flapmmo

第一章　飛航重要概念

　　在此實不需贅言飛機為何會飛之類的常識，相信各位都了解白努利定理、作用與反作用力之類的物理常識。以下各部份，為經常發現會產生疑惑的問題，特別整理于下。

第一節　渦輪發動機

一、基本名詞解釋

　　　　左圖為勞斯萊斯勸特(Trent)800渦輪扇發動機。一具渦輪發動機從前到后基本可分三大段：壓縮段、燃燒段、渦輪段。在早期純噴射(Purejet)發動機中，壓縮段將空氣壓縮，進入燃燒室燃燒后，向后推動渦輪轉動并排出機外產生推力；而轉動的渦輪則向前帶動壓縮機一起轉，于是前方壓縮機源源不斷地轉動壓縮空氣進燃燒室，而排出的高溫高壓氣體則又繼續推動渦輪葉片轉動。理論上只要燃燒室沒熄火，這具發動機便會繼續不斷地運作。

　　目前本公司采用的噴射機種均配備渦輪扇發動機。這和純噴射有何區別？主要差在前方壓縮段的設計。壓縮段一般而言分為低壓壓縮段和高壓壓縮段，這兩段壓縮機葉片的轉速依目前絕大部份現役的商用發動機而言是不同的，一般有兩個軸心(勞斯萊斯偏好三軸)，由不同渦輪推動不同的壓縮段。渦輪扇發動機主要就是將低壓段的扇葉加大直徑，使其成為推力之主要產生來源，其向后推出的氣流大部份進入旁通管道流出機外(即旁通氣流)，只有少部份進入第二段高壓壓縮機。可見上圖，前方一截棕色外罩部份即是所謂低壓扇葉部份，接下來直徑較小，密密麻麻的扇葉則是高壓壓縮機，并可以看出低壓扇葉向后推出的氣流大部份都排出去了，這正是渦輪扇發動機的主要動力，而并非從噴口出來的氣流。

　　講這些有何意義呢？我們來看FS中的發動機儀表。

　　這是很典型的FS發動機儀表。由上到下只有四個部份：

N1: 低壓壓縮段最大轉速之百分比。假設扇葉額定之最大轉速為10000轉/分，你轉到9000轉/分，N1就顯示90。當然可以操到破表，如N1到一百多，但想也知道會傷，非特殊狀況是盡可能避免的。

EGT: 排氣溫度。一般正常我們不看這個，除非手賤去FS中設定發動機會故障。排氣溫度過高可能起火了；過低則可能快要熄火。

N2: 高壓壓縮段最大轉速之百分比。基本上我們也不看這個，除非你想自己發動引擎。引擎發動程序中，先以氣源吹動高壓段使N2轉到約20以上，再點火、供油，轟一聲點燃并帶動渦輪機，N1數字也跟著慢慢升上來。

FF: 燃油流量，圖中顯示為每小時1950磅， 兩具加起來3900磅。這在飛長程線時是非看不可的數值，不去注意巡航時燃油流量，可能飛不到目的地。所以巡航時看看每小時耗多少油，再看看剩多少磅燃油，再算一下所剩航程還要飛多久，就心里有數了。

FS2000的777-300發動機儀表，可見上端之EPR

　　我們飛行時主要看的兩個數值，一個是N1，一個是FF。因為渦輪扇發動機主要推力是由低壓壓縮段的扇葉產生，所以其轉速即可象征發動機推力大小，是故N1值可為發動機推力大小的指針。但有的廠牌發動機不是看N1，而是看壓縮比(EPR)，如普惠(PW)發動機。壓縮比是壓縮機進氣口和渦輪出氣口的壓力比，壓縮比越高，也可以代表產生的推力越大。

渦輪扇發動機剖面圖

EPR為PT7與PT2之壓力比值

二、省油與省時

　　我們必須先把「引擎轉速表」的觀念踢開。是的，汽機車引擎轉速越高，代表越耗油；而且還可能是很固定的多少轉速下意味著多少耗油率。但N1值不同，它只是一個風扇轉速而已，不代表在這種轉速下會如何的耗油。雖然在同一個操作環境下(如同一高度、溫度…)，N1值越高意味著要推更多的油，其耗油量也越大，但在不同操作環境下，N1=90%有可能比N1=50%來得省油。

　　以下列出長程機型在FS中實際飛測的數據：

　　左側數值是固定于燃油殘油量45%時，于各巡航空層測出的數值，大氣狀態為標準大氣環境。AB6巡航速度固定為0.80馬赫，744為0.86馬赫。

　　我們從表格數值即可看出很多現象，如飛得越高越省油。以AB6來看，巡航高度FL450與FL200飛0.80馬赫N1均為82%，但FF一個是265，一個破表(超過999)，首先即說明了N1值大小和它會耗多少油是一點關系都沒有。

　　其次，要維持一定馬赫數，基本上高度越高N1值越低；但到了一個臨界高度以上，反而N1會開始增加。因為空氣太稀薄，推力不足，故風扇得轉得更快些。不過即使如此，還是越高越省油。(真實飛行倒不見得都是如此，重量太大又飛太高，可能會較耗油)

　　但省油是一回事，是否合乎效率？

A300-600R

馬赫數：0.80

飛航空層

N1

FF

IAS

GS

FL150

83%

破表

431

501

FL200

82%

破表

389

489

FL250

81%

821*2

351

478

FL300

80%

597*2

314

469

FL350

79%

432*2

279

460

FL400

80%

318*2

242

454

FL450

82%

265*2

214

453

FL500

89%

254*2

190

454

　　 B747-400性能

B747-400

馬赫數：0.86

飛航空層

N1

FF

IAS

GS

FL150

94%

破表

468

537

FL200

90%

破表

423

524

FL250

86%

破表

383

514

FL300

83%

991*4

342

505

FL350

80%

673*4

305

495

FL400

78%

450*4

264

488

FL450

78%

357*4

234

487

FL500

81%

322*4

208

489

　　我們可以看表格最右方的GS(地速)，這是飛機實際與地球表面的相對速度，關系著你的航程要飛多久。我們也可以發現，維持同一馬赫數，高度越高速度越慢，一直到同溫層高度為止(顏色較深之表格，37000~65000呎)。此后由于空氣繼續稀薄，指示空速(IAS)持續下滑，但地速維持穩定。爬得再高，速度不變，但更省油。所以我們就了解了，為什么飛機──尤其是飛長程線的飛機都要拼命向航管ㄠ較高的飛航空層，原因即在此。不過還得看性能，你飛機重量太重或升力不足，機頭翹得半天高，爬不上去也不能怪誰。一般飛機是采用「階段性爬升」的方式，燒掉一定重量的油，爬到一定高度；重量越輕，爬得越高。可能FL310飛一陣子，再爬到FL350燒燒油，再爬390，再爬430。

　　但是，若不是燃油考量很大的長程航班，我們也不必太注重省油，而可能強調速度。因此，有時必須自行取一個均衡點。如香港、東京等航線，商務旅客多，你班機飛行時間比別家公司長，下回人家就不坐你飛機了。于是在固定巡航馬赫數的條件下，高度則不能飛高，可能飛個三萬一至三萬五不等；若是爬到了三萬七以上，那就干脆盡量爬高，到時降得下來即可，反正地速都一樣快，只是爬越高機頭也翹越高，飛起來心里不太舒坦。短程線則又是另一考量，距離太短了，你飛高了到時下不來，也沒實質意義。是故短程線頂多也只能飛到FL240左右，而且還不一定是按馬赫數飛。

　　講到此，各位一定要了解一件事：上表為虛擬航空的虛擬飛機之性能，747和AB6根本爬不到五萬呎，別拿這張表當真，甚至和人辯論飛機性能。

三、如何粗估航程所需油量(For FS2000)

　　飛FS長程線時，我們最想知道的一個問題就是飛機的油到底夠不夠飛到目的地。對此，FS2000中有個很簡單的辦法介紹如下：

1.由左上圖得知目前耗油量為每小時6820*2, = 13640磅。

2.由右上圖GPS顯示屏的Route ETE得知，航程還要8時40分。(按MODE兩次即出現此畫面)

3.由左圖得知目前燃油剩122202磅。

　　于是，小學數學就可以解決了：13640*8.67約 = 118258.9，< 122202

我們從此可以知道，油是一定夠的！何況降高時油門還是收著的。雖然低空低速時耗油量又會加大許多，但總的來說實際耗油只會比算出來的要少些。此法FS98也是可用，但是需要外掛的GPS軟件，而且還要能顯示航程所需時間。

四、發動機推力

　　基本上，空氣密度越大，發動機效率越好；而空氣密度主要是與氣溫有關：溫度越低(當然不能低到發動不了)，空氣密度越大，發動機效率越高。因此，在同一個高度，溫度越低，效率越高；不同高度則還要考慮到「越往高處密度越低」的傾向。溫度低將推力往上加，高度則把推力往下拉，何者的力量較大？

　　很遺憾，是高度的影響。因此，飛機的推力是越往高處爬，它越往下掉。可是我們不能不爬呀！爬到多高是較符合推進效率呢？

　　基本上是36000~37000呎，也就是同溫層的邊界。因為再往上爬，溫度不降了，但空氣密度還是持續減少，推力也會明顯的往下掉。在可接受的推力降低范圍內，再爬高還是繼續省油；但爬到發動機受不了了，沒力了，那就到此為止。

同一高度之傾向：溫度越低，發動機推力越大。

不同高度之傾向：高度越低，發動機推力越大。

　　我們飛FS時感受的到上述這些現象嗎？這是很有趣的一點。FS的空氣密度是隨著高度繼續下降，這點仿真出來了。所以在我們沒去動各空層溫度設定時，它是很準確的。不過在同一高度，你改了該高度的溫度，空氣密度也隨之變化，但變得很詭異。如下表，這是在FS2000中于FL330高度時，任意改溫度測試之數據，維持馬赫數M.80，無風狀態。

機外溫度(c)

N1%

IAS

GS(=TAS)

Mach

FF

-53

78

293

437

0.80

456

-28

83

293

461

0.80

664

-15

84

293

472

0.80

758

+51

96

293

533

0.80

破表

　　看出端昵沒有？指示空速不變耶！其它性能數據的變化，都是因為溫度變化導致的音速變化而來，但是指示空速沒變。這當然可以代表空氣密度有變化，因為真空速改變了。如真空速變大，指示空速不變，代表空氣密度變低；而空氣密度變低，壓縮機此時就要更死命的轉，把更多空氣壓榨進來，因此N1值也提高了，連帶著油耗也增加。但是，為什么指示空速是定值？

　　這是不可能的！《儀飛教材》中有一段公式：

飛行高度中氣溫+(絕對溫度×標準大氣壓)

TAS=IAS×────────────────────

標準溫度+(絕對溫度×飛行高度中大氣壓)

也就是：

標準溫度+(絕對溫度×飛行高度中大氣壓)

IAS=TAS×────────────────────

飛行高度中氣溫+(絕對溫度×標準大氣壓)

　　現在固定值有絕對溫度、標準大氣壓、標準溫度、飛行高度中大氣壓，變量只有飛行高度中氣溫。設(絕對溫度×標準大氣壓)=X，(絕對溫度×飛行高度中大氣壓)=Y(大氣壓肯定沒變，不然垂直速率表一定會動)

Y(TAS)

IAS=────

溫度+X

代入以上數據：

Y(437) Y(461)

293=──── 293=────

(-53)+X (-28)+X

解二元一次聯立方程式：

293X-437Y=15529

293X-461Y=8204

-898Y=7325

Y=-7325

X=-3361296

再代入一組數值驗算：

Y(472)

293=────

(-15)+X

-3457400/-3361311不等于293

故胡扯。

第二節　速度

　　速度控制為飛行之首要，速度不夠就會栽下去；速度太快就會損壞。這兩個毛病…大家都不會犯。因為達到這兩種速度之前，飛機上的警報器就響了，你就會推油或收油。但無論如何，飛行員若是不了解速度，根本就不能算是在開飛機，因為他并未能掌握其飛行狀態。

一、四種速度類型

　　航機上所用的速度有四種：指示空速(IAS)、真空速(TAS)、地速(GS)、馬赫數(Mach)。同樣，以最簡單的方式說明如下：

1.指示空速：就是飛機和空氣相撞的速度，也是空速表上顯示的速度。

2.真空速：飛機事實上在空氣中移動的速度，也就是經氣壓換算成海平面高度的指示空速，還不懂繼續看下面…

3.地速：實際對地速度，無風時就等于真空速。這樣懂了嗎？

4.馬赫數：就是音速的N倍。溫度越高，音速越快。國中物理有教。

二、指示空速、真空速與地速

　　指示空速是以空速管(或稱皮托管, Pitot)測出，非常簡單，該多少就是多少。大型客機有些是用經大氣計算器修正過的「校正空速」，這太復雜，不用理它。指示空速并不代表你飛機真正的速度，因此不能由指示空速來理解你到底飛多快(當然也可以套公式按按計算器，或飛久了憑經驗也是可以推測啦)。那為何空速表不顯示地速或真空速，反而要顯示指示空速呢？

　　上文說得很清楚，那是你和空氣相撞的速度。飛機因與空氣相撞而得到升力并使飛操翼面得以發揮功能。因此，指示空速是飛機的氣動力性能指針。同仁們有無發現，在指示空速慢的時候，不但機頭翹很高，連飛機動作都不太靈活；而指示空速快的時候，機頭越壓越低，翼面操作則變得十分靈敏。因此指示空速對飛行員了解飛機飛行狀態而言，是非常重要的參考數字。也因此，諸如收放機輪、Flap；失速速度、進場速度、最大XX操作速度…等諸多飛行性能參考速度等，都用指示空速。當然也有例外，詳見下文「馬赫數」部份。

　　由于指示空速是和空氣相撞的速度，因此空氣越稀薄，「撞擊力道」就變小。當我們固定N1值、馬赫數或油門位置爬升時，尤其到了三萬呎以上還繼續爬，我們會很震驚的發現指示空速顯著地越來越小，給我們一種飛機「沒力了」、速度越來越慢的感覺。其實你看看此時的地速，可能還是在逐漸增加當中；但若是速度持續一直下降個沒完沒了，那意味著你真的把飛機搞沒力了，升力快消失了！此時則應減少上升率或多推點油，否則就等著失速警告響吧。現在同仁們應該能了解，指示空速雖然不能作為飛行速度的精確依據，但對操控飛機則是非常重要的參考指針。

　　飛行時我們通常不理會經大氣計算器算出來的真空速，若沒有轉換為地速，實在是沒什么實質上的參考價值。真空速轉換為地速，則是扣除風的效應。如真空速200節，頂風10節，則地速為190節。所幸我們不必這么無聊的去算它，FS2000的GPS窗口打開，GS就顯示出來了；FS98則無，但可以掛上如NavDash之類的軟件，或采用一些有顯示地速在PFD(主飛航顯示屏，通常中間是擺姿態儀)上的儀表，但很多都是Shareware，要美金的；另也可暫時將FS98儀表設定為顯示真空速，詳見儀飛教材。

　　地速才是你實際相對地球表面飛行的速度。我們可以玩一個游戲，我試過，真的可以玩：

西斯納「垂直起降機」

1.西斯納停在任何機場跑道，Flap全放。

2.另設風向頂風，風速80節。

3.油門全開。

4.飛機此時就自動抬頭起飛，但卻是向后倒退，空速表約指向62~65不等。

5.升到安全高度，如1000呎時，調配平壓機頭(按數字鍵的"7")，IAS會增加。

6.待空速表精確的指向80時，你會發現飛機幾乎是靜止的定在空中。

7.80不等于0, 故得證。

※在FS98的<Goto Exact Position>或FS2000的<Map View>中所設的速度是地速，所以你飛機擺得越高，得設越快，否則一激活可能就失速下墜。

※FS的錄像文件撥放時儀表顯示為地速。

※FS飛行中按<Shift-Z>顯示的速度為指示空速，同儀表顯示。

三、馬赫數

　　前文中的長程機型性能表格已解釋得很清楚，因音速和溫度相關，高度越高溫度越低，音速越慢。因此，同樣要達到一個馬赫數，在低空時要比高空時來得拼命些。這也意味著，同一個馬赫數，低空要比高空來得快。

　　問題來了。馬赫數既然也很不固定，為何高空巡航時都用馬赫數而不用指示空速、真空速或干脆用地速？

　　我們進FS用其內建的737或777儀表來做個實驗。看到空速表(指針式)上紅白相間的指針了嗎？相信大家都有經驗，超過那根針，超速警告就會響。好，起飛前先看清楚那根針在什么位置，然后咱們一飛沖天。咦？那根針隨著高度越高它越往下降了！難道FS有BUG？不是說指示空速是飛機撞空氣的速度嗎？照理說這個速度限制應該是固定的才是。不多說，再飛一趟測數據！

試飛機型：FS2000內建737-400

巡航高度

速限指示

相對馬赫數

巡航高度

速限指示

相對馬赫數

FL310

319

M.83

FL360

285

M.83

FL320

312

M.83

FL370

278

M.83

FL330

305

M.83

FL380

272

M.83

FL340

298

M.83

FL390

265

M.83

FL350

292

M.83

FL400

259

M.83

　　它竟然跟音速有關系，原來那根針是會隨著馬赫數移動的。低空它不動，因為最大馬赫數限制(Mmo)還在「破表」階段；而大約到了18000呎左右指針開始下降，因為音速降下來了。

　　再看上表，若前文尚未融會貫通者一定會想不通一點：FL370以上不是同溫層嗎？溫度固定，音速也固定。為何維持同一馬赫數，越往高處爬，IAS還是一路往下掉？至于為什么，自己慢慢想吧！好玩的邏輯陷阱，保證前文有提過，可檢驗自己是否為數理邏輯容易短路的人。這樣的人很難當機師喔！

左側顯示飛機在約100呎高度，右側則在FL310。注意兩者指示空速和馬赫數。

　　言歸正傳，為什么要限制馬赫數？各位有沒有聽過一個名詞，叫「音障」？這兩個字可是害死了不少二次大戰及戰后初期的優秀飛行員。戰爭末期戰斗機的馬力已提高到兩千匹左右，雖然平飛時仍無法接近音速，但從高空向下高速俯沖可就很難說了。于是經常發生離奇案件，明明指示空速不快，飛機就他ｘ的給我震動、拉不動桿、扭曲變型，甚至空中解體。原來這些英勇的飛行員當時已接近音速。

　　簡單的說，飛機向前移動會推擠空氣，空氣被推擠除了對飛機產生相對壓力外，也會像水一樣產生震波；而此震波是以音速向外擴散出去。在速度慢時感受不太出來，但慢慢接近音速時，前方被擠壓的空氣便擠成一團，震波越來越難散出去了，對機身造成的壓力也就越來越大，一直到一馬赫的速度為臨界點。超過一馬赫，等于飛機鉆出了這死胡同，這堆壓縮氣體被忽然釋放，于是就「轟」的一聲形成「音爆」。

　　因此，越接近音速，機身結構所承受的壓力越大。是故目前巡航于高空的噴射客機都用馬赫數來指定最大速限，及巡航速度等數值。就速度規范上來說，在高空馬赫數比指示空速更具意義。因為在高空往往還沒達到指示空速的速限時，就先撞到馬赫數的限制了。

第三節　攻角與失速

一、攻角(Angle of Attack, AOA, 或稱沖角)

　　首先要先厘清一個觀念，俯仰角(Pitch)不等于攻角，這是兩碼子事。俯仰角是機身與水平的夾角，也就是我們在姿態儀(ADI)上看到的角度。起飛后「以15度仰角爬升至1500呎」，講的就是這種角度。不論飛機怎么飛，往上飛還是往下飛，機身和水平是幾度，俯仰角就是幾度。

　　那攻角是什么？首先要理解「攻」這個字。基本上「攻擊」本身即是兩股勢力的碰撞，如國軍碰撞美軍，把美軍撞散了，共產黨萬歲。攻角則是機翼(翼弦)與「相對風」的夾角，也就是氣流實際沖撞機翼的角度(或反過來講亦可)。

　　若想不通攻角和俯仰角有什么差別，我們舉個簡單的例子。飛機Pitch=0，機身保持水平，但是它正在下降。請問，此時氣流是水平的吹向機翼，還是由前方以一個角度往上吹向機翼？

#模擬飛行##飛機發動機##模擬飛行的那點事##了解發動機#