailing edge）的弧線
  • 上弧線 Upper Camber
  • 下弧線 Lower Camber
  • 中弧線 Mean Camber（假想的一條線）

Relative Wind 相對風

• 相對於機翼的氣流行徑的方向稱之
• 飛行路徑（Flight Path）的相反方向

AOA (Angle of Attack) 攻角

• 翼弦（Wing chord）和飛行路徑（Flight Path）的夾角
• 並非和地平面的夾角（時常會搞混）
• 飛行員可操控，隨著飛行不同階段，可能隨時改變
• 註：飛行路徑（Flight Path）和相對風（Relative Wind）是同樣的軸線，相反方向

AOI (Angle of Incidence) 波動角

• 翼弦（Wing chord）和飛機縱軸線（Longitudinal Axis）的夾角
• 飛行員無法改變該角度。因為飛機在設計的時候，此角度就已經確定

Wing Planform 機翼平面

• 機翼鳥瞰下來的形狀，不同的形狀，有不同的特性

Aspect Ratio 展弦比

• 翼展和翼弦線的比例，影響升阻比（下段述）比例
• 高展弦比特性
  • 較少的 Induced Drag
  • 結構較強（翼展長）
  • 較低的 Maneuverability

Lift-Drag Ratio 升阻比

• 機翼產生升力和阻力的比例 = CL/CD
• 影響因素
  • 機翼造型
  • 升力裝置
• 很大程度影響
  • Max Endurance
  • Max Range
  • Glide ratio (Glide Range)：和重量無關。同樣 Glide ratio，重量大者，Glide Speed 大，會較早落地於同一個點

CG（Center of Gravity）重心

• 飛機的重心
• 可以想像用一條線吊著一架飛機，頭尾剛好平衡，不會某端特別重的一個點
• 重心位置，對於油耗、操控性、穩定性皆有影響

Center of Lift 升力中心

• 機翼升力中心，也稱為 Center of Pressure，是所有在機翼上產生的升力一個假想的集中點
• 隨著攻角改變，該點的位置亦隨之改變

Drag 阻力

• 一種由風產生，對前進的飛機扯後腿的力（方向往後）
• Drag 可分為兩種
  • 寄生阻力 Parasite Drag
    • Form Drag：飛機外型，自然產生的阻力
    • Interference Drag：各部位接縫處不平滑，產生的阻力
    • Skin Drag：機體、機翼結構表面的不平滑，產生的阻力
  • 誘導阻力 Induced Drag
    • 升力的副產品。
    • 機翼設計角度以及弓角角度，並非完全與地面垂直。因此升力產生的方向，並非完全朝上，而是上後方。上後方向的分立：往上為升力、往後為阻力。

Air Density 空氣密度

升力公式 Lift = 1/2ρ V² CL．S

• ρ 就是空氣密度，隨著溫度、壓力、濕度而有所變化
• 溫度低、壓力小、濕度低，空氣密度高；反之，空氣密度低
• 延伸名詞：Density Altitude 密度高度

Stall 失速

• 飛機產生的升力不足以支撐飛機的重力稱之
• 任何速度、高度都有可能失速
• 主因：攻角過高（當時的飛機攻角 > 臨界攻角 Critical AOA）
• 解法：降低攻角，在最短時間內，用速度換取升力！

Load Factor 負載係數

• 機翼上承受的力量和飛機重量的比值，通常在轉彎的時候就會增加，因為升力產生的方向改變了
• 該比值也俗稱為 G（G 力、G 值 都有人稱呼）
• 轉彎角度
  • 60°：2 G
  • 80°：5.76 G

Flaps, Slots, Slats 升力裝置

升力公式 Lift = 1/2ρ V² CL．S

• 襟翼 Flaps：模仿鳥類後面美麗羽毛的一個機翼後援裝置（其實整架飛機都是仿生鳥類在設計啊 ）
  • 作用：
    • 改變 Chord line 角度、增加臨界迎角 → 增加 CL
    • 增加機翼表面積 → 增加 S
  • 效果：降低失速速度、增加升力
  • 有幾種不同類型的 Flaps，分別是
    • Plain Flap
    • Split Flap
    • Slotted Flap
    • Fowler Flap
• 前緣縫翼 Slats/Slots：
  • 作用：改變氣流流向、增加上下機翼壓差 → 增加 CL
  • 效果：降低失速速度

Ceilings 極限高度

飛機在性能或結構上的飛行高度限制，主要分為以下三種：

1. Certified Ceiling（結構限制）：隨著飛機高度增加，內外壓差增加，即使有加壓能力的飛機，也有一個上限的高度
2. Service Ceiling（性能限制）：以僅剩的爬升率來定義，將隨各條件不同而改變
   • All Engine：僅能維持 100 fpm
   • Single Engine：僅能維持 100 fpm
3. Absolute Ceiling（性能限制）：最高可以維持平飛（無法再往上爬，0 fpm）

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MISC 雜項

PIC（Person In Charge）

• 對於整趟航程的安全有最終職責的那個人，也就是俗稱的機長
• 在極少數特殊狀況，PIC 可能在航程中會換人當，相關程序會在公司手冊規定
• 冷知識
  • 一般飛機：PIC 在左座（延續航海傳統）
  • 直升機：PIC 在右座（操作習慣）

Horsepower (hp) 馬力

在國高中時，我們學過一些基礎的物理量，在我研讀過後，我想稍微統整一下那些容易混淆的名詞和觀念，分別為力、功、功率。

力的單位

• 英文：Force
• 定義：F = ma (力 = 質量 x 加速度)，大家應該不陌生。 質量和重量在物理上是不一樣的單位。一個物體在任何場域下都會是相同質量（地球、火星、外太空），然而，重量會因為種立場不同而相異。在地球上的 a 就是 g = 9.81 m/s。以下討論，一律假設在地球上重力場的情況，只討論重量，而非質量。
• 常見單位：公斤重 kgw、公克重 gw、磅重 lbw，在口語上，我們通常會忽略後面的”重“字，是因為大家都生活在地球上，為了方便就予以省略了

功的單位

• 英文：Work
• 定義
  • Force x Distance (力 x 距離)，用固定的力走了多少距離，稱為功
  • 功和能量在物理上是可以互相轉換的單位（非常重要）
  • 在航空界，我們常討論的「能量管理」就是動能 Ek 和位能 U 之間的轉換
• 常見單位 ft·lb(w), kW·h, HP·h

功率的單位

• 英文：Power
• 定義：
  • = Force x Distance/ Time (力 x 距離 / 時間)。
  • = Force x Velocity
  • 有”率“一字出現，代表時間單位進來了。每單位時間做了多少功，稱之為功率。
• 常見單位：
  • hp (Horsepower) = 550 ft·lb/sec = 33,000 ft·lb/min
  • kW, W. (1hp = 745W)

參考資源

• Shaft hp 和 Brake hp 差別
• Code 7700

整理完這段，我發現高中唸物理的時候，似乎不像現在，頭一次將這些概念搞得那麼清楚過 ！

Clearway vs. Stopway

書裡面提到了 Cleaway 和 Stopway，分別是上圖兩個縮寫 CWY, SWY，用處是飛機於起飛和落地階段，分別要考量的區域。

A．區域

Clearway

• 飛機起飛階段，不能用來加速滾行，而是於初始階段爬升，1.25% 斜率高度內沒有地障的區塊

Stopway

• 飛機起飛階段煞停後，正常跑道以外，可讓飛機用於煞停的一個區塊
• 在機場看到黃色的 V 字型區域就是了
• 部分會是 EMAS 的結構（在機場的地面塗上會標示出來 e.g . RCSS RWY10 就有）

介紹完了區域，下面就以起飛和降落來整理一下常見的 4 個，關於跑道長度的縮寫和定義：

B．跑道長度

起飛

1. TORA（Takeoff Run Available）：跑道供飛機加速滾行的距離（不包含 SWY, CWY）
2. TODA（Takeoff Distance Available）：TORA + Clearway（如果有的話）
3. ASDA（Accelerate Stop Distance Available）：TORA + Stopway（如果有的話），飛機從滾行加速到放棄起飛 (RTO) 後，可煞停的總距離

降落

1. LDA（Landing Distance Available）：可供飛機落地至煞停的距離（從 Displaced Threshold 起算，如果有的話，並且不包含 SWY, CWY）

下圖是一些常見的組合，其實看來看去就是上面幾的名詞拼拼湊湊而已，千萬不要被嚇跑了

延伸閱讀：Balanced Field

Night

研究到這個主題的時候很有感。在學飛的時候，這個 Night 曾經讓我非常困惑，因為 FAA 的法規寫的超級模糊，一下這樣一下那樣，於是乎當時我整理了一篇筆記，收錄在這裡。

這邊我就簡單提示一下重點就好。

陽光在地平線以上，稱為日出 Sunset；下到地平線以下，稱為日落 Sunset。

日出之前、日落之後仍然會有一點微光，分別稱為曙光、暮光（上圖是以日出前的曙光為例）

曙光（清晨）、暮光（黃昏）在定義上，有分為三種：

• Civil Twilight – 民用曙暮光
• Nautical Twilight – 航海曙暮光
• Astronomical Twilight – 天文曙暮光

在航空業，我們只在意兩個時間點，兩個時間差不多是半小時的差別。

1. Sunset/Sunrise
   • 太陽、地平線 0° 夾角
   • 開燈、Special VFR、載乘客 currency
   • 手機上的日出、日落時間就是這個時間
2. Civil Twilight
   • 太陽、地平線 6° 夾角
   • FAA 定義的 Night Time
   • Logbook 上要登陸的 Night Time 時數

以 777 長程機隊通常都是夜航，這個時間的精準性就不是特別重要了。透過科技，這個時間就很容易計算出來，我目前在使用的飛時記錄軟體是 Log ATP，一旦登錄了起飛、降落時間，軟體就會自動帶出該行段的夜航時間了，是不是很省事呢？

Hydroplaning 打滑

打滑就打滑，還有什麼學問？

有的，關於打滑，主要有兩個重點要掌握，一是類型、二是速度，有了這層意識後，或許在往後的操作，就可以更加謹慎以避免打滑了。

A．類型

• Dynamic：道面積水至少到一定程度(1/10 inch)，導致輪胎像是漂在水上（摩擦力過低）
• Viscous：道面上的油漬或是飛機落地時，橡膠輪胎熱熔後，黏上胎面產生的薄層物，再結合積水，導致的打滑
• Reverted Robber：煞停的輪胎鎖死，導致橡膠熱熔回道面，產生的熱蒸發水為水汽，這股汽抬升了輪胎、也間接幫助橡膠的再生成（我試著以字面上來解釋，很微觀的現象，也只能靠想像了 ）

B．速度

打滑會發生的**速度，**和主輪胎壓 (psi) 的根號成正比關係，以 777 為例，主輪胎壓約為 220 psi，起飛、降落易發生打滑的速度分別為

• 起飛：8.6 x √220 = 133.5 ~= 135kt
• 落地：7.7 x √220 = 118.7 ~= 120kt

C．其它

除了於以上兩者，仍有一些狀況可以多方考量，例如：

• 輪胎胎壓（起飛前檢查要確實）
• 輪胎胎線
• 跑道道面結構（Grooved, non-grooved, PFC）
• 道面狀況 Runway Condition （積水深度）
• Anti-skid System

Aircraft Classes 飛機等級

依照最大起飛重 MTOW 來為飛機分類的方式。

不同的重量，起飛、落地階段會產生不同程度的亂流，為了讓 ATC 以及附近的飛機知悉，在無線電中，”HEAVY”, “SUPER” 的飛機，會在通話中，特別被強調。

以 777 為例，最大起飛重量是 775,000lb, 777F 則是 766,800lb，就是落在 “HEAVY” 的區間。

Simulators 模擬機

在查找資料的過程，我發現模擬機的縮寫真是千千萬萬種。FSTD, FTD, FFS…，實在是不堪其擾。

直到看了 Wiki 的說明頁後，才知道怎麼回事。名稱的差異，其實是有段歷史故事和派系關聯的（FAA, EASA 兩派），這邊大概掌握幾個重點：

• FFS Level D 是最高階的 Level ，也是航空公司使用的模擬機的類別
• 可以模擬日夜、颳風、下雨、閃電…等狀況的視覺和聲音效果，並且提供至少 150° 窗外視野
• 可以在模擬機中考核 Type Rating
• 六軸變向(6-DoF)的液壓系統，讓飛行的體感更加擬真

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個人心得

冗長凌亂的文章

這篇文章整理了很久，因為中間經歷了 EBT 考試、搬家、其他研究閱讀計畫…。

一直考慮要不要拆分這篇文章。後來以先求有、再求好的原則，還是決定先 follow 原書的架構，暫時決定統整為一篇文章，待未來有不同的想法，再寫一些延伸主題。

如果讀者閱讀起來，覺得主題很跳 tone 的話，我只能先說個抱歉了。

空氣動力學心得

空氣動力學這個主題，是我在學飛時期最喜歡的科目，可能因為使用到高中學到的物理還有一些簡單數學，覺得過去辛苦念的東西，終於有派上用場的一天了！

當中有一些重要結論，是要自己推導一遍才會記得的。

我想是這個學習的過程讓我沈迷於其中，也讓我在航空公司考試的時候，答題相對得心應手 。

這邊想要分享一個小訣竅，就是在思考空氣動力學的任何問題，都可以盡量把升力和阻力公式銘記在心。並且每一個符號確切代表的意義都要弄懂，這樣會大幅幫助自己，在研究、推導的過程更加順利！

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參考資源

• Boldmethod
• SKYbrary
• Code7700
• aviation.stackexchange

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