讓你更認識B747-400所有系統和背後原理

player1104 · 发表于 2014-11-26 21:12:08

動力系統簡介
(Power)

題外話
飛機上除了需要引擎的動力來推動飛機前進之外, 其它系統也需要動力才能正常運作.

自然界中有各式各樣的能量, 例如太陽能, 電能, 動能, 位能等等, 每種能源形式都有它獨特攝長的地方, 因此飛機上使用的能源, 也有形形色色各種形式. 以 747-400 來講, 主要的能源形式有三種 : 電力 (Electric power), 液壓.(Hydraulic power)及氣動 (Pneumatic power), 而實際上幾乎所有的飛機也都是使用這三種能量.

不過除了機上的電瓶存有電能, 可以供緊急使用外, 其它的能量來源, 還是全部靠四顆引擎而來, 所以引擎可以說是飛機的心臟.

系統特性

電力系統
隨著機上越來越多的電子設備, 飛機對電力的依賴也越來越深. 電力的使用相當簡便, 只要幾根電線, 就可以把電力傳到需要的地方. 但電力的缺點是不適合用在大功率的機件上, 因為大功率電動馬達的線圈, 對飛機來講, 太過笨重了. 因此電力的用途, 主要在電子設備的運作及控制訊號的傳輸上.

電池是飛機上唯一可以儲存能量的地方, 因此在沒有外源的情況下, 電力是最基本的能源形式. 它可以在失去所有引擎動力的情況下. 提供基本的儀表顯示及對外通訊, 也可以讓地面維修人員, 不靠地面裝備完成飛機的整備 (當然是靠 APU).

液壓系統
利用帕司卡原理, 液壓系統可以把 3000 psi (相當於 200 個大氣壓)的壓力, 傳到任何需要動力的地方, 並且可以產生極大的力量. 使用上也相當簡便, 只要架設好廖金屬管路, 就可以使用液壓的力量. 但由於壓力太大, 一般液壓管路都相當細, 也限制了液壓的流量, 因此液壓雖然能發出巨大的力量, 但是功率卻不高, 特別適用在起落架收放這種笨重又緩慢的系統上.

氣動系統
與液壓系統相反, 氣動系統的壓力大概只在 30 - 40 psi 左右, 但氣管的直徑比液壓管大得多, 可以利用大流量的特性, 產生大的功率. 其缺點就是管路架設比較麻煩, 因此使用氣動系統的裝置, 多裝在主氣管附近.

雖說每種動力系統各有其特色, 不過飛機上為了分攤風險, 同一個組件常會同時擁有兩種不同的動力來源, 來增加系統的安全性.

附件齒輪箱 (Accessory Gear Box, AGB)
之前已提到, 除了電池之外, 引擎是飛機上所有的動力來源. 而其中除了氣動系統是直接取用引擎壓縮器出來的高壓空氣外, 其餘的動力都是由引擎的旋轉軸所帶出來的.

在每顆引擎的下方, 都有一根齒輪軸與引擎的 N2 軸相連. 而齒輪軸的另一端就連接在即將介紹的附件齒輪箱上. 所有需要引擎帶動的零組件, 都安裝在這個齒輪箱上, 只要 N2 軸一轉, 所有連在尺輪箱上的組件也跟著轉動, 進而產生各種不同的能量形式.

連在附件齒輪箱上的組件計有 :發電機 :
提供機上電力
液壓幫浦 :
提供液壓系統的壓力
燃油幫浦 :
供應引擎燃燒所需之燃油
滑油幫浦 :
供應引擎各部潤滑所需之潤滑油
PMA :
供應引擎控制器 (ECU)所需之電力, 此舉乃為避免機上電力系統故障而影響引擎之控制.
啟動器 :
啟動引擎之用. 此組件並非由 AGB 帶動, 相反的, 是在啟動時帶動 AGB, 進而帶動引擎軸旋轉.

player1104 · 发表于 2014-11-26 21:10:11

機場定位台
(Marker Beacon)

Marker Beacon 原理
Marker Beacon 是在飛機進場降落的航線上, 在地面上設置一些電台, 這些電台會向上發射一集中波束, 當飛機飛越這些電台上空, 機上系統接收到這些電波時, 駕駛艙內就會以燈號及聲音的方式, 提醒飛行員注意, 幫助飛行員掌握飛機與機場間的距離.

Maker beacon 的工作頻率固定為 75 MHz, 但隨著電台的不同, 內含的音頻訊號也不相同. 底下就是這五種 Maker beacon 地面台的分類 :

Inner : 內含 3000 Hz 的音頻, 發音方式是 "····· ...." (連續的短音, 聽起來像 " 滴滴滴滴滴 ...."). 一般設置在跑道頭 0.5 nm 之內.
Middle : 內含 1300 Hz 的音頻, 發音方式是 "·- ·- ·- ...." (一短音一長音, 聽起來像 " 滴答ㄚ滴答ㄚ滴答ㄚ...."). 一般設置在跑道頭 1 nm 之內.
Outer : 內含 400 Hz 的音頻, 發音方式是 " - - - - - ...." (連續的長音, 聽起來像 " 答ㄚ答ㄚ答ㄚ ...."). 一般設置在跑道頭 4 nm 之內.
Back course : 在 Back course 時, 通常只有一個 Maker beacon 電台 (Inner),內含音頻也是 3000 Hz, 不過發音方式為 " ·· ·· ··..." (成對的短音, 聽起來像 "滴滴滴滴滴滴 ...."). 裝在跑道的另一端.
Airway : 有時在一般航路上也會裝有 Maker beacon, 可以在飛機通過某定點的時候通知飛行員. 其內含音頻也是 3000 Hz, 發音方式則為該電台的摩斯代碼.

一般機場會視其需要 (經費多寡 ?), 裝設 1 - 4 個電台 (第 5 種為航路上使用), 或甚至都不裝.

系統運作
747-400 上只有一套 Maker beacon, 不過很奇怪的, 在硬體上它是與 VOR 系統同在一個電腦模組上, 因此硬體上其實有兩套, 但只有左系 VOR 模組上的那個 Maker beacon 才有作用.

Maker beacon 的天線位於機身下方, 是一長條狀的天線.

Maker beacon 的訊號顯示在 PFD 的右上角, 隨著通過電台的不同, 而有不同的顯示 :

Outer	藍色 "OM"字樣, 外有白色圓圈
Middle	黃色 "MM"字樣, 外有白色圓圈
Inner/ Back course/ Airway	白色 "IM"字樣, 外有白色圓圈

駕駛艙內控制

Audio control panel :
右下角的 Approach receiver selector 必須擺在 "MKR" 的位置, 再將左方灰色的收聽鈕按下, 就能收聽到 Maker beacon 的音頻訊號.

player1104 · 发表于 2014-11-26 21:05:33

測距儀
(Distance Measuring Equipment, DME)

題外話
測距儀顧名思義, 是一套測量距離的工具. 不過它可不是用來量測任意物體的距離, 而是必須配合地面電台 (DME 電台)的使用, 用來量測飛機與該電台間的距離, 屬於一種協助飛機導航的裝備.

為什麼說協助呢 ? 因為 DME 電台一般並不單獨存在, 而是與 VOR 或 ILS 電台在一起, 搭配使用. 飛行員只要做好 VOR 或 ILS 的設定工作, 若該電台有搭配 DME, 則飛機與該電台的距離, 就會顯示出來. 換句話說, DME 電台的頻率, 與 VOR/ILS 頻率是有配對的關係, VOR/ILS 頻率是多少, 就決定該 DME 的頻率是多少, 這時機上系統會自動把 DME 調到該工作頻率上, 讓 DME 運作.

不過要注意的是, DME 所量測出來的距離, 是飛機與電台間三度空間的距離, 而不是投影在地面上的二度空間距離.

DME 原理
機上的 DME 系統會以所設定的工作頻率, 發射一 "詢問" 電波, 而地面 DME 電台接受到此電波後, 就會發射一個 "回覆" 電波. 機上系統只要一比較兩個電波的時間差, 就可以算出飛機與電台間的距離了.

機上 DME 的發射頻率範圍從 1025 MHz - 1150 MHz, 接收的頻率範圍從 962 MHz - 1215 MHz, 共 252 個頻道可用, 其中 200 個給 VOR/ILS 使用, 52 個給 TACAN 使用.

系統運作

747-400 上共有兩套 DME 系統, 每套 DME 都有各自的天線, 位於機身下方.其大小與 ATC 天線完全相同, 長度只有 6, 7 公分左右.

由於 DME 是搭配 VOR/ILS 使用的, 因此若該 VOR/ILS 電台搭配有 DME 裝備, 其 DME 距離顯示就會出現在 VOR/ILS 資料的下方. 如下圖所示 :

另外 DME 電台也有摩斯代碼等音頻訊號, 可透過 ACP 收聽, 當然其訊號也是與 VOR/ILS 配對在一起的.

駕駛艙內控制
DME 的使用完全附屬在 VOR/ILS 底下, 因此有關頻率調整, 音頻訊號的收聽, 請參考 VOR 及 ILS 的介紹.

player1104 · 发表于 2014-11-26 21:03:16

儀器降落系統
(Instrument Landing System, ILS)

題外話
所謂 ILS 是利用電波在空中建立一條航道 (三度空間中的一條直線), 在降落時, 只要飛機沿著這條航道飛, 就可以到達跑道頭完成落地. 由於電波可以穿過雲雨煙霧, 因此可以幫助飛行員在惡劣天氣狀況下降落飛機,

實際上 ILS 可分成兩套系統 : Localizer (簡稱 LOC) 負責飛機橫向方面的導引, 讓飛機可以對準跑道. 而 Glide Slope (簡稱 G/S) 則負責飛機垂直方向的導引, 讓飛機沿著一定的下滑角度, 在跑道頭著陸.

不過 ILS 的地面裝備所費不貲, 因此通常只裝在常用的跑道方向. 當機場宣佈改變跑道方向, 飛機必須從另一端降落時, 就無法使用到 ILS 的完整功能了. 因為原本 G/S 在跑道頭所設定的著陸點, 現在變成在跑道尾了, 因此無法提供 G/S 的功能. 而 LOC 只是負責讓飛機對準跑道中心線, 因此只要將電波向後發射, 還是可以提供 LOC 的功能, 但是此時訊號作了 180 度的轉變, 原本偏左的訊號, 變成了偏右的訊號. 在這種情況下, 飛行員必須將 ILS 設定為 Back Course (背向降落)模式, LOC 部份才能正常運作.

ILS 原理

ILS 其實可以分成 LOC 與 G/S 兩部份來說明 :

LOC : 工作頻率在 108.10 MHz - 111.95 MHz 之間 (此頻率包含在 VOR 範圍中). LOC 會以跑道中心線為準, 向左右兩邊發射 90 Hz, 與 150 Hz 兩種訊號, 當飛機飛在中心線左邊時, 90 Hz 的訊號會大於 150 Hz, 反之飛在中心線右邊時, 150 Hz 的訊號會比較強. 機上的系統就可以藉此顯示出飛機的左右偏差了.
G/S : 其工作原理與 LOC 類似, 以 2- 3 度的角度, 朝上下方向發射 90 Hz, 150 Hz 兩種訊號. 當飛機飛行在滑降角之上時, 90 Hz 的訊號會大於 150 Hz, 反之飛在滑降角之下時, 150 Hz 訊號會比較強. G/S 的工作頻率在 329.15 MHz - 335.0 MHz 之間, 不過其頻道已與 LOC 頻道搭配, 飛行員所設定的 ILS 工作頻率都是以 LOC 為準, 一但選定 LOC 頻率, G/S 的工作頻率也跟著確定.

系統運作
747-400 上共有三套 ILS, 分為左中右三系, 除了顯示飛行的誤差外, 還可以與自動駕駛 (Autopilot)配合, 執行自動降落. 雖然有三套系統, 不過運作上確是一體的. 設計三套系統最主要的原因, 是著眼在自動降落時, 若有一套系統不正常, 可以利用 "少數服從多數" 的原則, 剔除故障的系統, 繼續執行自動降落. 若只剩兩個系統, 而又其中一個有問題, 飛機就沒辦法判定誰是誰非, 只得放棄自動降落, 改為手動駕駛.

每套 ILS ( 包括 LOC 及 G/S) 都有各自的天線, 而且每套各有兩組天線, 因此 ILS 的天線介紹起來還挺複雜的. 以下分 LOC 與 G/S 介紹.

LOC :

LOC 的天線藏在機鼻的雷達罩內, 所以平常看不到. 此天線接收的訊號只有在自動降落時會用到.
在其它情況下, LOC 的訊號是由 VOR 天線接收 (別忘了, LOC 的頻率包含在 VOR 範圍中)

G/S :

一般情況下使用雷達罩內這組天線, 稱之為 G/S Capture antenna.
當鼻輪放下後, 就用輪艙門上這組天線 (其精確度比較高 ), 稱為 G/S Track antenna.

當飛行員使用 FMS 的自動飛行時, 當飛機接近落地機場時, 就會自動把 ILS 的頻率調到該機場所使用跑道的 ILS 頻率, 當使用手動降落時, 飛行員就得自己輸入頻率及跑道方向了.

ILS 的誤差指示會分別顯示在 PFD, ND 及備份姿態儀上.

同樣的, 飛行員可透過 ACP 收聽 ILS 的摩斯代碼或音頻訊號.

駕駛艙內控制

CDU : 飛行員要手動調整 ILS 頻率時, 必須透過 CDU 來操作.首先從標示著 "NAV RAD" 的功能鍵, 進入 FMC 的 NAV RADIO 功能選項中, 再用按鍵輸入頻率及跑道方向, 最後按下 LSK, 將資料輸入 ILS 中.
EFIS control panel : 其中的 Mode select switch 必須選在 "APP" 位置, 才會出現 ILS 顯示.
Standyby Attitude : 左下方的 APP 模式選擇鈕, 必須擺在 "APP" 的位置, 才會出現 ILS 的誤差指示, 若使用 Back course, 則必須選在 "B/CRS" 位置.
Audio control panel : 右下角的 Approach receiver selector 選擇在 L, C, R 位置, 打開左邊灰色的收聽鈕, 就可以分別收聽左中右三系 ILS 的音頻訊號了.

player1104 · 发表于 2014-11-26 21:00:33

極高頻多向導航
(VHF Omnidirectional Range, VOR)

題外話
VOR 是目前航空界最常用的導航方式. 不但精確度比 ADF 高, 而且飛行員可以事先選定路徑 (Course), VOR 的顯示儀表不但顯示該路徑, 也同時顯示飛機的飛行誤差, 對飛行員修正飛行路徑很有幫助. 事實上基乎所有的儀器飛行航路, 都是由 VOR 導航台直接或間接定義出來的.

在軍事用途上, 軍機也有類似的導航裝備, 稱為 TACAN (TACtical Air Navigation, 戰術空中導航). 事實上 TACAN 還有 DME 的測距功能, 可以說 TACAN = VOR + DME, 不過其使用的頻率屬於 UHF 範圍, 民航機無法使用. VOR 電台有時會與 TACAN 地面台設在一起, 稱為 VORTAC.

VOR 的工作頻率在 108 MHz - 117.95 MHz 之間. (這個頻率也包含 ILS 系統中 Localizer 的工作頻率)

VOR 原理
每個 VOR 電台會發射兩種電波, 請參考下圖 :

其中紅色為一向四面八方發射的無方向性電波, 稱為 Reference signal, 在此同時, 藍色的指向性電波由正北方開始, 往東, 南, 西的順序順時針方向掃描. 兩電波的週期同為 1/30 秒.因此只要計算出接收到兩個電波的時間差, 就可以知道飛機在電台的什麼方位上了.

註 : 以上之說明純為方便解釋 VOR 之原理, 與真正 VOR 運作方式稍有出入

VOR 另一個重要功能就是飛行員可以事先設定路徑 (Course), 用 "路徑" 這個名詞可能容易引起誤解, 實際上應該是一個角度. 例如設定 Course 為 135, 則表示飛機的飛行路徑要在該導航台 135 度 (東南方)的方向上. 若飛機不在這條路徑上, 則機上的 VOR 顯示儀表就會把誤差的角度顯示出來.

飛行員可以從 VOR 上看出飛機在原定路徑的左邊或右邊, 因此很容易把飛機修正到航線上.

系統運作

747-400 上有兩套 VOR 但共用一個天線, 天線的位置位於垂直尾翼的頂端 (藏在內部, 外表看不出來 )

VOR 在運作時, 還得知道飛機目前的機頭指向, 才能判斷設定的路徑是在飛機的左邊還是右邊. 而 747-400 的機頭指向是由 IRS 所得到的, 因此在使用 VOR 之前, IRS 必須先 Align.

由於航路一般都是由 VOR 導航台所定義出來, 所以在使用自動駕駛時, 在進入下一個導航點前, FMS 會自行調整 VOR 的頻率, 以便利用該 VOR 電台導航. 此外 FMS 也會利用 VOR 來計算目前飛機位置, 此時也會自行調整 VOR 頻率, 當然無論何時, 飛行員有絕對的優先權來手動調整頻率, 也只有在手動情況下, 才能輸入路徑的角度 ( 自動駕駛時, 飛行路線早已設定在 FMS 裡了).

VOR 指示會顯示在 ND 與 RMI 上. 不過在一般顯示模示下, 只會指示 VOR 電台的方向, 在這種情況下, VOR 的作用與 ADF 是一樣的. 只有在 ND 選擇在 VOR 模式之下, 才能看到完整的路徑角度設定及飛機的飛行誤差.

下圖是 ND 在 " CTR VOR" 顯示模式下, 完整的 VOR 資料顯示. 在其它模式下, 只有 " VOR 指向", " VOR 電台代碼" 會顯示出來. 其中左系 VOR 指向, 是以綠色單線箭頭表示, 右系則以綠色框線箭頭表示.

至於 RMI 上的顯示, 則以紅色箭頭代表左系, 綠色箭頭代表右系, 但要注意下方的兩個 VOR/ADF 選擇鈕要擺在 VOR 的位置, 才是顯示 VOR 的資料. 在 RMI 上就看不到飛行誤差的資料了, 只有 VOR 電台的指向.

另外飛行員也可透過 ACP 收聽 VOR 電台的摩斯代碼或音頻訊號

駕駛艙內控制

CDU : 飛行員要手動調整 VOR 頻率時, 必須透過 CDU 來操作.首先從標示著 "NAV RAD" 的功能鍵, 進入 FMC 的 NAV RADIO 功能選項中, 再用按鍵輸入頻率或電台的代碼, 最後按下 LSK, 將頻率輸入 L VOR 或 R VOR 中. 接著再以同樣方法輸入路徑角度, 即可完成 VOR 設定工作.
EFIS control panel : 其中的 Mode select switch 必須選在 "VOR" 位置, 才會有完整的 VOR 顯示. 在其它情況下, 則左右兩邊的 ADF/VOR 選擇開關必需擺在 VOR L及 VOR R 的位置, 才會在 ND 上顯示 VOR 的指向.
RMI : 底下的兩個 ADF/VOR 選擇鈕必須轉到 VOR 的位置, 此時指針的指向才是 VOR 的資料.
Audio control panel : 左下角的 VOR/ADF receiver selector 選擇在 L VOR 或 R VOR, 打開右邊灰色的收聽鈕, 就可以收聽音頻訊號了.

player1104 · 发表于 2014-11-26 20:54:07

自動定位器
(Automatic Direction Finder, ADF)

題外話
ADF 簡單講就是一個無線電尋波器, 只要輸入頻率, ADF 就可以找出發射源的方向 (假設它有接受到這個頻率的電波), 並把結果顯示在儀表上. 如果這個發射源的位置已經事先得知, 那麼我們就可以利用這個電台來導引飛機了.

ADF 的工作頻率從 190 kHz 到 1750 kHz 之間, 因此只要發射頻率在這個範圍內, 任何電台都可以用來導航 (這個頻率範圍包含我們一般聽到的 AM 電台). 當然飛機上正常使用的, 還是專為導航設置的電台, 由於這種電台發射的電波是朝四面八方擴散出去, 因此被稱為 Non-Directional Beacon (NDB).

不過比起後續要介紹的 VOR 電台來講, ADF 的精確度不甚理想, 因此除非飛行範圍內沒有 VOR 電台, 否則一般的導航還是以 VOR 電台為主.

系統運作
747-400 上共裝有兩套 ADF, 每套 ADF 都有各自獨立的天線

ADF 的天線位於機背上, 由黑色的整流罩罩住, 一前一後, 很容易辨示.

ADF 所指示的電台方向會顯示在兩個地方 : ND 與 RMI 上.

ND : 以藍色的箭頭指示 NDB 的方向, 其中單線箭頭代表左系的 ADF, 框線箭頭代表右系 ADF. 而在左, 右下角各有 NDB 電台的代碼, 如下圖所示 :

RMI : 紅色箭頭代表左系 ADF, 綠色箭頭代表右系 ADF. 由於 ADF 與 VOR 共用 RMI, 所以要特別注意 RMI 下方左右各一的 ADF/VOR 選擇鈕的位置.

另外 ADF 也可以把接收到的電波, 將其中的摩斯代碼或音頻訊號解出來, 飛行員可以透過 ACP 聽到這些聲音 (請參考通訊系統的介紹).

駕駛艙內控制

CDU : ADF 是附屬在 FMC 底下的功能, 因此要輸入搜尋的頻率時, 必須透過 CDU 來操作.首先從標示著 "NAV RAD" 的功能鍵, 進入 FMC 的 NAV RADIO 功能選項中, 再用數字鍵輸入頻率,最後按下 LSK, 將頻率輸入 L ADF 或 R ADF 中.
EFIS control panel : 左右兩邊的 ADF/VOR 選擇開關必需擺在 ADF L及 ADF R 的位置, 才會在 ND 上顯示 ADF 的指向.
RMI : 底下的兩個 ADF/VOR 選擇鈕必須轉到 ADF 的位置, 此時指針的指向才是 ADF 的資料 (右圖目前位置是 VOR)
Audio control panel : 左下角的 VOR/ADF receiver selector 選擇在 L ADF 或 R ADF, 打開右邊灰色的收聽鈕, 就可以收聽音頻訊號了.

player1104 · 发表于 2014-11-26 20:49:48

地面接近警告系統
(Ground Proximity Warning System, GPWS)

題外話
民航機在飛行過程中, 只有在準備降落時才會往地面接近, 其它任何時候都不應該靠近地面才對. 因此在民航機上多裝有這套 GPWS, 在飛機有往地面接近的不正常狀況時, 就會發出警告, 提醒駕駛員注意.

像前幾年, 國軍發生 E-2T 預警機未放起落架, 以機腹著陸的事件. 若機上的 GPWS (不曉得 E-2T 上有沒有裝 GPWS ?)功能正常, 在著陸之前, 飛行員就應該會收到 GPWS 的警告才對, 這也是 GPWS 的功能之一.

GPWS 越發展, 功能也越多. 目前 747-400 上用的 GPWS 除了基本的地面接近警告功能外, 還有風切 (Windshear) 的警告功能, 降落時偏離滑降角 (Glide slope) 的警告功能等.

目前中華民國民航局規定, 所有民航機都必需裝有 GPWS.

系統運作
GPWS 的核心是一台名為 GPWC (Ground Proximity Warning Computer) 的電腦, 此電腦會收集機上相關的資訊 (例如飛機高度, 雷達高度, 空速, 對地速度, 起落架位置等等), 判斷飛機是否有不正常接近地面的情況. 若有, 就會對飛行員發出警告.

警告的等級分成兩種, 一為 Warning, 另一為 Alert. 其中 Warning 是比較嚴重的情況.

Warning 等級的情況有三種方示提醒飛行員

Master Warning/Caution Light 上的 "WARNING" 燈號會亮起.
PFD 上, 姿態儀的下方會出現警告文字 ( "PULL UP" 或 "WINDSHEAR" )
依所發生的狀況, 駕駛艙內發出警告的語音 (英文). 例如
"WHOOP WHOOP PULL UP"
"WINDSHEAR, WINDSHEAR"

Alert 等級的狀況, 則以下列兩種方示提醒飛行員 :

位於 P3 上的 Ground Proximity Light 會亮起.
依所發生的狀況, 駕駛艙內發出警告的語音 (英文). 例如
"SINK RATE"
"TERRAIN TERRAIN"
"DON'T SINK"
"GLIDE SLOPE"
"TOO LOW TERRAIN"
"TOO LOW FLAPS"
"TOO LOW GEAR"

事實上 GPWS 會針對下列七種狀況發出警告 :

飛機進離地不高 (RA < 2450 呎), 而且下降速度太快 ( > 5000 呎/每秒).
剛開始時是 Alert 等級, 發出的警告語音是 "SINK RATE". 若下降速度不減, 接著就會進入 Warning 等級, PFD 上顯示 "PULL UP", 警告語音是 "WHOOP WHOOP PULL UP".
飛機在正常飛行或準備降落過程中, 地形急劇升高.
剛開始時是 Alert 等級, 發出的警告語音是 "TERRAIN TERRAIN". 若飛機沒有爬升, 接著就會進入 Warning 等級, PFD 上顯示 "PULL UP", 警告語音是 "WHOOP WHOOP PULL UP".
飛機起飛後或者重飛 (Go-around)時, 高度不升反降, 或者沒有爬高, 仍與地面接近.
這屬於 Alert 等級, 發出的警告語音是 "DON'T SINK", 或 "TOO LOW TERRAIN".
飛機離地很低, 卻沒有放下襟翼或起落架.
屬於 Alert 等級, 剛開始的警告語音是 "TOO LOW TERRAIN", 接著會視情況發出 "TOO LOW FLAPS" (沒放襟翼), 或 "TOO LOW GEAR" (沒放起落架).
降落時飛機偏離滑降路徑 (Glide slope) 太多 (高度太低).
屬於 Alert 等級, 發出的警告語音是 "GLIDE SLOPE"
在降落過程中, 飛機通過某些高度時 (500, 100, 50, 40, 30, 20, 10 呎), GPWS 會以語音報出高度. 在通過 Decision Hight 時會報出 "MINIMUMS". 這並不算是警告狀況.
GPWS 偵測到飛機正處在風切狀態.
屬於 Warning 等級, PFD 上顯示 "WINDSHEAR" 的文字, 警告的語音則為 "WINDSHEAR, WINDSHEAR ......"

駕駛艙內控制
駕駛艙內並沒有可以直接控制 GPWS 的開關 (GPWS 一直是開著的), 不過確有三個開關可以用來關閉 GPWS 某些警告功能 :

1. Glide slope inhibit switch :	取消 GPWS 上述的第五項警告功能.
2. Flap override switch :	送一個 Flap 已放下的假訊號給 GPWS.
3. Gear override switch :	送一個 Landing gear 已放下的假訊號給 GPWS.

結合 2. , 3. 兩個開關, 就可以取消 GPWS 上述的第 2, 3, 4 項警告功能.

後記
就跟晴空亂流一樣, 目前飛機上的系統並沒有辦法偵測風切的所在. (GPWS 的風切警告是當飛機已經在風切中了). 目前的解決之道, 是在飛機降落的路徑上, 在地面四處裝置許多的風速計, 當這些風速計偵測到某處有氣流向外散開時, 就知道該處有風切的情況, 進而提出風切警告. 再由塔台或機場的ATIS 告知飛行員. 未來對風切的偵測, 還有好長一段路好走.

player1104 · 发表于 2014-11-26 20:45:47

氣象雷達
(Weather Radar)

題外話
747-400 在機鼻部份的雷達罩裡, 有一功率強大的雷達. 不過這個雷達可不像戰鬥機上用來搜索敵機的雷達, 而是用來掃描航路上的氣象狀況用的.

氣象雷達主要是利用空氣中的水氣來反射雷達波, 再根據反射波的強度來描繪航路上的天氣狀況 (下雨的狀況). 它也可以利用都卜勒效應, 偵測出水分子的運動速度, 藉此找出含有亂流 (Turbulence)的區域.

正因為氣象雷達是利用水氣反射電波, 對於不含水氣的氣流而言, 機上的系統是完全無法偵測到的, 這也就是為什麼常有飛機會因為 "晴空亂流" 而造成人員的傷亡的緣故了.

另外此雷達也可以用來做掃描地面, 當做地形雷達使用.

系統運作
氣象雷達運作的核心是一發射/接收器, 它不但產生雷達波供天線發射, 也接收天線傳來的反射訊號, 處理成水氣分佈圖, 並顯示在 ND 上. 747-400 上共有兩套這樣的發射/接收器, 不過只有一個共用的天線. 其使用的頻率為 9345 MHz, 偵測範圍可達 320 nm.

它所使用的天線型式稱為 "平面陣列 (Planar array)", 有別於傳統的拋物面天線. 這是一塊平板, 板上裝了許多發射/接收的小單元, 由於每個單元的功率都很小, 因此比起單一天線的大功率輸出, 其能量損耗會少的多, 故障的機率也比較小, 既使一兩個單元損壞, 對整體的影響也不大.

陣列天線另一個好處是可以藉由調整每個單元的相位差, 來改變電波發射的角度. 因此一些先進的雷達系統, 可以不必藉著天線旋轉, 就能達到掃描整個空域的目的. 不過 747-400 上的雷達還沒這麼先進, 它只利用相位差來產生一道集中的雷達波束, 若要掃描空域, 還是靠傳統的馬達來旋轉天線.

雷達天線可作左右各 90 度的掃描, 同時還能調整俯仰的角度. 更妙的是它還有自動平衡 (Stabilization) 的功能. 不管飛機機頭朝上還是往下, 甚至左傾右傾, 它都能保持水平 (或者飛行員設定的角度) 掃描.

掃描出來的水氣分佈會顯示在 ND 上, 不同的顏色代表不同的水氣密度分佈 :

綠色 : 反射波微弱, 僅有稀疏的水氣
黃色 : 反射波強度中等, 水氣密度中等
紅色 : 反射波很強, 水氣密度很高
紫紅色 : 有亂流存在

至於用作地形雷達使用時, 就直接按地面反射強度, 以綠色, 黃色, 紅色的順序顯示出來. 飛行員必須自行按其輪廓判斷地形的分佈.

駕駛艙內的控制

EFIS control panel :
底下一排按鈕中, 標示 "WXR" 的按鍵, 就是用來控制是否將雷達掃描結果顯示在 ND 上, 這同時也正是氣象雷達的開關.
不過要顯示雷達圖像, 顯示模示必需為 EXP APP, EXP VOR, EXP MAP 或 CTR MAP 才行.

Weather radar control panel :

1. Radar transfer switch :	選擇使用左系或右系的發射/接收器.
2. Mode selector :	選擇氣象雷達的工作模式 : TEST : 自我測試 WX : 一般氣象雷達工作模式 WX/TURB : 加入偵測亂流的功能 MAP : 地形雷達模式
3. Gain control :	發射功率調整, 可設定為自動 (AUTO), 或飛行員手調.
4. Antenna tilt control :	控制雷達掃描的俯仰角度.

player1104 · 发表于 2014-11-26 20:44:02

航管警告暨防撞系統
(Traffic Alert and Collision Avoidance System, TCAS)

題外話
雖然天空這麼大, 可是航路, 機場就這麼幾個, 所有的飛機都走同樣的路, 到同樣的目的地, 航機接近事件還是時有所聞. 為了減少飛機在空中互撞的事故, 現在大型民航機多裝有這套 TCAS

第一代的 TCAS 稱為 TCAS I, 主要功能是顯示周圍其它飛機的相對位置, 並且用不同的符號來標示危險等級, 讓飛行員了解周圍狀況, 採取必要措施.

第二代稱為 TCAS II, 除了顯示的功能之外, 還提供了避撞的飛行指示, 例如叫飛行員立即爬升或下降 (真的是用 "叫" 的), 而且若兩機都有 TCAS II, 還會互相協調好, 避免兩架飛機都同時爬升或同時都下降.

不過 TCAS II 的避撞飛行指示, 受限於其設計功能, 只能提供垂直方向的指示 (例如爬升, 保持高度, 減緩下降速度等), 它並不會叫飛行員左轉或右轉避開, 而這正是第三代 TCAS III 所要發展的重點. 不過目前還是以 TCAS II 為主, 因此底下要介紹的就是 747-400 上的 TCAS II.

TCAS II 原理
為了獲得周圍其它飛機的位置與狀態, TCAS 需要一套方法來獲得這些資料.也許有人一開始會想到用雷達, 不過要接收飛機微弱的反射電波, 必需有一組功率強大的發射天線, 不如叫其他飛機自己發射電波, 因此運用飛機上現有的 ATC transponder, 就是最好的選擇了.

TCAS 其實就像一個小型的 "地面航管台", 它也會發出詢問電波 (1030 MHz), 其它飛機上的 ATC transponder 一收到, 也會像回答地面航管台一樣, 送出識別碼, 高度等資料 (1090 MHz). 當然 TCAS 不需要識別碼資料, 但靠著這些回答的電波及高度資料, 就足夠用來顯示周圍飛機的狀況了.

從這裡可以知道, 若一台飛機沒有裝置 ATC transponder, 則 TCAS 是毫無用武之地. 地面航管台還有可能用 PSR 發現這些 "不明飛行物體", 但 TCAS 完全沒輒了.

系統運作
747-400 上只裝一套 TCAS II, 不過有兩個天線可使用, TCAS 可以追蹤 30 海浬內 45 架飛機, 若是碰到裝置 Mode-S的飛機, 可以多到 150 架, 並最多可顯示其中 30 架的資料.

TCAS 的天線長約 30 公分, 寬約 15 公分, 高只有 3 公分左右, 像個扁扁的烏龜殼貼在機身表面, 上下機身各有一個.

根據各航機對本機的碰撞危險等級, TCAS 會用不同的符號顯示在 ND 上, 其等級分類如下:

Non-threat : 與本機無碰撞危險, 用白色空心的菱形符號表示.
Proximate : 與本機接近的飛機, 但尚無碰撞可能, 以白色實心的菱形符號表示.
Traffic advisory (TA) : 與本機已相當接近, 有碰撞可能, 但還不需做閃避的動作, 如有可能, 需要飛行員目視該機. 顯示符號是黃色的實心圓型.
Resolution advisory (RA) : 兩機有碰撞的危險, 需要飛行員立刻閃避, TCAS 也會提供閃避的指示. 代表符號是紅色的實心方塊.

若來機裝有 Mode-C 以上的 ATC transponder, 則其相對高度還會顯示在符號旁, 若該機爬升或下降速率超過 500 呎/每分鐘, 還會出現箭頭符號.

當對方飛機進入 RA 等級時, TCAS 會同時以下列兩種方式提出避撞指示 :

PFD 指示 :

例如上圖, TCAS 要求飛行員以 5° 以上的仰角爬升, 以避免與來機相撞.
口語指示 :
TCAS 會以語音的方式, 提出避撞指示 (當然講的是英文). 底下是一些例子 :
"CLIMB, CLIMB, CLIMB"
"DESCEND, DESCEND NOW"
"INCREASE CLIMB, INCREASE CLIMB"
"REDUCE DESCEND, REDUCE DESCEND"

駕駛艙內控制

若要讓附近的航機狀況顯示在 ND 上, 則 EFIS control panel 上的顯示距離範圍必需在 40 nm 以下, 同時按下中間的 "TFC" 按鈕, 另外 ND 的模式必須是 EXP VOR, EXP APP 或 MAP 三種模式之一

另外 TCAS 的控制是與 ATC 共用一個控制面板. 面板左上角的 Function select switch 中的 "TA", "TA/RA" 兩個位置是給 TCAS 使用

TA 表示僅提供周圍航機狀況顯示, 並不提供避撞指示 (即僅有 TCAS I 的功能), 而 TA/RA 則表示同時提供航機顯示及避撞指示之功能.

player1104 · 发表于 2014-11-26 20:41:48

航管系統
(Air Traffic Control, ATC)

題外話
航管是一項責任重大又煩雜的工作, 不但要有條理分明的頭腦, 有時還要有藝術的細胞, 才能安全又有效率的引導飛機.

除了以無線電與各機飛行員保持連絡外, 為了能掌握天空狀況, 在航管人員面前, 通常會有一雷達幕, 顯示各航機的位置與狀況. 為了顯示完整的航機資料, 不但地面台要有一功率強大的雷達系統, 同時還要各飛機提供自身的一些資料, 完整的航機狀態, 才能在雷達幕上呈現出來.

在這裡要為大家介紹的, 就是 747-400 上, 應用在航管上的系統. 不過首先還是先來了解一下這套航管顯示系統的運作原理.

航管原理
首先在地面台上會有一組功率強大的平面搜索雷達 (Primary Surveillance Radar, PSR). 該雷達天線以 360 度旋轉, 以取得該區的各航機位置, 並顯示在雷達幕上. 但該雷達只能獲得平面資料, 對於飛機的高度, 就沒有辦法了.

而另外一組雷達 ( 其天線架於 PSR 上, 隨 PSR 而旋轉), 稱之為 Secondary Surveillance Radar (SSR), 則是負責與飛機上的系統溝通. SSR 會發出 "詢問電波", 凡是收到該電波的飛機, 機上的航管系統, 就會將飛機本身的資料報告給 SSR 接收. SSR 所收集到的航機資料, 就會配合 PSR 的雷達圖像, 把天空中的飛機情況完整呈現在航管人員面前.

飛機上這套回應 SSR 的系統, 就叫作 ATC transponder (Transmitter + Responder, 傳送 + 回應). 而 transponder 所回應的飛機資料有那些呢 ?

最早的系統稱為 Mode-A, 飛機所回答的資料是飛機的代碼. 這組航管代碼是一組由四個數字組成的編碼 (但每個位數的數字只有 0 - 7), 每當飛機進入一個新的航管區域 (包括飛機從機場起飛), 管制人員就會給飛行員一個識別碼, 飛行員將此四個數字輸入 ATC transponder, 爾後當 transponder 接受 SSR 的詢問時, 就會回答這個識別碼, 此時在雷達幕上, 在代表該機的光點旁, 就會出現此組識別碼, 如此一來, 航管人員就可以知道那架飛機飛到那裡了.

一般識別碼都由航管人員隨機指定, 但有些數字是特別保留給特殊用途的. 例如 7500 這組數字, 代表飛機被劫機, 7600 代表該機無線電通訊故障, 7700 代表該機有緊急狀況 ( 機件故障 ... 等), 是不可隨意使用的.

航管系統進一步發展, 就出現了 Mode-C. 除了識別碼資料外, 還會報上飛機目前的高度 (從高度表得到的資料), 當然雷達幕上也會出現該機高度, 如此一來航管人員在進行高度隔離時, 就方便多了.

不過 Mode-C , Mode-A 的缺點就是 : 有問必答, 因此當空中飛機一多時, 航管系統就非常吃力, 因為一次要處理很多同時回答的訊號. 為了解決這問題, 於是發展了到目前為止最新的規格 : Mode-S.

Mode-S 除了報識別碼, 報高度外, 還會報上自己的 Mode-S adress. 每架裝置 Mode-S 的飛機, 都有自己獨特的 Mode-S address. 當地面台第一次接收到這架飛機的 Mode-S address 時, 就會把它列入 "待呼叫清單" 中. 之後地面台就照著這份清單, 一架一架詢問, 去得到飛機的資料. 如此一來, 就不會有一次接收太多資料而不勝負荷的情形了. 目前不管是地面航管系統, 或是飛機上的 ATC transponder, Mode-S 已是標準規格, 當然 747-400 也不例外.

系統運作
747-400 機上共有兩套 ATC transponder, 兩組天線. 當然飛行員一次只能使用一個 transponder, 但是 transponder 本身可以挑接收狀況比較好的天線來使用. 地面台詢問的訊號是以 1030 MHz 發出, 而 transponder 則是以 1090 MHz 的訊號回答, 全世界所有 ATC 系統都使用相同的頻率.

飛機的上下方各有一個 ATC 天線, 其長度只有 6, 7 公分左右, 因為其使用頻率範圍與 DME 相近, 所以與 DME 天線大小是相同的.

1. Functon selector switch	選擇 ATC 的工作模式 TEST : 系統測試 STBY : 待機模式, 不回覆任何 ATC 之詢問 ALT OFF : 不回報高度, 等於是 Mode-A模式 ALT ON : 回報高度, Mode-C 模式 TA, TA/RA : 此為 TCAS 的功能, 請參考相關介紹.
2. Identification code display	顯示目前所設定的航管識別碼.
3. ATC fail lamp	故障指示燈.
4. ATC 1-2 switch	選擇使用 1 號或 2 號 ATC transponder.
5. Code select knob (1)	有內外兩層旋鈕, 分別用來調整識別碼的前兩位數字.
6. Ident pushbutton	按下此鍵後, 航管的雷達顯示幕上代表本機的光點會閃爍.
7. Code select knob (2)	有內外兩層旋鈕, 分別用來調整識別碼的後兩位數字.

player1104 · 发表于 2014-11-26 20:40:10

雷達高度計
(Radar Altimeter, RA)

題外話
在介紹大氣電腦時曾提到, 機上的高度是由量測大氣壓力所得, 而且是以海平面為基準. 但飛機與地面間的距離也很重要 (飛到兩萬英呎高度, 還是可能撞山), 尤其在降落過程中. 因此 747-400 機上, 另外裝置了利用電波反射原理的雷達高度計, 來告訴飛行員現在離地面多高.

由於本系統乃設計用來輔助降落及地面接近警告之用, 因此只限用於離地 2500 英呎以下使用. 超過這高度後, RA 高度值的準確性就開始變差. 一般使用還是以大氣電腦量測的壓力高度為主.

系統運作

747-400 機上共裝置了三套 RA 系統, 每套系統各有一發射天線及接收天線. 其天線一前一後 (發射在前, 接收在後) 並列於機身下方. 天線大約只有 15x10 cm 大小, 平貼於機身表面.

其工作原理並不是傳統的 : 發射電波 --> 接收電波 --> 量取時間差 --> 計算距離. 這種方法的誤差太大, 不敷 RA 系統使用, 因此 RA 用另一套方法量測距離.

首先, 發射天線會發射頻率從 4235 MHz 到 4365 MHz 連續變化的電波, 其週期大約是一秒 150 次.

因此在接收到反射電波後, 只要跟當時的發射電波頻率一比較, 找出頻率差, 就可以據此求出距離了. 不過實際電路上的設計並不是如此單純, 這裡只是作一個原理上的介紹.

RA 所得到的高度資料會顯示在 PHD 上, 並配合 Decision Hight (DH) 的設定, 有不同的顯示方式. 當飛機通過 DH 時, RA 的讀數會由白色轉成黃色, 並閃爍 3 秒鐘, 以提醒駕駛員, 飛機已通過 DH , 必需決定繼續降落的程序, 或者是重飛.

除了顯示於駕駛艙外, RA 還會將高度值提供給其它系統參考, 例如地面接近警告系統及自動駕駛 (作自動降落時使用).

後記
RA 高度的基準, 是以飛機正常的降落姿態 ( 機頭微微上揚), 主輪接觸地面的一剎那, 設定為 0 高度. 當飛機放下機頭, 鼻輪也著地後, RA 的高度讀數就會便成負值了. 所以維修人員在地上都是看到 " -8" 的讀數

player1104 · 发表于 2014-11-26 20:37:52

通訊系統
( Communication)

系統概述
底下要介紹的 747-400 通訊系統, 小蟹把它分為兩部分, 一是內部通訊網路, 包括 Flight interphone, Service interphone, Cabin interphone 等, 二是飛機對外的通訊系統, 包括 HF, VHF, SATCOM 等. (以上系統會在底下一一介紹)

雖然飛機上通訊的方式這麼多, 不過飛行員只要從一個面板, 就可以操控所有的通訊系統了, 這就是底下要介紹的聲訊控制面板 (Audio Control Panel, ACP). 另外無線電控制面板 (Radio Control Panel, RCP), 可以用來選擇 HF 及 VHF 的發射頻率, 也是很重要的控制面板.

ACP (Audio Control Panel)
ACP 是飛行員的通訊控制中心, 正副駕駛及兩個觀察員都有各自的 ACP可供使用.

1. Transmitter selector	按下此鍵可以選定發話的系統. 機上計有 VHF 三套, Flight interphone, Cabin Interphone, PA (乘客廣播), HF 兩套, 及 SAT (衛星通訊)兩套可供飛行員發話, 但一次只能選一套系統發話, 被選定系統按鍵上的 "MIC" 燈就會亮起. 若某系統有人呼叫, 按鍵上的 "CALL" 燈會亮起, 並且在駕駛艙會響起 "咚" 的聲音, 提醒飛行員有人要求通話了.
2. Receiver selected indicator	亮燈表示正收聽該系統, 請參考 3. 的介紹.
3. Receiver selector	按下此鈕, 可收聽該系統 (但不發話), 並可調整音量, 飛行員可同時收聽好幾個系統. 除了可收聽各發話系統的聲音外, 飛行員還可以收到導航電台的代碼訊號, 就是底下 5, 6, 7 所要介紹的功能. 此外還有一個標示 SPKR 的旋鈕, 則是打開駕駛艙的喇叭, 讓聲音從喇叭發出 (平常飛行員都戴耳機聽).
4. Push-to-talk switch	按下此鍵, 飛行員講的話才會送到發話系統, 在操縱桿上也有同樣功能的按鈕, 一般飛行員都使用操縱桿上的按鍵, 因為比較順手.
5. VOR/ADF receiver selector	導航電台除了會發出導航用的電波外, 還會發出識別用的代碼 (摩斯電碼), 有些甚至有語音的資訊. 飛行員可藉此判斷該電台是否運作正常. 此旋鈕是用來選擇收聽那一套 ADF 或 VOR 電台的訊號.
6. NAV filter selector	用來選擇要收聽導航電台的識別碼, 還是它的語音訊息, 也可兩者都聽.
7. Approach receiver selector	選擇收聽那一套 ILS 或 Marker beacon 的電台訊號.

RCP (Radio Control Panel)
主要用來調整無線電通訊系統所使用的頻率 (包括 VHF 三套, HF 兩套), 選定的系統, 其使用頻率與備用頻率會顯示出來, 供飛行員調整頻率之用. 機上共有三套 RCP, 分別給正, 副駕駛及第一觀察員使用.

1. Active frequency indicator	目前所指定通訊系統的使用頻率
2. Offside tuning indicator	雖然任一個 RCP 都有能力控制任一套 HF 或 VHF, 但一般會指定正駕駛駛用 L VHF, L HF, 而副駕駛用 R VHF, R HF, 而 C VHF 則給第一觀察員用. 若有違反此規則時, 此燈就會亮起, 告訴飛行員, 原本應該你在用的系統, 現在有別人在用.
3. Standby frequency indicator	目前所指定通訊系統的備用頻率
4. HF sensitivity control	調整 HF 雜訊的濾波功能.
5. Off switch	關閉 RCP 的功能.
6. Radio selection switch	指定要調整頻率的通訊系統 (VHF L, C, R 及 HF L, R).被選定的系統, 其按鍵底部的白色橫桿會亮起, 而其使用頻率及備用頻率則會出現在 1, 3 所介紹的顯示幕上. 當然一次只能選一項系統. 另外 "AM" 的按鍵, 表示 HF 使用 AM 模式. (HF 一般使用 USB, Upper Side Band 模式, 比一般 AM 模示可以傳送更遠的距離.
7. Frequency transfer switch	將備用頻率切換為使用頻率, 原來使用頻率變成備用頻率
8. Frequency selector	調整備用頻率 (飛行員要更平使用頻率時, 必須先用 7 的鍵, 將使用頻率調到備用這邊來, 才能做調整, 調好後再用 7 鍵切換回使用頻率.

內部通訊網路
747-400 機上共有三種通訊網路, 提供飛行員, 空服員及維修人員間的連絡之用.

Flight interphonr
主要供駕駛艙內的飛行組員之間互相講話溝通之用, 可別以為駕駛艙這麼小, 喊大聲一點對方就聽得見, 在緊急情況下, 還是需要專門的通訊網路, 何況平常飛行員都是戴耳機的.

Cabin interphone
提供駕駛艙內的飛行員與客艙內空服員連絡之用.在每個空服員休息或工作的地方 ( 通常是門邊及廚房), 都會有話筒, 可以讓空服員與飛行員容易取得溝通.

Service interphone
提供駕駛艙與機身內外各部通訊之用. 此通訊網路主要是為維修人員所設計. 在飛機裡裡外外一些常要做維修的地方, 都會有耳機插孔, 讓在此工作的維修人員可以很方便的用耳機與駕駛艙連絡.

對外通訊系統
747-400 對外通訊系統, 計有 HF 2 套, VHF 有 3 套. 另外還要介紹與這兩種通訊系統都有關的選擇性呼叫 (SELCAL).

HF (High Frequency)
所謂 HF 指的是頻率介於 2 Mhz - 29.999 Mhz 間的電波. 這種電波可以被大氣層上空的電離層反射, 因此利用電離層與地球表面間的反射, HF 可以傳到相當遠的地方, 適合作為長距離通訊之用.747-400 上備有兩套 (分成左右) HF 供飛行員使用.

要使用 HF 通訊時 (以左系為例), 只要先用 RCP 調好 L HF 使用頻率, 按下 ACP 上的 "HF L", 選定左系 HF 作為發話系統, 飛行員只要按下 Push-to-talk (PTT) 開關, 就可以用左系 HF 發話了.

HF 的天線位於垂直尾翼的前緣, 在 747-300 (含)之前的 747 系列飛機, HF 天線都是在機翼兩端, 因 747-400 裝有翼端帆 (Winglet), 已無法在將 HF 天線裝在翼尖, 故移到此位置.由於兩套 HF 共用一個天線, 所以兩套系統不能同時發話.

VHF (Very High Frequency)
VHF 使用頻率範圍介於 118 Mhz - 136.975 MHz 之間. 由於波長較短, 會穿過電離層, 因此無法像 HF 般, 可以利用反射傳播很遠的距離, 只能用於短距離通訊之用.

機上共有三套 VHF 系統 (分成左中右三系), 除了供機上組員通訊使用之外, 中系的 VHF 還提供給 ACARS 作為資料傳輸之用 (就好比電話跟傳真機間的對應關係).

飛行員要使用 VHF, 也跟上述使用 HF 的方式相同, 用 RCP 選好頻率, ACP 選好發話系統, 就可以用 PTT 開關發話了.

每套 VHF 都有各自獨立的天線, 其位置分佈與形狀如左圖所示,其長度大約 60 公分左右

選擇性呼叫 (Selective calling, SELCAL)
無線電的天空裡, 經常是繁忙而嘈雜的, 所以當地面管制台在呼叫某架飛機時, 很可能該機飛行員正在用別的系統發話, 沒有注意到, 或被駕駛艙裡其它聲音所蓋掉了. 這時地面台就可以利用底下介紹的 SELCAL 系統, 提醒飛行員注意.

首先每架飛機都會有一組 SELCAL 的編碼, 這是飛機出廠前就設定好的, 不會變動, 而且每架飛機也不同. 這是一組包含四個英文字母的編碼, 通常都會與飛機的註冊號碼一起, 標示在駕駛艙顯眼處.

當地面台發話, 特別需要某架飛機飛行員注意時, 就可以利用這套 SELCAL 系統, 把該機的 SELCAL 編碼, 加在通訊頻道中送出 (以音頻的方式, 與電話撥號類似). 該編碼會發送到所有使用此頻道的飛機上. 所有飛機上的 SELCAL 系統就開始解碼, 然後看 "花落誰家". 若解出的碼, 並不是自己飛機上的編碼, 則什麼事也沒發生. 若解出的碼, 正是自己飛機上的碼, 那麼 SELCAL 系統就會用一些方法通知駕駛員.

以 747-400 來講, ACP 上選擇發話系統的該按鍵上, 會亮起 "CALL" 的燈, 表示有人以該系統正呼叫本機. 同時駕駛艙內會響起 "咚" 的一聲, 提醒飛行員注意.

飛機上五套對外通訊系統 ( VHF x 3, HF x 2), 都有 SELCAL 的功能.

player1104 · 发表于 2014-11-26 20:35:03

備用飛行儀表
(Standby Instruments)

題外話
雖然 747-400 上的 IDS 已經提供了完整的飛行儀表顯示, 但為了安全起見, 對某些重要的飛行儀表, 設計師還是裝置了傳統的儀表做為備份之用. 既然是備份之用, 它們的運作就獨立於主系統之外 (包括電源及接收信號來源), 不過功能上相對就比較單純,

飛機上那些飛行儀表有備份呢 ? 還記得 T 法則嗎 ! T 法則中的四個儀表, 就是飛機上最重要的飛行儀表, 它們分別是 : 空速表, 姿態儀, 高度表及磁羅盤.

系統運作

備用空速表
正常情況下, 機上的空速是由 Pitot-static tube 量得總壓與靜壓, 送到 ADC 後, 經過修正後, 再把計算的空速交給 IDS 顯示於 PFD 上.而備用空速表則採用 Pitot-static tube 的總壓, 配合 Alternate static port 所量得的靜壓, 不經修正, 直接以指針方式顯示在備用空速表上.

備用姿態儀
正常情況下, 飛機的姿態是由 IRS 提供資料, 顯示在 PFD 上. 而備用姿態儀則採用傳統電動馬達帶動的陀螺儀. 除了可以顯示飛機俯仰 (pitch)及滾轉 (roll) 角度外, 還附帶有顯示 ILS 的功能.

ILS 的資料是由左系的 ILS 所提供, 選擇 ILS 模式後, 滑降角度 (Glide slope) 及左右航向的偏差, 就會顯示在備用姿態儀上.這套系統也適用在背向進場 (Back course)時. (此部分內容請參考 ILS 的介紹)

備用高度計
正常情況下的高度資料, 是由 Pitot-static tube 所量得的靜壓, 交由 ADC 計算後顯示於 PFD 上. 而備用高度計則從 Alternate static port 量得靜壓, 再轉換成高度顯示出來. 當然它也有獨立的高度表撥定值設定旋鈕, 來作好歸零的動作.

磁羅盤
正常情況下, 飛機的磁方位, 是由 IRS 提供真北指向, 再加上真北與磁北的地理偏差修正後, 顯示在 PFD 與 ND 上. 而磁羅盤則是直接利用磁鐵的指北特性製成, 除了較精密 (較貴)外, 其原理及使用, 與我們一般日常使用的指北針相同.

player1104 · 发表于 2014-11-26 20:33:05

衛星定位系統
(Global Positioning System, GPS)

題外話
近年來 GPS 被大量應用在生活中, 從汽車導航到戶外運動, 都可見到 GPS 的蹤影. 不過 747-400 的發展早在 GPS 開發應用之先, 而且機上的導航定位系統也相當完善, 因此 GPS 在 747-400 上並不是必要配備, 不過我們還是來看看 GPS 在 747-400 上的使用狀況.

衛星定位原理

美國為了發展這一套衛星定位系統, 在地球上空發射了 24 顆衛星 ( 其中有三顆是備用的 ). 這 24 顆衛星, 在離地約 20000 公里的軌道上, 每 12 小時繞行地球一周.

這些衛星會同步發射定位用的電波, 而使用者接收電波後, 可以依據時間差, 算出接收器與該衛星間的距離, 加上接收器本身存有這些衛星的運行資料 (什麼時候, 衛星會到什麼位置). 基本上三度空間裡, 三顆衛星就足以定出接收者的位置了. 但是因為接收器與衛星間的時鐘並不同步, 因此實際上需要四顆衛星的資料, 才能正常運作.

這套衛星系統其實有兩個發射頻率 : 1227.6 MHz , 精確度較高, 但僅限美國軍方使用. 而精確度較低的 1575.42 MHz, 則開放作為商業用途, 當然 747-400 上用的屬於後者.

系統運作
747-400 上有兩套 GPS, 一但飛機上電後就開始運作, 它會逐一掃描 24 顆衛星的訊號, 找出附近的衛星來定位. 這樣的過程可能長達 10 分鐘左右. 但如果有 IRS 提供飛機位置時, GPS 可以從存在記憶體中的衛星運行資料, 找到最近的四顆衛星, 定位工作很快就可以完成.若 GPS 只能接收到三個衛星資料時, 它還可以借用 IRS 的高度資料, 把飛機高度當成已知, 利用三顆衛星去算經緯度資料.

GPS 最大的優勢是在越洋飛行時, 因為這時附近都沒有導航電台, FMC 無法進行定位的動作, 而 IRS 的誤差又一直累積, 此時只有 GPS 的資料最準確.

與 IRS 一樣, GPS 的資料也是僅供參考, 飛行員可以選擇將 GPS 所算出的飛機位置, 顯示在 ND 上.

player1104 · 发表于 2014-11-26 20:31:02

本帖最后由 player1104 于 2014-11-27 04:11 编辑

大氣電腦
(Air Data Computer, ADC)

題外話
飛機在空中飛行, 靠的是風的力量, 也就是大氣的流動, 而引擎推力來源, 也是靠著把吸進來的空氣加熱膨脹再排出所獲得. 所以瞭解外界大氣的狀況, 對飛行而言, 就變成一個非常重要的事.

說穿了, 其實我們能從大氣中獲得的資料, 不過只有壓力和溫度而已, 但從這兩種參數, 就可以變化出許多對飛行非常重要的參數, 而量測並提供這些參數的, 就是底下要介紹的大氣電腦.

量測儀器
747-400 上量測大氣資料, 提供給大氣電腦的儀器共有底下幾種 :

	Pitot-static tube : 管的前端有一開口, 用來量測總壓 (Total Pressure), 管體管壁上另開了小孔, 用來量測靜壓 (Static Pressure). 總壓, 靜壓差可用來量測速度, 而單獨靜壓部份, 可用來量測高度, 其變化率可量出垂直爬升率.機頭左右各有兩支 Pitot-static tube, 是 ADC 量測空速及高度主要的儀器. (小蟹一直在想, 這四支又長右尖的管子, 會不會剛好那天不小心插在那隻倒霉的小鳥身上, 加上飛行中管子會加熱, 是不是接機時就有烤小鳥好吃了 !)
	Flush static port : 就在機身上鑽幾個小洞, 用來量測靜壓.這幾個 Flush static port 並不是提供資料給ADC, 而是另有它用 : 前方左右一對的 port, 稱為 Alternate static pressure port, 其所量得的靜壓, 會配合 Pitot-static tube 所量的總壓, 提供給備用空速表用. 後面一對 port, 稱為 Dedicated static pressure port, 則是配合 Pitot-static tube 所量得的總壓, 給升降舵的力回饋系統使用. (隨著飛行速度的增加, 飛行員拉動操縱桿所需的力量也要越大)
	Angle of attack sensor : 利用很簡單的風向計原理, 就可以得到飛機的飛行攻角.
	Total air temperature sensor : 量測大氣溫度, 供 ADC 校正速度之用, 也是 FMC 用來計算引擎最大推力的參考.

系統運作 :
ADC 利用上述的量測儀器, 可以得到 : 空速, 高度, 攻角, 溫度四種資料, 分送給各個須要這些資料的系統.

空速 :
空速的種類很多, 相信許多人一直有許多疑惑, 現在我們從空速計的演進來討論各種空速的種類. 不過首先必需了解空速計原理及一些簡單的物理公式.

由白努利定律得 P 1 + 1/2*d*V12 = P2 + 1/2*d*V22 d 為密度

而在 "1" 處, 氣流靜止, 因此 V 1= 0, P 1 為總壓, 稱為 Pt
在 "2" 處, V2 為氣流速度, 簡稱為 V, P2 為靜壓, 稱為 Ps
於是公式便為 Pt = Ps + 1/2*d*V2
Pt, Ps 便是 Pitot tube 所量到的總壓及靜壓, d 是空氣密度為一常數, 於是便可以求得空速了.

最早將應用於飛機上的空速計, 便是將 Pt, Ps 導入一薄膜盒中, 利用薄膜的鼓脹來帶動指針, 經過校對之後, 便可以用來顯示空速了. 聰明的讀者一定想到 (如果你沒想到, 表示小蟹講解得太爛) : 如果這空速計在地面校正好, 若飛到高空中空氣密度變小了, 豈不是就不準了 ?

你想的一點都沒錯, 所以用這種方法量出來的空速, 我們稱為指示空速 (Indicated Air Speed, IAS), 表示說這種空速只是從表上讀出來的數據, 並不是真的空速.

到後來科技工藝發達, 工程師運用大氣壓力隨高度變化的特性, 將空速計與高度計結合, 利用巧妙的機械連桿結構, 去修正因高度 (也就是大氣壓力, 也是大氣密度)所引起的誤差, 就可以得到真正的空速了. 當然現在有了電腦之後, 修正的工作就更容易了. 我們稱這種方法得到的空速叫 "真空速" (True Air Speed, TAS).

不過在 747-400 駕駛艙裡, 飛行員看到的, 既不是 TAS, 也不是 IAS ,而是稱之為 CAS (Computed Air Speed, 可不是優良冷凍肉品標誌喔 !)的計算空速. CAS 基本上是由 IAS, 經過空氣壓縮性的誤差修正 (接近空速時, Pitot tube 周圍會產生震波, 影響空速的正確性), 再經過大氣溫度的修正之後所得, 因此可以說 CAS 就是 IAS.

為什麼人類繞了一大圈又回來用古早的 IAS , 反而不用 TAS 呢 ? 回到白努利定律看看吧 ! 壓力的變化, 本來就是速度與密度的函數, 而這壓力的變化, 就是作用在飛機上的空氣動力, 所以把空速與密度結合的 IAS, 反而比單純的空速 TAS, 更適切的反應飛機的氣動力現象. 因此實際上幾乎所有的飛機空速顯示, 都採用 IAS, 而不用 TAS.

難道 TAS 就沒一點用處嘛 ? 倒也未必, 因為 TAS 可以用來計算馬赫速 (Mach Number), 也就是空速與音速的比值. 當飛行接近音速時, 也就是馬赫數接近 1 時, IAS, TAS 這時都不重要了, 因為這時可能有震波的產生, IAS, TAS 都不能代表流場, 唯一有意義的就是馬赫數. 在 PFD 的空速顯示方面, 就包含 CAS 與馬赫數, 但馬赫數只有在 >0.4 之後才出現.

另一個常聽到的 "速", 就是對地速度 (Ground Speed). 不過要記著, DAC 所有的資料都是從大氣而來, 所以所有量出來的速度, 都是相對於大氣的空速, 而不是相對於地面的速度. 對地速度通常都是由 IRS 所提供的, 而空速與對地速度之間的差異, 就是風速.

高度 :
大氣壓力隨高度遞減的特性, 很早就被利用做為量測高度的方法, 這種利用大氣壓力所量到的高度, 就稱為壓力高度. 當然還有其它方法量測高度 (例如 747-400 上還有測高度的雷達, 不過只限於 2500 英呎以下使用), 不過壓力高度是最通用的方法.

不過大家都知道, 大氣壓力每天, 甚至時時刻刻都在變化. 因此在使用高度計時, 就必需特別注意歸零的動作.

飛行員在機場附近 (不管是起飛或降落), 可以從 ATIS (Automatic Termenal Information System) 所發布的機場相關資訊, 或是直接從塔台得到當地海平面的大氣壓力 ( 注意是 "海平面", 不是機場所在地高度, 所有的壓力高度都是從海平面算起). 這個壓力值稱為高度表撥定值, 每個高度表上, 都會有一個旋鈕, 讓飛行員輸入此撥定值, 這樣高度表顯示的數值, 才是正確的高度. 像小蟹每次作飛行前的檢查時, 就會聽聽 ATIS 的廣播, 設定一下高度表撥定值, 然後就會看到高度計上指示在 100 - 120 英呎之間 (最小單位是 20 英呎), 這就是中正機場的海拔高度.

飛機起飛後, 離地越來越高, 也越來越遠, 高度表撥定值也就漸漸失去它的意義, 因此在飛行至某一高度以上, 飛行員就會將高度表撥定值設定為標準大氣壓力 ( 1013 毫粑, 或 29.92 英吋水銀柱高 ), 這樣分別從兩地起飛, 到達同一空域的兩架飛機, 才不會有因為高度表誤差, 而引起空中相撞的事件.

EFIS control panel :
Barometric control 上共有三個同軸的鈕, 最外層是選定使用的單位 ( IN-水銀柱高, HPA- 毫粑), 中層旋鈕可調整撥定值, 內層的鈕 (標示 STD)按下後, 則撥定值設為標準大氣壓力.

Angle of Attack :
飛行攻角對飛行來講是很重要的參數, 但對客機的操作來說, 除非接近失速 (Stall), 否則並不需特別注意攻角指示, 因此 747-400 的駕駛艙裡, 也沒有攻角顯示.

不過機上確有失速警告系統, 當攻角接近失速範圍時, 就會看到兩枝操縱桿 "起乩", 開始抖啊抖的, 提醒飛行員注意. 若攻角還繼續增加, 警告系統會自動採取壓低機頭的動作, 就會看到兩支桿子 "不支倒地", 往前倒去.

Total air temperature :
TAT 主要用作一些機上系統內部計算之用, 對飛機操作上並沒有直接影響.

駕駛艙內 PFD 的顯示 :

player1104 · 发表于 2014-11-26 20:27:34

慣性參考系統
(Inertial Reference System, IRS)

題外話
慣性導航一直是航空界非常重要的導航方法, 在過去這樣的系統被稱做 "慣性導航系統" (Inertial Navigation System, INS), 因為它的確負起引導飛機航向目標的重責大任, 不管是駕駛艙內的顯示, 或是下給自動駕駛的指令, 都是由 INS 所提供.

但慣性系統最大的一個缺點, 就是它的誤差會隨著飛行時間而累積, 即使是像 747-400 上的新系統, 飛行十幾個鐘頭後, 誤差也可能達到 20-30浬. 這樣的誤差是無法接受的, 所以過去的 INS , 也會利用我們在介紹 FMC 時所提到的電台定位方法, 去修正位置的誤差.

不過在 747-400 上, 導航的任務交給了 FMC, 由 FMC 縱整 IRS, GPS, 及導航台定位的資料, 提供駕駛艙的顯示, 及下命令給 Autopilot 來操縱飛機飛往目的地. 慣性系統就此退居幕後, 其所提供的資料僅供 FMC使用, 因此改稱為 "慣性參考系統".

不過可別因此貶低了 IRS 在 747-400 上的地位, 因為除了提供位置的資料外, 飛機的姿態, 機頭指向 (Heading), 航向 (Track), 對地速度等等重要的飛行參數, 也都是靠 IRS 來提供. 還有一點非常重要, IRS 是唯一不必使用外界資訊的導航方法. 利用電台或衛星導航, 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 IRS 可以在這種情況下, 不間斷的提供導航資料.

系統運作
飛機在三度空間中運動, 共有六個自由度 (三個直線, 三個旋轉). 直線上運動可由 IRS上的直線加速度計量得, 經過積分, 就可得到速度, 在經一次積分, 就能得到位置的資料了. 至於旋轉軸上的運動, 則是利用雷射陀螺儀量得. 雷射陀螺儀所量得的是角速度資料, 經積分可得旋轉角度, 而經微分可得角加速度資料.

當然在駕駛艙內顯示的資料, 不需要如此詳盡, 而且還要經過一些 "加工", 才對飛行員有用, 底下是 IRS 所提供的資料種類 :

Position : 飛機位置, 一方面提供給 FMC 參考, 一方面也可以顯示在 ND 上給飛行員參考.
Attitude : 飛機姿態, 由 PFD 上的姿態儀顯示, 可讓飛行員得到 pitch 及 roll 旋轉軸上的角度.
Heading : 以正北或磁北為原點的機頭方向, PFD 及 ND上都有顯示.
Ground speed : 對地速度, 相對於地面的飛機速度.
Track : 飛機的飛行方向.
Drift angle : Heading 與 Track 間的夾角,
Wind speed : 將 Ground speed 與大氣電腦量得的空速比較, 兩者的向量差就是風速.
Vertical speed : 飛機的垂直爬升速度, 這部份會參考大氣電腦的資料, 再顯示於 PFD 中.
Acceleration : 加速度, 主要看看飛機有沒有重落地或做出超 G 的動作.

IRS 在使用前有一個非常重要的動作, 稱為 Align. 在 Align 的過程中, 飛機必需靜止於地面上, 輸入飛機所在位置的經緯度, 讓 IRS作一個類似歸零的動作, 之後 IRS 才能正常運作, Align 過程所需的時間, 依所在的緯度而不同, 緯度越高, 所需時間越久, 以台灣的位置來說, 一般要 6,7 分鐘.

在 Align 過程中, IRS 會量出地球的自轉方向, 及地心引力的方向, 如此才能定出座標軸的方向. 此外 Heading 及所在緯度也可一併量出. 此時配合所輸入的經緯度座標及從大氣電腦所得的高度, 就可定出原點, IRS 就可以開始工作了. (IRS 所自行量出的緯度資料, 可用來驗證輸入的位置資料是否正確) .

駕駛艙內的控制

CDU
輸入飛機位置時, 是透過 CDU 進入 FMC 的功能選項中進行的. 可以直接輸入經緯度座標, 也可以輸入機場及登機門號碼, 從 FMC 的資料庫中取得座標.

Mode Selector Unit
747-400 上共有三套 IRS, 所以 MSU 上共有三個控制 IRS 運作模式的開關.

OFF :	關機
ALIGN :	重覆執行 Align 的動作
NAV :	Align 完後自動進入 IRS 的功能, 這是一般的工作模式
ATT :	只使用 IRS 所提供的飛機姿態的資料 (不提供定位功能)

player1104 · 发表于 2014-11-26 20:22:52

飛行管理電腦
(Flight Management Computer, FMC)

題外話
大家常聽說現代飛機多進步, 飛行員只要按個鈕, 把飛機交給自動駕駛, 就可以翹腳聊天看報紙, 飛機就會自己飛到目的地. 事情當然沒有這麼簡單, 不過 747-400 就有這個能耐, 這就是底下要介紹的飛行管理電腦 (FMC).

不過在這裡首先要正名的是, 一般人所提到上述所謂的 "自動駕駛", 其實在 747-400 上分成兩套系統, 一是 Autopilot, 另一個就是 FMC. 而之所以有這樣的分別, 是因為 Autopilot 的發展較早, 功能較為單純, 飛行員只能輸入諸如 "爬升到 18000 呎", "維持 260 節的速度飛行", "轉向 050 方向飛行" 等之類的命令, Autopilot 再據此操縱飛行控制面, 照著飛行員的命令飛. Autopilot 可以有效降低飛行員負荷, 在許多中小型客機上也應用得很廣汎, 但它還沒有辦法把飛機從起飛機場帶到降落機場.

而 FMC 的應用, 就建構在 Autopilot 的功能上. FMC 內儲存了飛行路線的資料, 再利用飛機所在的位置資料. 命令 Autopilot 把飛機飛在預定的飛行路徑上.因此只要飛行資料完整, FMC 可以把飛機從起飛機場一路引導飛機到落地為止 (當然起落架, 襟翼之類的還是要飛行員自己來).

FMC 的功能還不只這些, 底下就是它的功能介紹.

功能介紹
FMC 的功能可大概分成四類 : Navigation, Guidance, Performance, Thrust management.

Navigation :
Navigation 一般翻譯成 "導航", 而後面要介紹的 FMC 另一項功能 : Guidance, 也被翻譯成 "導航". 其實兩者是不太一樣的, Navigation 主要談的是有關飛機本身的定位問題, 畢竟先得知道自己在那裡, 才能決定如何往目標飛, 而 Guidance 談的, 才是如何把飛機由現在位置飛到目的地.

看到這裡也許有人要問 : "定位" 不是慣性導航或衛星導航系統的工作嗎 ?如果你這麼想就大錯特錯了. 不曉得你有沒有注意到, 747-400 上用的是慣性 "參考" 系統, 而非 "導航"系統. 顧名思義, 這套系統所提功的飛機位置資料, 只是用來參考而已了.

那麼 FMC 又是如何來作定位的動作呢 ? 原來在 FMC 裡有一個功能強大的資料庫, 裡頭儲存了世界上所有導航電台的資料, 包括它的種類, 代號, 使用頻率, 地理位置等等, 在飛行中 FMC 會不斷找出資料庫中目前飛機位置附近的導航電台, 並自動調整機上各相關導航系統的頻率, 利用從該導航台所獲得的資料, 來更新飛機所在的位置.

FMC 使用導航台定位的方法有三種 :

1. DME/DME

DME 導航台可以提供飛機與電台間的距離, 因此兩個 DME 電台所提供的距離資料, 可以畫出以各個電台為中心的兩個圓, 兩員的交點就是飛機所在的位置. 通常這兩圓會有兩個交點, FMC 可以根據第三個 DME 電台的距離資料, 或慣性參考系統的資料, 來判斷出正確位置.
註 : DME 所提供的距離, 是三度空間的距離, 所以 FMC 必須參考飛機本身高度, 來算出地面上的投影距離 (R1, R2)

2. VOR/DME

利用一個 DME 電台的距離資料可以畫出一個圓, 再從另一個 VOR 電台, 可以得到飛機與電台間的夾角. 這個角度與圓的交點, 就是飛機位置所在, 至於兩個交點的情況, 同樣可由第三個電台或慣性參考系統來決定正確位置.

3. VOR/VOR

由兩個 VOR 電台所得到的夾角資料, 兩個角度所畫出的交點, 就是飛機所在位置.

順帶一提的是, FMC 的導航資料庫, 每 28 天就會更新一次, 以保持資料的正確性, 可是為什麼是 28 天哩 ? 難道這套系統的設計師是女的嗎 ? 想不通 !

Guidance :
有了飛機的位置, 接下來就是如何導引飛機飛往目的地了. 在 Guidance 方面, 其實 FMC 還細分為平面導航 (Lateral Navigation, L-NAV)及垂直導航 (Vertical Navigation, V-NAV). L-NAV 負責從起飛機場, 經各航路的導航點, 到降落機場的平面航路導引, 而 V-NAV 則負責飛機從起飛, 爬升, 巡航, 下降, 進場到落地間, 各階段的飛行高度導引.

前述的導航資料庫除了有導航電台資料外, 還有所有航路上的導航點 (Waypoint) 資料, 各機場的位置, 使用的儀器降落系統 (ILS) 頻率, 甚至離到場的程序都有. 飛行員在起飛前要輸入起飛機場, 通過的導航點, 及落地機場, FMC 的 L-NAV 功能就可以一路引導飛機沿著預定的航路飛.

這其間當然要配合 V-NAV 的功能, 同樣的, 飛行員也必須輸入, 起飛機場的離場程序, 爬升模式 (定速, 經濟....), 巡航模式, 下降模式, 落地機場的到場程序等. 起飛之後, 切換至 Autopilot , 並將 Autopilot 設定為 FMC 引導的模式, 從此飛行員就過著幸福快樂的日子, 一路飛往目的地.

其實從飛機對準跑道頭後, FMC 就可以接手自動駕駛的工作, 只是目前礙於民航法規的規定, 必須等飛機離地 400 英呎以後, 才能使用 Autopilot. 這是因為起飛是飛機最危險的時刻 (比降落的風險還大), 雖說統計資料看來, 降落時期的失事率最高, 但實際上起飛時, 飛機的速度, 高度, 推力, 都在最敏感的狀態邊緣, 任一閃失都會造成飛機失事. 不像降落時, 還有引擎有餘力修正高度或速度上的閃失, 至少你聽過降落失敗重飛, 但可沒聽過起飛失敗還可以重來的吧 !

Performance :
如果你有機會坐上大型客機, 你會發現許多航空公司在飛機上裝置了一套航機狀況顯示系統, 你可以在螢幕上看到飛機現在飛到那裡了, 高度多少, 速度多快等資料, 其中還會有預定到達時間. 在駕駛艙裡, 會有更詳細的資料, 讓飛行員掌握飛機的動態.

預估到達時間只是 FMC 的 Performance 功能的一小部份. 飛行員在起飛前會輸入飛機重量, 重心位置, 起飛降落時的襟翼角度設定等等, 再利用自身的性能資料庫資料, 配合外界大氣資料, 便可以幫飛行員算出 V1 (Decision speed, 決定速度), VR (Rotation speed, 拉桿速度), 降落速度, 安全的操作速度範圍 (最大及最小速度) 等, 不需飛行員再去費心計算.

若再加上之前為 Guidance 所輸入的導航點資料, 巡航模式, 爬升模式等等資料, FMC 就可以規畫出飛行的航路, 什麼時後開始巡航, 在那裡開始下降, 通過某個導航點的時間, 高度, 剩油多少等等, 讓飛行員可以事先掌握這次飛行的概況. 當然途中遇到突發狀況, 例如前方有一片雲雨區, 飛行員可以選擇使用向左或向右的平移航路避開, 所有預估資料會重新更新, 因為這是一套即時的系統.

Thrust management :
有關推力控制的部份, 也是 FMC 所負責的範圍, 其中又分為推力極限計算, 推力需求計算及推力平衡三個部份.

1. 推力極限計算 :

引擎的推力是會隨著外界大氣狀況改變的, 而起飛時的瞬間最大出力, 與飛行間連續運轉的推力極限也是不同的. FMC 可以隨著大氣變化 (包括高度改變), 及各飛行階段 (起飛, 爬升, 巡航....)的推力需求, 算出當時的推力極限, 一方面顯示在駕駛艙給飛行員知曉, 另一方面通知各引擎的控制器 (Engine Control Unit, ECU), 限制引擎推力不可超過此極限. 此舉一方面可以保護引擎, 延常使用壽命, 另一方面可以發揮引擎最大性能.

2. 推力需求計算 :

在飛行中每個階段有每個階段的推力需求, 就算同一個飛行階段, 也會因為所選用的飛行模式 (經濟, 定速, ...)而有不同, FMC 在 Guidance 中已有了完備的導引航機功能, 如果這時候還要飛行員時時去手動調整油門, 豈不是太煞風景 ? 因此 FMC 一併提供自動調整推力的功能, 來滿足每個飛行階段的推力需求.
在油門推桿的下方, 裝置了由 FMC 控制的伺服馬達, 可以照飛行需要, 移動油門推桿, 就好像有隻看不見的手在操縱油門一樣.

3. 推力平衡 :

在一般情況下, 我們希望機上四個引擎的推力是相同的, 這樣飛機才不會有偏一邊的情形. 但實際上每個引擎因使用年限不同, 或負載不同 (引擎還要提供機上動力, 而每個引擎所負責的部份並不相同), 在推力輸出上可能會有小小的不同. 這時 FMC 就會去微調每個引擎的推力, 使之所有引擎推力相同. 當然若飛行員刻意去調整個別引擎的推力, FMC 也不會笨到與飛行員作對.

駕駛艙內的顯示與控制 :
747-400 上共有兩套 FMC 分成左右兩系, 駕駛艙內有一旋鈕控制, 位置如下 :

其餘 FMC 的功能都是透過 CDU 來控制, 至於其計算結果之顯示, 則按資料不同, 顯示在相關位置. 例如 V1, VR 就顯示在 PFD 的空速顯示區, Guidance 的資料就顯示在 ND 上, 有關引擎推力的顯示, 當然就出現在 EICAS 上了.

player1104 · 发表于 2014-11-26 20:20:41

輸出入裝置

隨著機上系統的數位化, 飛行員與飛機間的溝通日益複雜. 過去儀表上的按鍵或旋鈕式的輸入方式已經不敷使用, 因此駕駛艙內開始出現一些數位化的輸出入裝置.

你可以把機上系統當作一台電腦, 而他的鍵盤及螢幕, 就是底下要介紹的 CDU (Control Display Unit), 而另一個輸出裝備就是印表機.

Control Display Unit (CDU) :
在 747-400 上 CDU 主要提供中央維修電腦 (CMC)及飛行管理電腦 (FMC) 作為輸出入裝置使用, 因為這兩套電腦需要操作人員輸入許多參數. 另外也提供航空通信暨報告系統 (ACARS) 及航機狀況監視系統 (ACMS)作為人機溝通介面.

CDU 上各個系統的功能, 會在相關的章節介紹, 底下我們就來了解一下 CDU 的各部功能.

1. Line select key : (LSK)	由於駕駛艙內沒有滑鼠, CDU 也不是觸控式螢幕, 因此 CDU 的作法是把各電腦所提供選項列在螢幕中, 再透過 LSK 選取. 因此每個 CDU 螢幕一次最多只能顯示 12 個選項.
2. 顯示幕 :	總共可顯示 14 行文字. 其中第一行是每頁的標題, 最後一行用來顯示系統訊息, 或作為輸入資料時的暫存區, 其它每行 LSK有一行提示文字, 一行顯示資料, 共 12 行. 最後一行也當作輸入暫存區, 例如要輸入 VOR 電台頻率時, 輸入的數字會先出現在此區, 再按下 VOR 頻率輸入鍵 (LSK), 系統就會 "吃" 進輸入的數據.
3. FMC function key :	提供飛行管理電腦中某些功能的熱鍵.
4. Brightness control :	控制螢幕亮度.
5. MENU key :	回總目錄, 由此可進入 FMC, CMC, ACARS, ACMS.
6. Page key :	到上一頁或下一頁.
7. 訊息燈號 :	顯示 CDU 的一些不正常或提醒飛行員的燈號.
8. 數字鍵
9. 字母鍵

印表機 :
飛機上的印表機可讓 CMC, ACRAS, ACMS 將所輸出資料印在紙上. :

CMC : 可將所記錄的系統損壞狀況, 或是系統當時的運作參數印出
ACARS : 由 ACARS 所接收到地面所發出的連絡訊息, 可由印表機印出
ACMS : ACMS 所記錄的不正常報告, 可由印表機輸出.

player1104 · 发表于 2014-11-26 20:17:21

中央維修電腦
( Central Maintenance Computer, CMC )

題外話
在早期發展的飛機上, 機上系統的控制與顯示, 都是藉由駕駛艙的控制面板, 由飛行員直接控制. 但隨著飛機越來越複雜, 及電子科技的進步, 設計師開始將系統的控制交給電腦, 只在駕駛艙內提供飛行所需的資料.

在飛機的電子艙裡充滿了這類大大小小的系統控制電腦, 每套系統都有一至數個電腦在控制. 以空調系統為例, 飛行員只要打開開關, 設定好溫度, 其於一切都交由電腦代勞. 該開的閥門就開, 該熱就熱, 該冷就冷, 若運轉過熱超溫, 還會自動切斷保護零組件, 幾乎不必飛行員費心.

若系統故障怎麼修呢 ? 以波音的飛機為例, 在 747-400 之前發展的 767, 會在顯示幕上出現相關的訊息, 告訴維修人員, 有個控制電腦發現它所控制的系統出了問題. 至於是什麼問題呢, 就要修護人員跑到電子艙內, 作一下電腦的系統自我測試功能 (Built-In Test, BIT), 然後在小小的液晶面板上會出現一些不知所云代碼, 再靠著代碼去查出那個零件壞了.

發展到 747-400 , 加入了中央維修電腦後, CMC 可以透過 EIU 取得幾乎所有系統控制電腦的資料, 所有的零件故障, 直接顯示在駕駛艙, 不必再跟維修人員兜圈子了. 也可以透過 CMC 直接在駕駛艙作系統的自我測試, 不必再大老遠跑到又熱又狹小電子艙, 蹲在那裡等結果了.

當然 CMC 也不是萬能, 也不見得永遠都是對的 (否則小蟹怎麼混飯吃 ?), 但它提供了更多相關訊息, 讓我們在作 Trouble shooting 時有更多的參考依據.

系統簡圖 :

CMC 會透過 EIU 收集系統相關的資訊, 而維修人員可以透過 CDU 進入 CMC 的功能選項來使用 CMC, 而其結果會顯示在 CDU 或 IDS 中的 Auxiliary EICAS 螢幕上. 也可以用印表機印下來, 或利用 ACARS 將資料傳送到其它地方.

CMC 功能介紹 :
經由 CDU 進入 CMC 的選項後, 便有七大功能列出, 底下將一一介紹 :

1. Present leg faults :
列出這一趟飛行下來, 曾經出現過的 fault.(請與底下的 Existing faults 比較)

2. Confidence tests :
飛行前要做的系統測試 (Ground tests), 測試項目由各航空公司自訂 (請參考 Ground tests)

3. EICAS maint page :
列出各系統零件的運作狀況, 例如閥門位置, 溫度, 流量等等資料, 對維修人員了解目前系統運作狀況非常有幫助, 當飛行中系統不正常時, CMC 還會把當時的資料記下, 讓維修人員在飛機落地後叫出來, 以方便找出問題所在.

4. Ground tests :
列出所有的系統控制電腦, 可一一作測試.

5. Existing faults :
機上目前仍存在的 fault.

6. Fault history :
分門別類列出所有曾經發生過的 fault, 對追蹤某特定 fault 出現的歷史很有用, CMC 最多可以記錄 500 個 fault.

7. Other functions :
其它的功能在此就不多介紹了.

故障訊息資料 :
當一個系統故障訊息出現後, 究竟維修人員可以得到那些相關資料呢 ? 底下以 Present leg faults 顯示在 CDU 螢幕上的資料為例子說明 :

PRESENT LEG MSG 1/2
標題, 並且顯示有兩頁, 這螢幕是第一頁.

HYD-1 SYSTEM PRESSURE SWITCH FAIL (HYDIM-1)
系統故障訊息 (此例中顯示 : 一號液壓系中的壓力開關壞了).

MSG : 29002
訊息代碼, 可以跟據此碼從故障分析手冊 (Fault Isolation Manual, FIM) 找出此訊息出現的原因及可能的解決方法.

ATA : 29-34
維修手冊中相關的參考章節.

30APR91 1036
故障出現的日期與時間

EQUIP : M7603
故障零件的代碼

CL/HRD
CL 代表此故障發生於飛機爬升階段 (climb), HRD 代表這是一個 HARD fault (一直存在的 fault, 若是 INT 則表示是個 INTermittent fault, 只出現一陣子的 fault)

CAUTION : 29 11 29 00
表示由於這個故障的零件, 使得 EICAS 出現了 CAUTION 等級的警告訊息, ( 並不是每個零件壞掉都會引起 EICAS 出現訊息, 比較嚴重的, 需要飛行員知道的, 才會出現警告訊息). 後面的八個數字為此訊息代碼, 同樣可經 FIM 找到相關解決之道.

HYD PRESS SYS 1
EICAS 出現的警告訊息

NOTES
註解, 內容由航空公司自行加入

READ SNAPSHOT
EICAS Maintenance page 中有記錄到此不正常狀況, 可以叫出該系統當時的數據資料.

REPORT
可以把這些資料用印表機印出, 或透過 ACARS 傳送到別處.

RETURN
回上一層目錄.

HELP
使用說明, 內容由各航空公司自行加入

駕駛艙內的控制 :
747-400 上共有兩套 CMC (分成左右), 正常情況下都是左邊的 CMC 在運作, 當左系故障時, 自動切換到右系接管, 駕駛艙內無法控制., 至於 CDU 的控制, 及印表機的介紹, 請參考輸出入裝置.

另外一個相關的開關稱為 Ground test enable test switch, 其位置與功能如下 :

這是一個有蓋子保護的開關, 目的就是怕不小心碰到它. 因為某些系統在作測試時, 會中斷原有的正常功能, 若此時飛機在天上, 就可能發生某些不可挽救的危機, 因此特別設了此開關作保護, 在進行某些系統測試時, 必須把開關由 NORM (normal) 扳到 ENABLE 的位置, 才有辦法進行測試動作.

player1104 · 发表于 2014-11-26 20:13:22

整合顯示系統
(Integrated Display System, IDS)

比起一些老飛機的駕駛艙, 747-400 的儀表算是相當簡潔了, 尤其是飛行儀表部分. 這主要歸功於艙內六個 8吋 X 8吋多功能顯示幕將許多儀表整合, 這就是即將介紹的 IDS. 首先先來看看這六個顯示幕的名稱, 位置及功能.

Captain's Primary Flight Display (PFD) :用來顯示飛機姿態, 速度, 高度, 垂直速度, 飛行方向, 以及使用儀器降落系統時的航道偏離指示.　

在航空界這幾個基本的飛行儀表 (姿態儀, 空速表, 高度計, 羅盤)有慣用的排列方示, 即所謂的 " T 法則", 其排列方式如下 :

雖然 747-400 不使用傳統儀表, 但這些排列規則還是有遵守.

Captain's Navigation Display (ND) :顯示飛機的現在位置, 導航資料, 及氣象雷達掃描結果. 依所顯示的資料不同, 可以有底下幾種模式 :　

	APP expanded : 顯示 ILS 所接收到的導航資料, 供飛行員進場時參考, 包括平面上的 LOC , 及垂直方向上 G/S 的偏移量. 顯示範圍限於飛機機頭方向.
	APP centered : 與 APP expanded 相似, 但顯示範圍為飛機周圍 360 度.
	VOR expanded & VOR centered : 顯示 VOR 的導航資料, 與 APP 顯示相似, 但沒有垂直方向的偏移量
	MAP expanded : 顯示航路資料及飛行路線等, 讓飛行員能迅速了解目前飛機所在位置. 顯示範圍限於飛機機頭前方.
	MAP centered : 與 MAP expanded 相似, 但顯示範圍包含飛機周圍 360 度.
	PLAN : 與 MAP expanded 相似, 但顯示範圍不隨飛機機頭方向改變, 固定以正北方為垂直方向.

　Main Engine Indicating and Crew Alerting System (EICAS) :顯示主要的發動機參數 (N1 - 低壓渦輪軸轉速, EGT - 排氣溫度), 及系統警告訊息.Auxiliary EICAS :顯示次要發動機參數 (N2 - 高壓渦輪軸轉速, 燃油流量, 滑油溫度, 壓力等), 以及系統狀態圖. (關於 EICAS 部份, 另闢單元說明)First Officer's Primary Flight Display (PFD) :與 Captain's PFD 類似.First Officer's Navigation Display (ND) :與 Captain's ND 相似

在近代發展的飛機上, 這類利用多功能顯示幕整合儀表的例子非常多. 一般會將 PFD 及 ND 的顯示系統合稱為 EFIS (Electronic Flight Instrument System, 電子飛行儀表系統). 而發動機參數顯示, 或是系統故障顯示, 則由另外的電腦模組來負責. 例如 MD-90 上, EFIS 是由 Symbol Generator 所控制, 系統的故障顯示則由 Master Warning and Caution Controller 負責.

哈 ! 看得暈頭轉向了嗎 ? 沒關係, 反正我們要談的是 747-400, 就把 MD-90 先忘了吧 ! 這裡要強調的是, 在 747-400 上, EFIS 與 EICAS 的功能, 都整合在一個電腦組件上, 稱之為 EIU (EFIS/EICAS Interface Unit), 所以原則上任一個顯示幕都可以顯示任一種模式 (PFD, ND, EICAS), 當然實際上會有一些限制, 這些待會再談.

這套 "乾坤大挪移" 的特異功能可不是每架飛機都有喔 ! 像 B767, MD-11 也都有六個顯示幕, 但 "移動" 起來就沒 747-400 這麼自如了. 如此一來因顯示故障引起的問題就少的多了.

這套 EIU 可以說是整架飛機的資料中心, 所有系統不管正常或不正常的訊號, 都匯集到這裡. 飛行管理電腦要靠這些資料引導飛機飛向目的, 中央維修電腦從這裡判斷是不是有那個零件壞了, 飛行員及維修人員也靠它才能維持飛機正常運作. 雖然一套 EIU 就可以完成這些工作, 不過飛機上共裝了三套.

駕駛艙內的控制 :

EFIS control panel :
這是控制 PFD, ND 顯示方式的地方, 位在 P10 上, 左右各有一個, 供正副駕駛分別控制各自的 PFD, ND 顯示方式.

1. DH/MDA selector	供飛行員選擇 DH (Decision Height) 或 MDA (Minimum Descent Altitude) 之用, 其所選定的數值會標示在 PFD 高度計上, 另外在飛機通過此高度時, 地面接近警告系統 (GPWS) 會叫出 "Minimum" 來提醒飛行員註 : DH 或 MDA 是飛行員在降落時, 用來決定是否重飛 (Go-around) 的依據, 若在此高度下仍無法目視跑道, 則飛機必須重飛, 而 DH/MDA 的訂定則依機場被設施, 天氣狀況, 飛機設備而定.
2. ND mode selector	用來選擇 ND 顯示的模式
3. ND range selector	選擇 ND 所顯示的距離範圍, 最遠可達 640 nm
4. Metric altitude selector	高度計的顯示一般以英尺為單位, 按下此鈕可增加以公尺為單位的顯示.
5. Barometric Control	設定高度表上的高度表撥定值.註 : 高度計是利用大氣壓力隨高度遞減的現象所製造, 所以會受每天的天氣變化而影響, 在起飛前飛行員必需依當時機場公佈的氣象資料, 設定高度表撥定值 (可以說是歸零的動作), 高度表才會顯示正確的高度值.
6. MAP switch	底部一橫排的按鈕是用來顯示一些導航資料用 : WXR : 顯示氣象雷達掃描結果. STA : 導航電台資料 WPT : 航路導航點資料. APRT : 機場資料. DATA : 每個導航點預計到達的時間與高度 POS : 顯示慣性參考系統 (IRS) 或衛星定位系統 (GPS) 所算出目前飛機的位置.
7. VOR/ADF switch	決定 VOR 或 ADF 的導航資料是否顯示在 ND 上

EICAS display cintrol panel :
請參考 EICAS 相關單元.

Source selector :
飛機上有很多系統都有備份裝備, 就連 EIU 本身就有三套, 因此呈現在顯示幕上的資料來源其實有很多選擇. 不過大部份的系統都有內定的優先順序 (若有三套裝備, 則正駕駛這邊顯示左系統資料, 備份系統依序為中系, 右系, 副駕駛這邊則依序為右系, 中系, 左系), 若原系統故障, 次系統自動補上, 所以基本上只有在特殊狀況或維修時才會使用它.


<--	使用那一套自動駕駛儀所計算出來的資料	-->
<--	使用飛行管理電腦或飛行員透過 CDU 輸入的資料	-->
<--	使用那一套 EIU	-->
<--	使用那一套慣性參考系統	-->
<--	使用那一套大氣資料電腦	-->

CRT brightness control :
用來控制各個顯示幕的亮度.

Heading reference switch :
一般以地球的磁北為正北方, 也可設定地球自轉軸 (地理上的真北) 為正北方.

Display transfer module :
雖說六個顯示幕可顯示不同的模式, 但有些原則是不可改變的 :

正副駕駛的 PFD 及 Main EICAS 這三個顯示幕無法以手動方示切換, 只有在故障時自動切換 ( PFD --> ND. Main --> Auxiliary), 這是為確保這三個重要的顯示資料能隨時顯示在駕駛艙裡.
內側的 CRT (原為 ND 的顯示幕), 可隨時切換為顯示 PFD 或 Auxiliary EICAS
底部的 CRT (原為 Auxiliary EICAS), 可隨時切換為 ND 或 Main EICAS

以上所述的控制面板縱和如下圖所示 :

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