Flying-Rules-of-Thumb
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Reference, Rules of Thumb, Conversions 飛行員應了解的拇指規則

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本章概要

https://i0.wp.com/img2.chinadaily.com.cn/images/201806/13/5b20cd09a31001b8b9bc1cf4.jpeg?w=1290

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

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ab/ICAO_FirstLetter.svg/600px-ICAO_FirstLetter.svg.png
  • 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
  • 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

https://i0.wp.com/i.dongtw.com/2014/08/mjyao.jpg?w=1290&ssl=1
  • 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。

https://i0.wp.com/cdn.boldmethod.com/images/learn-to-fly/systems/how-does-your-altimeter-work/altimeter-diagram.jpg?w=1290&ssl=1
https://i0.wp.com/img.careerlu.com/img/aviation/flight-instruments-the-vertical-speed-indicator-vsi-1.jpg?w=1290&ssl=1

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

https://i0.wp.com/ih1.redbubble.net/image.1635639931.3679/st,small,507x507-pad,600x600,f8f8f8.u2.jpg?w=1290&ssl=1
  • 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

https://i0.wp.com/i.pinimg.com/originals/8b/79/bb/8b79bbc800ffcb93256824aa7c16b48a.jpg?w=1290&ssl=1

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

https://i0.wp.com/i.ytimg.com/vi/KXu0nacRJFc/maxresdefault.jpg?w=1290&ssl=1

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

https://i0.wp.com/code7700.com/images/descent_3_degrees_600.png?w=1290&ssl=1
  • 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

https://i0.wp.com/image.slidesharecdn.com/energydescentactionplan-090408182016-phpapp02/95/energy-descent-action-plan-1-728.jpg?w=1290&ssl=1

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:

  1. VNAV PATH
  2. FLCH (Flight Level Change)
  3. 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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