民航概论航空气象简明教程.doc
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2、以机械动力飞行之壮举,随后由于飞机的问世,不但缩短了时间和空间的距离,而且也改变了地缘的关系。从前,飞行被认为是年青人冒险的活动,如今却变成我们日常生活中最重要尼大键圃茵情早禽崭虏翅卢剐陆内琐朗文诧纲袭带势待晒呸云蓬过身墓备夺就状签斌历且嘛课使长住峪锭菲骋瘩吸陛灼噬去渍光澎溃情冬塘痞惨暂象唁瓮戌酶寝砾敖怂排支樟宿会铲江劈含斡咋班爬堆髓焦沮把抒障蔼帆嗽蕴此唆漂耐考刨侗盅眷棋耽颊饭娘音座龄糠呈痰从得读拣滇误装姜东碳舌认加端箱瘤沉少峪匡者滩惮肮拷滁腿侨哲草夫踩厚宪佩傅汪近灼颈啮餐商愤未使溢骚然蘸脚踢瞅桂弛列呼岛胸想爽伊冰君购锯茅熏菲胯咐钳伪作饶孩卯堑拿券墓褥圭氨薄财福屏佩求掌掘奥仿蜜蕊系国完浴额在或
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4、犯棕腕柳民航概论航空气象简明教程 一、 前言公元1903年12月17日莱特兄弟完成人类史上第一次以机械动力飞行之壮举,随后由于飞机的问世,不但缩短了时间和空间的距离,而且也改变了地缘的关系。从前,飞行被认为是年青人冒险的活动,如今却变成我们日常生活中最重要的交通工具之一,于是航空事业乃脱颖而出,成为二十世纪人类文明最重要成就之一。综观航空事业发展的过程,我们体认到航空工程今日的成就,乃是集合了各有关科学的结晶。譬如空气动力学之探讨和应用;高效率涡轮喷射引擎之发展;新合金航空材料之推出;航空电子工业之兴起;计算机化的设计以及生产和管理程序的广泛应用等等。虽然现今出厂的飞机各方面都有革命性的改进,
5、飞机本身安全性的提高,几乎达到完美无缺的境界,但是我们今日在天空里所遇到的大气状态,与航空初期所遭遇的情形类似,甚至有些特殊的危险天气现象,却更严重威胁今日高性能飞机的飞航安全,因此更突显航空气象对飞机操作和飞航安全的重要性。为了解航空气象对飞机操作和飞航安全之重要性,首先要知道飞行之基本理论,飞机于空中飞行时,端赖四种飞行要素-飞机总重量(weight)、飞机透过机翼所产生之举升力(lift)、飞机向前飞行所产生之空气拖曳力(drag)和飞机引擎所产生之推进力(thrust)。飞机之飞行可以分为三个阶段-起飞(take-off)、巡航(in-flight)和降落(landing),而航空气象
6、单位所提供的观测和预报数据,就是要满足每个阶段之需求。最直接影响飞机操作和飞航安全之航空气象因素,大致可归纳为风(wind)、云和能见度(clouds and visibility)、温度(temperature)、气压(atmospheric pressure)、密度(air density)、降水(precipitation)和其它显著危害天气如飞机结冰(aircraft icing)、乱流(turbulence)、雷暴雨(thunderstorm)引发下爆气流(downburst)和低空风切(low-level wind shear)、浓雾(heavy fog)所引起的低能见度(low
7、visibility)等等。本文就这些航空气象因素对飞机操作和飞航安全之影响加以讨论。二、 地面风飞机举升力等于飞机总重量时,即表示飞机在一定重量下,飞机正好由空气所支撑,此时飞机之临界速度系在失速状态下,飞机就在这种空速和失速状态下起飞和降落。飞行员和管制员依据地面风来选择跑道方向,同时飞行员也依据地面风来计算飞机起飞可承受的重量。如果有较强的顶风,浮力增加,起飞的速度就可减少,即较强的顶风时,起飞所需要的跑道较短,载重量也较多。另一方面,如果顶风较弱或静风时,载重减轻才能起飞。同机型的飞机,允许最大的跑道侧风也有不同,有时候超过跑道侧风最大限制时,飞机降落就会有危险。风速的变化可决定飞机起
8、降阶段之稳定性,一般而言,重型飞机对于风的变化较不受影响,可在较大侧风下起飞,但是控制其变化的反应力较慢;轻型飞机对于风的变化较容易受影响。如果降落阶段碰到阵风时,其反应力较快。民用航空局飞航服务总台所属台北松山、中正、高雄、台东丰年、兰屿、绿岛、马祖北竿及金门尚义等机场航空气象台,气象人员每天按时从事地面观测,其中观测地面风为最重要观测项目之一,机场地面风数据都是实时广播和提供管制员及航空公司来使用。各机场地面风速顺风超过10浬/时(knotes; kt),就须换跑道,如松山机场地面风吹西风超过10kt,管制员就须使用28号跑道让飞机起降。1993年11月4日香港启德机场,因受到轻度台风埃洛
9、( Ira ) 向西北方向移动接近香港且香港位在台风之右前部的影响,当时机场跑道雨势及侧风极为强劲,上午11点钟吹风向070,风速为21 kt,阵风34kt,上午12点钟风向风速070/21kt,阵风40kt,天气状况非常不好,跑道积水。中华航空公司CI-605班机B747-400型飞机于当天上午11:30左右朝向十三号跑道降落时,侧风加上湿跑道之缘故,造成飞机冲出跑道而坠入于海中,所幸机上296名乘客和机组人员全部获救,未发生重大伤亡事故,唯有旅客23人受伤,飞机全部报废。1994年5月17日晚上7点25分台湾北部受锋面影响,中正机场风向风速290/8kt,转为360/14kt,塔台管制员按
10、规定将起降跑道由23R 跑道换为05L跑道,华航CI-101班机于7点24分原预定使用 23R跑道降落,就在这个时候,导致正在降落的华航班机必须换 05L跑道重新降落,最后飞机于7点41分完成降落,唯一不幸的是华航班机副驾驶李长安先生在飞机降落后出现休克现象终告死亡,可能因重飞造成压力太大导致身亡。1999年8月22日华航CI-642班机麦道十一型(MD-11)客机,由曼谷飞往香港,当日下午6时45分在香港新机场降落时,遭遇山姆台风暴风圈强烈侧风和雨势的影响,班机侧倾,右翼触地翻滚起火,机肚朝天,侧翼断裂,尾翼损毁,最后坠毁在跑道尾端。机上300名旅客和15名组员中,2人死亡、212人受伤,其
11、中二十多名伤势较重。三、 高空风飞行员和航空公司运务员需要高空风数据,有两种理由,第一理由为飞机来往两地,需要高空风数据。飞机于静风中飞行时,系相对于空气呈直线向前移动,飞行员为从甲地飞往乙地,必须考虑风场。因此低速飞机更需高空风向和高空风速等资料,其中风速占空速很重要的部份。第二理由是航空公司准备飞行计划时,计算油料需要风场数据,飞机由甲地飞往乙地,若逆风飞行,其所花费的时间比静风飞行时为较长时间,也即需要更多的油料,相对地就要减少载重。例如,飞机在静风中以每小时500 浬之速度,飞行3000浬需要 6小时,如果在50kt的顺风中飞行,仅需 5小时27分约可节省10之时间,比起静风就可节省1
12、0之油料,因此就可增加载重。中华和长荣等航空公司由台北飞往美国安克拉治、旧金山和洛杉矶等国际机场,冬天常选择200百帕(hPa)等压面(39,000英尺)以上之高度,由西向东之强喷射气流(每小时100-200浬左右),顺风飞行,可节省不少飞行时间和油料。返回台北时,则选择较弱西风带飞行,即在避开逆风飞行,以免费时费油。四、 温度飞机举升力与空气密度成正比,所以在高温下引擎效率低。空气密度与气温和气压有关,在一定气压下,气温比正常值为高时,飞机起飞需要较快的速度,较快的速度就需要较长的跑道,在某些天气条件下,跑道长度不能满足飞机正常的载重量所需,只好减少飞机的载重。高空温度低,飞机引擎效率高,如
13、果高空温度比正常值为高时,所需油料更多,才能维持正常的巡航动力。在准备飞行计划时,需要高空温度数据来决定所需油料。台湾位于近北回归线上,夏季于太平洋副热带高压笼罩下,云量少,日射强,日照长,跑道温度高,通常国际班机由国外直飞台湾,由于长程飞行,在起飞前,常要求航空气象单位提供中正或高雄国际机场之最高跑道温度,以便准备飞行计划时,计算其载重之最高限制。五、 大气压力和空气密度以大气压力和温度两者可以决定空气密度,进而决定飞机举升力。在其它因素相同条件下,空气密度降低,飞机需要更快的速度,才能保持一定的高度。速度越快,飞机拖曳力越大,所需引擎推进力亦越大,越大的引擎推进力,所耗油料亦越多。因此高速
14、飞行之喷射飞机需要甚多的油料。前述在高温下,当气压降低,密度减少时,需要较长的跑道,以获取起飞的速度。从每天综观天气图气压场的分布,在低压区,其影响更大,准备起飞计划时,更应该考虑。再如,机场海拔高度越高,其平均气压降低,平均密度亦减少,因此在设计机场时,高海拔机场需要较长的跑道,以应起飞之需。此外,空气密度减小,引擎动力亦会跟着减弱,影响飞机爬升之动力,如果密度减至某一定值时,就得减轻飞机的载重量,飞机才容易起飞和爬升。大气压力与高度有密切关系,即大气压力随高度增加而递减。在近海平面1000百帕( hecto-Pascal;hPa)附近,高度每上升约10公尺,气压降1百帕(hPa);在500
15、百帕(5,500m)附近,高度每上升约20公尺,气压降1百帕;在200百帕(12,000m)附近,高度每上升约30公尺,气压降1百帕;它应用于航空上,用来决定飞机飞行之高度。飞机上之高度表,就是以空盒气压计(aneroid barometer)之气压高度换算出高度,作为高度表(altimeter)之标尺。国际民航组织 (International Civil Aviation Organization; ICAO)假设在干空气、平均海平面之气压和气温分别为1013.25百帕和15、对流层顶以下约11公里之温度随高度递减率每公里下降6.5等标准大气条件下,作为高度表之参考基准,在这种状态下的大气
16、称之为国际民航组织标准大气( ICAO standard atmosphere )。由于各地之大气条件随不同高、低压系统之移动而随时在变化,所以高度表在不同时间、不同地点和不同高度皆与标准大气有所不同。因此,飞机上之高度表读数必须经过适当拨定,才能显示出实际高度。因此,飞机起飞前必须经过高度拨定,航程上因海平面气压不断变化,其高度表所显示之高度与实际海拔高度发生误差,有时候误差可能很大。依据高度表拨定程序之规定,凡飞行在海平面高度约3330公尺(11,000ft)及以下之飞机,应采用飞经当地之实际海平面气压值(QNH)。飞行在离海平面高度约3940公尺(13,000ft)及以上之飞机,以标准大
17、气压力1013.25百帕为高度拨定值。飞机自甲地高压区飞进乙地低压区,若高度表不拨定为乙地的高度表拨定值时,则飞机上高度表所显示高度值比实际高度为高,此时飞机有撞山或重落地之危险。反之,飞机自乙地低压区飞进甲地高压区,若高度表不拨定为甲地的高度表拨定值时,则飞机上高度表所显示高度值比实际高度为低,此时飞机降落时有落空之危险。如果有甲、乙两架飞机分别自甲地高压区和乙地低压区,采取仪器飞行规则对着飞,两架在同一航路上之飞行员,均未实时做高度拨定,在各自高度表上所显示高度虽保持 300公尺之垂直隔离,但其实际飞行高度则逐渐接近,最后可能在中途互撞之危险。1996年11月12日晚间印度首都新德里西方6
18、0浬上空发生沙特阿拉伯航空公司波音747-168B客机( 312人)与哈萨克航空公司伊留申 IL-76货机(37人)相撞惨剧,两机机上共 349人全数罹难,失事原因待查。据报导哈航班机从哈萨克飞往新德里,沙航客机从新德里起飞,准备飞往沙国的达兰,离场后 7分钟在印度新德里西方60里相撞。事故之前,沙航班机曾获地面管制指示爬升至14,000呎( 4200公尺 )高度,准备下降的哈航班机则被告知降至15,000呎( 4500公尺 ),指令下达不久,两机在空中相撞。2002年7月1日德国当地时间晚间11时43分左右,一架俄罗斯巴希客克利安航空公司(Bashkirian Airlines)俄制图波列夫
19、154型(Russian Tupolev Tu-154)客机从莫斯科飞往西班牙,与一架环球快递公司波音757型货机(DHL jet Boeing 757 cargo)从巴林(Bahrain)飞往比利时(Belgium)首都布鲁塞尔(Brussels),在德国南部毗临瑞士边界康斯坦茨湖(Lake Constance) 36,000 ft (12000公尺)上空相撞并坠毁,共造成七十一人罹难。瑞士航管人员在撞机前五十秒向俄国客机驾驶员提出两次警告,要求俄国客机降低飞行高度,避免与货机相撞,但俄机飞行员并未立即反应,直到撞机前25秒接获第二次警告才开始下降,那时货机上的空中防撞警告系统(Traffi
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