Reference, Rules of Thumb, Conversions 飛行員應了解的拇指規則
內容目錄
本章概要
這個章節非常簡潔,主要是介紹在飛行世界裡的潛規則(誤),應該說是大拇哥規則,英文叫做 Rules of Thumb。前人嘔心瀝血,整理出來的經驗,因為規則不少,所以必須加上 “s” 表複數。
書中作者的重點包含了 Reference(參考), Rules of Thumb(經驗法則), Conversions (單位轉換) 交互穿插,我在這篇文章,將會以飛行的各個階段來分類,整理出來我認為重要或特別有趣的部分。
拇指經驗
General 一般性
機場代號 ICAO Airport Identifier
- 四個英文字母組成,第一個英文字母由個國家分配
- 台灣的機場代號開頭是 “R”,和日、韓、菲律賓共用,舉例幾個台灣機場如下:
- 桃園 RCTP
- 松山 RCSS
- 高雄 RCKH
- 台灣的機場代號開頭是 “R”,和日、韓、菲律賓共用,舉例幾個台灣機場如下:
- 沒使用的英文字母:I, J, Q, X
- 一開始是由 2 碼字母開始,隨著世界機場漸增,而演化到現在的 4 碼 code
- 美國很貪心,除了將 “K” 獨佔使用外, 也用了 “P” for Alaska, Hawaii
時區(冷知識)
- 東經、西經各180°(Total 360°)/15° = 24個時區
- 在軍事用途上,實際上將地球分成 25個時區!用英文 A-Z 代表(沒有 “J”),格林威治就使用 “Z” 表示,也就是常說的 Zulu Time
- 美國本土分為四個時區,西岸到東岸分別為 R, S, T, U
- 台灣會被歸在 “H” 時區
- 換日線區域,有兩個時區(Y, Z),經度接近,時間卻差了一天,超有趣的!
距離換算
- 1 nm (Nautical mile) = 6,076 ft = 1.15 sm = 1.85 km
- 1 sm (Statute mile)= 5,280 ft
- 1 ft = 0.3m (用 7 呎長人約210+公分來幫助記憶)
Pitot Tube & Static Port Blockage(皮托管&靜壓孔阻塞)
這部分也算是複習小飛機的知識了,當然到了飛大飛機,這些基本概念還是一樣的,讓我們一起來複習一下吧!
皮托管和靜壓孔是飛機外側非常重要的儀器。
當飛行員下飛機坐機外 360 度檢查時,都一定會仔細檢查這些儀器沒有阻塞的狀況。因為它影響了飛機上幾個重要儀表的讀數,像是:高度表、垂直速度表、空速表。
一旦皮托管或靜壓孔發生阻塞的話,會有什麼樣的情況呢?
透過下面這張圖表整理出來,幫助自己不會忘記!
Ground 地面作業
燃油
- 密度 D = M 質量 / V 體積
- Jet-A(大飛機用):6.75 lb/gal
- 100LL(小飛機用):6 lb/gal
- 密度與溫度:密度和溫度成反比。 溫度高,體積膨脹,密度公式分母變大,D 變小
高度表
- 高度表設定 29.92 可以得到 P.A.(Pressure Altitude)
溫度
- Standard Lapse Rate:2°C/1,000 ft or 3.5°F/1,000 ft
- 相對濕度 % = Dew Pt./Temp
Takeoff 起飛
起飛速度
- Vr ~= 1.5 Vs(失速速度)
- 50% Runway 要有 70 Vr,否則執行 RTO(以 777 而言,該速度會介於 80, V1 之間,所以還是以波音手冊 FCOM Procedure 為依歸,小飛機可以參考之)
打滑速度
- 8.6 x √Main wheel PSI
- 以 777-3000ER 為例,8.6 x √220 ~= 128 kt
Enroute 巡航
短航程飛行高度
FL = (Dist. x10%+5) x10
標準轉彎 Standard Rate Turn
- 角度 = 10% TAS +5
- 直徑 = 1% TAS
速度
- 音速 = 39 x √K
- TAS = IAS x (1 + 高度/1,000 x 2%)
- Mach = TAS x 570
- VA = √3.8 x Vs
Approach to Land 降落
頂風(H.W. Head Wind)/側風(X.W. Cross Wind)
- 書中有給一個轉換的表格,但是飛行員實際上在最後進場階段,並沒有時間精算實際側風大小,只能用估算的方式讓心中有個底
- 常見的技巧是在短五邊時,用 Radio 跟塔台說 “Wind Check”,塔台就會給地面的平均風向風速
- 我的速記口訣是「9765, 5678」,分別代表 30°-60°夾角風,所對應的頂風、側風百分比例。
- 以台北 05L 跑到為例,假設塔台報的風是 080/18(夾角為 30°),頂風、側風分別計算如下: H.W. = 18 x 0.9 = 17kt X.W. = 18 x 0.5 = 9kt
進場速度
以 777-300ER 為例,Vref30 代表襟翼放到 30 的參考速度
- 正常情況 = Vref30+5
- Gust Wind 情況 = Vref30+6~10 (1/2 H.W. + Gust Factor),最大不超過 Vref30+15
打滑速度
- 7.7 x √Main wheel PSI
- 以 777-3000ER 為例,7.7 x √220 ~= 115 kt
高度 vs. 距離
- 理想的下降角度為 3° 下滑角,高度和距離的關係是三角函數的 tan = 對邊/臨邊。
- tan3 = 0.052;300 ft/6,076 ft (1 nm) ~= 0.05。 因此有所謂的 「1 哩 300 呎」的說法
- 稍精確的算法是 「高度 x 3 +10%」,但是在飛行時這樣的計算難度太高了,所以飛行員都會自己想辦法抓 margin,給自己留一點操作空間
- 實際上的應用寫在下一段的「下降計畫」中
下降計畫
同樣,以波音 777-300ER 飛機為例,下降可以使用的 Mode 大概可以分為以下三種:
- VNAV PATH
- FLCH (Flight Level Change)
- V/S (Vertical Speed)
各有不同的邏輯,分述如下:
VNAV PATH
飛行員大多時間使用的下降模式。
在下降前,我們會輸入一些預定的進場程序、計畫的高度速度目標,讓飛行電腦計算出理想的下降點、減速點…,以最大程度地減少飛行員 Workload,但這不代表下降階段沒事情做,飛行員依然要利用上一段提到高度、距離的 Rule of Thumb 監控飛行電腦是否計算正確,以做出對應處置。
順利的話,是可以一路使用 VNAV PATH 直到攔上 Final(真實世界通常存在了各種變數)。
FLCH
就波音的手冊描述,FLCH mode 會提供每一千呎高度變化 500 f.p.m. 的爬升、下降率。
- Pitch for Speed
- Thrust for Vertical Speed
當然這也是有限制,如果從 FL360 (36,000 ft) 直接下到 9,000 ft,飛機不可能完全依照上述的邏輯來下降,36,000/1,000 x500 = 18,000 f.p.m.,這下降速度會像火箭 一樣快,為了保護飛機結構,背後一定有相對應的調整邏輯。但簡單來說,這是一個會提供儘快下降的解決方案。
如果下降率還是不夠,飛行員就會選擇拉 Speed Brake 或是直接選擇 V/S mode,以滿足預期想要的下降率。
V/S
Vertical Speed,顧名思義,就是指定下降率。
在飛行初期,每每看到飛行教官使用 V/S 來下降,都會覺得很神奇、心生佩服。
尤其是從非常高的高度,就用 V/S 來下降,然後根據整體環境(前面飛機壅塞程度、ATC 指示、風的變化、減速計畫)狀況來細微調整 V/S,直到最後攔上 Final 訊號,這需要持續的心算和情境感知才有辦法完美達到。
直到最近,我才稍有心得,掌握到一些箇中訣竅。
以桃園 RCTP 到場為例,通常航管會給的高度不外乎:FL200, 9000, 6000, 4000, 2500 不等,一旦心中對於這些高度有預期的一個參考點,那麼就相對容易判斷當時的高度位置,所對應的 V/S 數字為何。以下圖 GRACE 1A 為例子:
假設今天飛機的位置在 GRACE,高度 FL200, 速度(GS) 280,航管直接 Clear 飛機 Direct 到 APRIL並下到 6,000 ft,那麼 一開始該使用多少 V/S 來滿足在 MARCH 高度 6,000, 速度 220 的目標呢?
簡易版
以一哩三百呎的方式下降,下降率估算方式就是用 G.S. (地速 Ground Speed) x5,假設 G.S. 為 280kt,就直接推 V/S 280 x 5 = 1,400 f.p.m.
複雜版
Step 1: 求距離
速度要從 280 減到 220 kt (都以地速假設),總共是 60 kt,經驗法則推估的話是 1 nm 需 10 kt,意思是平飛減 10kt 的速度,大概需要 1 哩的距離。要剪掉 60nm ,就需要 6 nm。
另外,GRACE → MARCH:約 60 nm
所以實際上我們可以下降高度的距離大約是 60-6 ~= 55 nm
Step 2:求時間
時間:55 nm/ (280kt/60 ~=4) = 13 min.
以 G.S. 280 的方式假設,這一段下降到改平減速的距離,大約需花費 13 min.
Step 3:求 V/S
高度差:FL200 (20000 ft) – 6,000 ft = 14,000 ft
14,000/13 = 1,100 fpm
簡化版和複雜版的數字相去不遠,如果給自己多一點安全邊際(Safe margin),不讓自己在最後階段過高、過快的話,一開始選大一點下降率,應該是比較理想的選項。
如果還是不容易理解的話,可以參考看看 Cpatain Joe 這個影片,或許會有更深刻的認識
小小心得
在整理的過程中,發現許多之前飛小飛機念到的觀念,然而在轉訓到大飛機之後,卻慢慢遺忘了。
有些知識,如果在關鍵時刻能想到、用上的話,我相信一定會救我一命。
正所謂小心使得萬年船,如果在飛行準備階段,可以考量更多,相信飛行安全會一次比一次更好。
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