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自動駕駛 101

本文章為版主在溫哥華-Freeport-溫哥華15小時25分工時來回班時寫的, 照片為兩次的航班分開拍攝.
文章內容以簡易, 無航空背景的人士能了解為編寫方式, 盡量略過專業的名詞以及操作. (如 throttle  寫油門一般人比較容易懂, 寫節流閥應該很多人看不懂).
英文專業名詞的中文翻譯皆為本人小學6年級程度的中文, 如果傷眼敬請見諒.
如各位知道中文的正確翻譯請告知, 謝謝.


很多乘客每次看到機師出現在駕駛艙外伸展四肢, 上廁所或是拿飲料喝的時候, 都會有共同的問題:
誰在飛飛機?!”
如果在3/4人派遣的情況下, 2位機師同時出現在客艙的話, 通常乘客們會更緊張.
通常在我們解釋駕駛艙裡還有其他的機師在操作飛機時, /她們大部份會說反正有自動駕駛, 按個鈕一切全自動, 誰需要機師啊!”
 
今天帶各位來看一下飛航管理系統 Flight Management System (FMS), 以及一些操作程序.
不是機師的各位可能不知道, 飛航管理系統以及自動駕駛不是大家想像的那樣簡單, 而是需要時間設定的.
目前的飛航電腦沒有感情沒有人工智慧, 要有個平穩安全的飛行, 是需要機師們0錯誤的設定, 以及隨時的更新才能達成的.
 
以我目前飛行的飛機, 波音737-800 為今天的例子.
 
一進入駕駛艙, 依造公司的標準操作程序, 我們要把 Inertial Reference System (IRS) 轉到 Navigation (NAV) 的位置.
一旦IRS 轉到NAV的位置並輸入目前的經緯度後, 依據飛機地理位置的不同, 需要5 - 15分鐘的時間完成定位的動作.

 
FMS, IDENT的頁面, 我們要確定一下飛機的型號, 發動機的推力, 以及導航資料庫是處於有效的範圍.
今天我們飛的飛機是 B737-800W.
W代表這架飛機裝有 winglets. Winglets 又分為兩種:
Blended Winglets:

Scimitar Winglets.


ENG RATING 26K. 這架B737-800的發動機推力為26,000 (有些為 27,000)
也有些B737-800 是 Short Field Performance Package (SFP) 的版本
ACTIVE: MAR05APR01/15. 目前資料庫的有效範圍.

 
W.1 的意思就是這架飛機裝有 Short Field Performance Package & a one-position tail skid.
W.2 的意思就是這架飛機裝有 Short Field Performance Package & a two-position tail skid.









現在要先輸入機場代碼, 讓飛機知道我們在哪


由於飛機裝有兩套GPS, 所以我們就使用GPS的位置給飛航管理系統, 讓她知道我們目前的位置來進行定位.
我按了4L按鍵 (左邊那排往下數第四個按鍵) GPS L的位置拉下來 scratch pad (螢幕最底下的一行)


 
之後我回到第一頁, 按下4R按鍵. 右邊那排往下數第四個, “SET IRS POS” 旁邊.
飛航管理系統就知道目前所在的位置, 以這個位置進行定位.
在沒有GPS的飛機上或是GPS訊號接收不到/故障時, 我們就會以機場當局於航圖上公布的經緯度來進行定位.
忘了說在輸入 IRS POS 之前, 要先把目前所在地機場輸入. 今天我們在 CYVR 溫哥華國際機場.

 
在輸入目前的位置後, 接下來按下 6R “ROUTE” 進行航路的輸入.
“6R to pre-flight” 是老美的記憶技巧, 意指一直按6R直到完成所有行前的設定.
在空中巴士的飛機上就不是這樣的設定方式了喔.
 
由於我漏拍了這個頁面的照片, 所以我使用了波音手冊的照片.
ORIGIN: 我們目前所在的位置. 今天來說就是輸入CYVR 溫哥華國際機場.
在進入到這個頁面的時候, CYVR 會自動顯示在底下的那一行 ‘scratch pad”, 我們只要把按下1L她就會輸入了.
DEST: 目的地. 今天我們要去Freeport, Grand Bahama International就輸入 MYGF.
CO ROUTE: 如果系統裡公司有設定常用的航路的話就可以輸入代碼, 航路就會由資料庫裡出來.
FLT NO: 航機班號. 今天我們是 Sunwing 216就會輸入SWG 216.
每家航空公司都有自己的代碼, 比方說華航是 CAL, 長榮是EVA, Emirates UAE, Etihad ETD.
RUNWAY: 起飛跑道, 要去DEP ARR那一頁進行選取.

 
根據溫哥華國際機場的Automatic Terminal Information Service (ATIS), 目前的起飛跑道使用08R. 而這個跑道搭配的Standard Instrument Departure (SID) 離場程序為 Vancouver 8, 所以我們就要去選取YVR 8.
ATIS 為一個航圖上的頻道, 我們會去收聽目前機場的天氣情況. 現今的飛機都有資料通訊系統, 所以我們也可以用訊息的方式讓飛航管理系統接收, 顯示在螢幕上或是印出來.



 
接下來就是依照飛行計劃輸入今天的航路. MYGF的航路長達五頁.
輸入完畢後到LEGS 頁面去輸入每一個航點的風向, 同時利用 Navigation Display (ND) 閱覽每個航點確認沒有打錯的地方.







 
風向輸入完畢, 航點都確認後回到RTE頁面, 按下 6R, 就近到PERF (Performance) 進行性能資訊的輸入.
COST INDEX: 一個油價與組員/飛機操作費用的取捨質. 數字越大 (假設499) 代表飛行的數度會快些早點到達. 今天依造飛行計劃我們使用26.
RESERVES: 到備降機場所需的油量. 一旦油量剩這些時電腦會給我們警示, 我們就要決定是要立馬前往備降場, 還是繼續前往目的地.
ZFW (zero fuel weight): 零油重, 由地面作業人員提供的數字.
PLAN/FUEL: 計劃油量/實際油量. PLAN是我們輸入所要求的油量, FUEL是飛機油箱目前的油量. 目前顯示我們要求19,700公斤, 油箱目前只有12,700公斤, 加油作業中.
GW (gross weight): ZFW + FUEL 的重量由電腦自動計算. 由於尚未收到ZFW的資訊, 所以ZFWGW都沒有數字中.
CRZ CG: 巡航時的 center of gravity 目標值.
CRZ ALT: 起飛後的第一個巡航高度. 今天第一個高度是35,000英呎, 由飛行計劃取得.
CRZ WIND: 巡航高度的平均風向, 由飛行計劃取得.
T/C OAT: 巡航高度的外界溫度. -57, 由飛行計劃取得.
TRANS ALT: Transition altitude, 北美洲都是 18,000英呎. 要確定與航圖一致.
PERF INIT REQUEST: 通過通訊系統請公司把所有的資訊發送到機上.


大家有注意到右上角顯示1/2? 代表有兩頁, 我們目前在第一頁, 所以到第二頁進行設定一下.
第二頁就是告訴飛航管理系統你允許她的最低/最高速. 完成後回到第一頁, 6R N1 LIMIT!

 
目前溫哥華國際機場攝氏8, 發動機的N1 (發動機最前面風扇的轉數%), 97.3%.
在得到所有重量的資訊後, 我們就會輸入電子航行包 Electronic Flight Bag 讓電腦進行起飛數據的計算, 然後把減推力的溫度輸入在 SEL 的位置.

 
6RTAKEOFF頁面, 先到第二頁輸入今天的機場資訊.
RW WIND: 風向/方速.
RW COND: 跑道狀況, 目前我們選擇DRY乾跑道.
RW SLOPE/HDG: 跑道的坡度以及航向. 由航圖或是電子航行包取得資訊.
SEL/OAT: 與前一頁的資訊一樣.
ACCEL HT: 加速高速.
EO ACCEL HT: 發動機失效的加速高度.
THR REDUCTION: 發動機脫離起飛模式 (ARM mode) 進入爬升模式 (N1 CLB) 的高度

 
好了! 所有的重量資訊由地勤送來, 使用電子航行包取得起飛數據後我們現在來輸入吧!






這時我們會回到 PERF輸入ZFW, 確認GW, 然後6RN1 LIMIT輸入今天要使用的減推力目標值 (電腦計算今天是攝氏40), 然後到 TAKEOFF REF輸入數度.
今天我們使用 Flaps 5, 攝氏40度減推力的N1目標值為93.6%, 水平尾翼設定在6.18.
V1 決定速度: 149 海哩 = 275.95 公里.
Vr 仰轉速度: 152 海哩 = 281.5 公里.
V2 安全離地速度158 海哩 = 292.62 公里. (中文應該是這樣翻譯)




最後別忘了去 PROG (Progress) 頁面確認到目的地的距離跟飛行計劃有沒有一樣喔! 電腦顯示2,521海哩 = 4,668.89公里.

 
所有的東西都完成後就要進行行前簡報囉. Pilot Flying (主飛機師) 簡報給 Pilot Monitoring (負責無線電通話, 文書作業).
主飛的機師會簡報今天的天氣, 場站特殊資訊 (某滑行道關閉等), 預計的發動機啟動方式 (自動啟動, 手動啟動 etc), 預計的滑行路線, 防冰裝置的使用時機, 跑道狀況, 風向, 起飛速度, 正常離場程序以及單發動機失效的特殊離場路線.
 
 
離場程序, 飛行計劃以及班機的squawk code 有兩種取得方式. 一種是透過無線電與 Clearance Delivery 聯絡, 另外一種就是透過 Aircraft Communication Addressing and Reporting System (ACARS) 以電報的方式取得.
依據各家公司的裝備, 合約以及機場的設備, 每個機場取得的方式可能有點不同.
在溫哥華我們都是由ACARS取得.
今天我們由CYVR前往MYGF, 班號SWG 216, ATIS ID 尚未輸入 (當時為K), 我們停靠在55號登機門, 機種B738, 確定後就是SEND.

 
通常在不到一分鐘之內航管就會回覆如下, 而我們就確認這許可與飛航管理系統輸入的一致, 並用語音與航管確認 (回覆確認碼) 或是使用電報回覆.

 
最後確認Primary Flight Display (PFD), 也就是右邊的那個大螢幕上的arm mode (待命模式) 是正確的, Navigation Display (ND), 左邊的大螢幕的第一個航點是正確的.
今天我要使用autothrottle 自動油門, VNAV (vertical navigation )垂直導航 以及 LNAV (lateral navigation) 橫向導航離場.
V2158海哩, FD (Flight Director) 開啟, 第一個離場限制高度7,000英呎, 加速高度1,014英呎.
此時所有行前準備完成, 就等客艙經理告知乘客登機完畢, 把文件交給地勤, 就可以關門請求後推出發了!




 
現今的科技我們已經把已把上述所有的設定簡化到全部透過通訊系統傳送到飛機上.
只要輸入今天的航機班號 SWG 216發送請求給公司, 航路以及每個航點的風向就可以透過通訊系統上傳到機上飛航管理系統. 機師確認沒問題後就可以 activate 執行她.
直到這裡, 大家有看出, 這些設定沒有機師在場, 是無法完成的了嗎? 就算是透過系統上傳, 還是要有人輸入上傳請求, 確認上傳資料, 啟動, 更不要說與航管的通訊了.
 
 
機門關閉, 確認地面人員就位, 後推程序/檢查表完成後就可以跟航管申請後推以及開車程序了.

 
一切順利, Air Canada Rouge B767-300ER離場後就要輪到我們囉.

 



起飛/離場的過程很繁忙, 尤其在高流量的機場. 這時我們必須全神貫注眼觀四面耳聽八方.
今天使用的是雷達管制離場, 所以航管會不斷的給航向與高度的指令, 兩位機師要互相合作.
通常在通過10,000英呎後我們就會解開肩帶, 飛機也在這時開始加速到預計的爬升速度. 我們今天的爬升速度是303海哩攔截0.781馬赫, 預計第一個巡航高度35,000英呎.
5L Max Rate, 6L Max Angle 是航管要我們在最短距離或是最短時間到達某高度時使用的功能, 或是因為天氣關係需要快速爬升時.
當然也有其他的模式可以使用. 這就考慮當時的環境, 以及機師的臨場應變能力.
5R ENG OUT是單發動機失效的資訊給機師參考.
6R RTA 是當航管給我們某些時間限制, 比方說在XX:XX時間到達XXXXX航點時使用的功能. 電腦計算可以精準到秒, 這是人腦無法到達的.

 
PFD (右邊的螢幕)顯示目前通過30,940英呎, 上升速率1,150英呎/分鐘, 電腦以0.78馬赫的目標爬升
自動油門在N1模式, 意指固定在爬升設定 Climb Thrust, LNAV 橫向導航運作, VNAV SPD 垂直模式為飛航管理系統計算的速度0.78馬赫爬升.

 
ND (左邊的螢幕) 顯示目前地面速度504海哩 = 933.41公里. 真空速452海哩, 風向25255海哩 (尾風).
下一個航點為MLP, 預計1703.9格林威治時間抵達, 距目前位置200海哩.
 
 
目前到達了第一個巡航高度35,000英呎.
電腦顯示最佳經濟巡航高度為36,400英呎, 最高高度38,000英呎. 這些高速會隨著重量, 外界溫度以及風速做變化.
STEP 是輸入下一個爬升的高速. 今天我們會放37,000英呎讓電腦計算什麼時候是最佳爬升時機.
TGT SPD 顯示我們目前的巡航目標速度是0.782馬赫.
TO T/D 就是預計下降的時間/位置. 電腦計算1737.3/1497海哩後下降.
TURB N1是在遇到重度亂流的時候的油門設定位置.
ACTUAL WIND 是目前機外的風向/風速.
FUEL AT MMPR 是我們到 PVR 時剩下的油量. 目前顯示 3,800 公斤.
LRC Long Range Cruise, 一個波音特有的巡航速度. 使用這個速度的缺點是不會把高空風考慮進去.




一般巡航時的顯示





 
這是 Pilot Flying 主飛者一般選擇的頁面, 監看飛機目前的情況.

 
第二頁有其他資訊如外界風速, 溫度等


第三頁就是當航管給你限制如 "某點某分通過XXXXX點“ 點時輸入的地方


第四頁顯示目前導航的精準度


這是單發動機失效時的參考資訊. 我選擇右發動機失效的狀況.
MAX ALT FL 219, 右邊發動機失效的話我們最高高度為21,900 英呎.
ENG OUT SPD 為我們飄降到FL 219 的設定速度.



 
LEGS 頁面每一航點的到達時間以及預計風向/風速.
風向可以選擇手動輸入, 或是發訊息給地面要求資料上傳.

 
這是 Pilot Monitoring (不操作飛機的那位機師) 一般顯示的頁面


巡航時我們會使用氣象圖, 氣象雷達以及航管的資訊預測前方的狀況.

 
 
目前我們的下一個航點為ONL, 假設航管要求我們定向OMAHA VOR 飛行:
首先在航圖上找出這個點, OVR

 
接下來我們到LEGS頁面輸入OVRscratch pad:

 
然後按1L告訴電腦我們要前往這個航點:

 
這時左上角由原本的ACT變成MOD, 表示我們輸入了某些東西, EXEC (按鍵E上面的燈)亮起, 等待我們確認.
電腦顯示這個航點航向109, 距離我們275海哩.
 
透過Navigation Display 兩位機師確認航點輸入無誤. 然後就可按下 EXEC 確認.
確認的動作很重要, 因為有很多的航點有著同樣的名字, 我們必須要確認經緯度, 距離我們的方位以及距離. 你輸什麼電腦就飛什麼, 絕對不會質問你, 真是聽話呢!

 
確認Mode Control Panel (MCP) 上面的LNAV engaged, 同時PFD的模式也顯示綠色的LNAV, 我們就朝OVR飛去囉.

 
 
波音跟空中巴士的飛航管理系統很不同, 還記得當初由Airbus 330Boeing 747-400時花了一陣子時間適應, 之後回到A330/340又花了一點時間, 現在B737-800練就了兩套系統都可以使用自如.
 
有個機長用了個很有趣的方式比喻波音與空中巴士的飛行管理系統.
波音的設計猶如美國大兵, “!”
所有的功能都是叫下來” scratch pad 然後放上去
空中巴士就是按鈕進入選單顯示所有功能讓您挑選. 猶如法國女人風情萬種, 打開衣服讓您看盡情挑.
 
 
舉個例子, 假設航管今天要你飛往AMB這個航點, 在空中巴士上面就要這樣做:
按下DIR, 進入 DIRECT的頁面:

 
如果這個點在飛行計劃裡有就可以從裡面選取如圖, 不然就是自行輸入:
 
按下4L之後AWB就到了1L, 這時她就展開了看您是要 DIRECT, DIRECT with ABEAM PTS, RADIAL IN 還是 RADIAL OUT. 是不是風情萬種呢?



 
 
 
一般在距離下降點80海哩時我們會開始取得目的地天氣資訊 (無線電取得或是ACARS), 並進行導航系統的設定.
今天 Grand Bahama International使用 ILS Z 06, 沒有 STAR, 所以我們就要來進行設定了.





 
 
俗話說的好, garbage in garbage out, quality in quality out. 要飛機飛的精準就要給她所有的資訊, 所以要輸入下降風, 目的地QNH, 防冰裝置的使用高度, 以及TRANS LVLISA DEV.

 
每次的落地都要計算落地距離, 以及選取進場的速度喔








這是一般進場時 Pilot Flying 選擇的頁面.
E/D ALT 62英呎, 顯示垂直導航的下降導引最後高度為62英呎, 跑道頭.
第一個高度限制在 JAKEL航點, 7,000英呎通過.
下降速度: 0.773馬赫攔截268海哩.
也有不同的下降模式可選擇比方說 SPEED, 也可自己輸入想要的速度.

當然也有另種要馬上應變的方法就是使用 Mode Control Panel, 因為輸入 FMS 需要時間, 在此不另作解釋.
 
 
下降的過程航管可能會給速度, 高速的限制, 或是飛向某個航點, 這都是需要無線電通話, 以及快速的設定進入電腦的.
別忘了, 電腦不會思考這個指令合不合邏輯. 就好比你設定一個撞山的航向給自動駕駛, 她會毫不遲疑地撞上去. 她會給你警告, 但是還是會撞上去.
更不要說她無法自動把無線電通話轉成指令並執行了!
 
 
曾經有人跟我說過, “機師這行業是夕陽產業, 不用10年你們都會失業, 因為飛機會全自動化根本不需要你們. 你們會被電腦取代的! 看看捷運文湖線!”
我那時回覆所以你的意思是, 飛機會沒有駕駛艙, 但是會有乘客以及客艙組員, 然後你會很高興的去搭乘, 然後知道監控的人舒服的在地面喝咖啡?”
他沈默不知道怎麼回覆..
 
依造目前出廠的Airbus 350, Boeing 787, 以及將要出現的 B777X, 都需要最少兩位機師駕駛, 所以我可以很肯定的跟這位人士說, 你錯啦!
 
 
最後來個波音/空中巴士超級比一比. 左邊B737 v.s. 右邊 A340:





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