能量管理的最高境界

「總之,一切就是能量與效率的控制。」傑森‧華勒斯說,「讓我想起以前曾經聽過會開蒸汽火車的司機是最厲害的,他們懂得控制火爐溫度與蒸氣多寡,加速、爬坡或利用慣性下坡、停止,讓火車的動力能夠發揮最大的效率。」

 

做一個流暢的下降計畫,是華勒斯在航路訓練時所面對最困難的挑戰,完成飛行訓練的三年後,他總算找到一套屬於自己的計算公式與修正技巧,善用自動駕駛加上配合不同機場的航管特性,做到一個完美的下降計畫,是他每趟飛行最有成就感的原因。

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2008年底,華勒斯才剛剛通過七四七型別檢定與本場訓練,隨即馬不停蹄的進行航路訓練,三個月的訓練過程中,最讓他感到挫折與困擾的就是下降計畫了。

 

「七四七訓練手冊上最基本的計算原則,」他說,「那就是每3海浬下降約1000呎的三度下滑角。」然而真正飛行時,卻要將航管、天氣、風向、重量與其他航機等影響因素納入考量之中,對一個菜鳥機師而言,真的是很難!「剛開始我的航路經驗仍不足,」華勒斯坦誠,「所有的下降計畫都在教學機長的指導下進行,我自己卻毫無頭緒。」模擬機訓練時用的方法完全不適用,這樣的挫折讓他覺得非常沮喪,還好他的教學機長都非常有耐心,在落地後慢慢地向他解釋,讓華勒斯在成為副機師的最後訓練階段,從錯誤中學習到能量管理的最高境界。

 

下降過程雖然只占了長程飛行時間的一小部分,卻是整趟飛行中最重要且關鍵的一環。想像一下騎腳踏車,假設有一條直線,盡頭之處是終點,保持著雙腳踩動踏板令腳踏車前進,直到經過某一點後便停止踩踏板,腳踏車以剩餘的動力滑行前進,最後剛好在終點處完全停下來。「這就是“下降計畫”的精神!」華勒斯說,「簡單的說一個理想狀態的下降計畫,就是讓飛機在整個下降過程中保持引擎在怠速的狀態,飛機是以其位能“高度”轉換為動能“速度”滑翔下來的。」

 

聽起來似乎簡單,但實際飛行卻不容易做到!所謂的能量管理,除了要懂得位能與動能轉換的物理現象外,還得知道飛行電腦與自動駕駛的原理、飛機特性與高度修正的方法,並了解各機場不同的航管特性之後,把所有可能影響的因素加入計算中,才能融會貫通做到一個有效率的下降,不浪費一點油料,安全且優雅的把飛機放在地上。

 

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-飛行電腦與自動駕駛-

 

下降前的準備,機師會依機場當地的天氣資料,將進場程序與使用跑道輸入電腦後,飛行電腦就會依照飛行距離與進場程序中的高度與速度限制計算出最佳的開始下降點。「雖然電腦的計算速度非常快且精確,」華勒斯解釋,「但前提是機師得輸入正確的資料,否則得到的結果也不正確。」常見到的錯誤資料有:

 

一、下降過程中真實的風向與輸入電腦裡的資料不同。

二、遭遇積冰的天氣,開啟引擎除冰裝置後增加額外的推力沒有輸入電腦裡。

三、進場程序中的高度、速度點的限制與實際航管的許可不同。

四、空中交通擁擠程度不同。

 

「電腦的發明並沒有什麼,只有真正的老手才能發揮最大效用,」他接著說,「理論與現實的差異,是讓我在航路訓練一開始覺得挫折的原因!」

 

要考慮的變數實在是太多了,尤其是航管因素,不同機場的航管有不同的管制方法,這些都是在模擬機裡教官沒有教也無法模擬的。由於不了解各地航管的特性讓華勒斯在剛開始的航路訓練時吃足了苦頭,加上一開始太依賴飛行電腦計算的結果,讓他漸漸的失去了信心。「傑森,不可以完全倚賴電腦,」他回想起教學機長的叮嚀,「每趟飛行的條件均不同,電腦無法計算出人為的變數,尤其是航管員的想法是無法輸入進電腦裡的,所以計算的結果都是錯誤的。」影響下降計畫最大的就是航管與其他航機的因素,因為空中擁擠的程度不是每趟飛行都相同的,進場時有時需要走捷徑、有時需要繞遠路,往往都會讓飛行電腦計算與實際飛行的結果大相逕庭。「所以一定要注意飛機的高度、距離與速度,自己隨時要在心裡計算出最佳的三度下滑角,電腦計算的結果只能當作參考,不能當作判斷的依據。」華勒斯回憶。

 

除此之外,了解儀器飛行程序的知識則變得非常重要,因為那是法規的一部分,再加上民航機上的自動駕駛與飛行電腦的引進,要考慮的因素更加複雜,機師不但要了解基礎飛行原理,還得念更多書、懂得更多自動駕駛系統的操作邏輯與原理,才能百分之百掌握飛機。「自動駕駛的發明,為的是減輕機師的工作負荷,」他說,「讓機師在緊急時刻有更多的專注力可以解決問題,所以了解自動駕駛的原理變得非常重要。」高度電腦化的設計,只需要兩名機師即可操控一架七四七飛機,真的是非常先進!

 

因此,善用不同的自動駕駛模式配合航管特性,修正飛機的下降率讓飛機保持在安全的三度下滑角內是機師在下降過程中最重要的工作。「總之,一切就是能量與效率的控制,」華勒斯說,「讓我想起以前曾經聽過會開蒸汽火車的司機是最厲害的,他們懂得控制火爐溫度與蒸氣多寡,加速、爬坡或利用慣性下坡、停止,讓火車動力能夠發揮最大的效率。」

 

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-飛機特性與高度修正-

 

七四七飛機的正常下降率,大約是每3海浬下降1000英呎,或是每分鐘下降1300英呎,這個數據是假設引擎為怠速、襟翼與起落架完全收起(無額外阻力)的狀態下經由試飛員測試得到的。「根據這個公式,我自己計算出在離機場多遠時,稱為檢查點(Check Point),飛機該通過的最佳高度。」華勒斯說,「只要有辦法預測飛機到機場的飛行“距離”,再與檢查點得到的最佳高度比較後就能知道飛機高度是不是太高或太低。」

 

計算下降計畫的公式有很多種,華勒斯的這個方法是他自己覺得非常實用且方便的,藉由推測出“尚餘飛行距離DTG(Distance to Go)”後查表即可知道最佳通過高度,換句話說,是把計算公式簡化、減輕大腦負荷,讓他能更專注於聽從航管指令或情境環境的判斷。

 

檢查點如下:

預測飛行距離(海浬)

通過最佳高度(英呎)

最佳飛行速度(節)

100

25,000

280

80

20,000

280

70

17,500

280

60

15,000

280

50

12,500

280

40

10,000

250

30

9,000

250

20

6,000

250

10

3,000

200

「低了,沒關係,減少下降率就可以,」他解釋,「高了,就不安全,即使引擎維持怠速,飛機在無動力滑翔之下還是會超出跑道。」修正的方法很多,如果低於下滑角,只要增加引擎動力即可減少下降率;如果高於下滑角,可以加速、降低俯仰角度讓飛機俯衝而下,或是使用減速板,破壞升力、增加阻力以增加下降率。

 

有了這個方式,預測的飛行“距離”變成最重要的判斷依據,而如何“預測”飛行距離也是華勒斯覺得飛行最有趣也最有挑戰的地方。「經過三年的時間,我總算歸納出屬於自己預測飛行距離的方法,」他說道,「根據不同機場的航管特性、空中交通的擁擠程度,何時轉彎?何時下降?何時減速?與預測飛行距離的遠近息息相關。」

 

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-航管特性與情境察覺-

 

「善用飛機的儀表來幫助我計算目前飛機與機場的距離,」華勒斯說,「是非常重要的第一步。」其中包括:

 

一、ND(Navigation Display)導航儀表上,可以看出飛機與機場的相對位置。

二、飛行電腦計算出來的飛行距離,假設完全按照進場程序的路線飛行。

三、與機場附近的地面站台做比較,可以得知飛機與機場的距離。

 

「有了這個距離,就可以先做初步的修正。」他說,「我把每次下降計畫當作在雕刻一樣,從飛行電腦計算出一開始的下降點,是大略的刻劃外形,隨著航管的指令,再做更細膩的修正即可,依據航管員的指令來猜測這個距離是不是會縮短或增加?是下降計畫最重要的精神所在。」

 

「航管指令並不是代表只有指令而已,」華勒斯說道,「其實是航管員的一個暗示,背後有真正的意思。」

 

例如:

航管指令

真正涵意

減速或左右偏轉航向

前面有飛機,請飛慢一點保持足夠隔離

保持最快速度或直飛

前面沒飛機,請飛快一點不要擋住後面飛機

許可下降的高度

待會距離跑道多遠時,轉進來攔截儀器訊號的距離

進場的優先順序

若排序很後面,請飛慢一點或減少下降率,反之亦然

雷達導引的距離

從目前位置到落地的飛行距離,請自行調整下降率

「猜中航管員的想法很重要,這需要有一點聯想力,」華勒斯解釋,「尤其情境察覺(Situation Awareness,know what is going on so you can figure out what to do),簡單的說就是要知道現在發生什麼事並能知道該如何應對。」距離機場越近,來自四面八方的飛機更多,而機師不像航管員有雷達螢幕可以看到所有的飛機相對位置,只能透過無線電中航管員給其他飛機的指令來猜測。「經驗老道的機師可以透過無線電的對話,」他驚歎,「在腦中拼湊出在這個空域裡或在這個航管員的管制下,所有飛機的3D立體相對位置。」知道所有飛機的相對位置就可以推測飛機的進場順序,進而調整飛機的下降率,根據飛機高度而增加或減少。

 

「但要做到這點即不容易!」華勒斯坦誠,「首先得聽懂所有航管給的指令,還要有驚人的記憶力記住,再配合優異的空間概念,聯想出每一架飛機相對位置。」要做到這樣的功夫真的很難,尤其是在非常忙碌的機場或在口音較重的航管員的管制下,常常因為分心或壓力而錯過航管指令。「即使真的掌握每一架飛機的位置,有時也會“猜錯”航管員的想法,」他說,「猜對需要一點運氣;即使猜錯了,也沒關係,我們都有隨機應變的能力可以修正。」

 

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在不同的機場與時間、不同的進場方向或航管員是否有提供雷達引導,都是機師判斷及修正高度的重要因素,以下是華勒斯自己歸納出來的結果:

難度等級

1.0

航線

香港─台北

目的地機場

台灣桃園

使用跑道

05右

航管指令

直飛HUKOU,通過HUKOU高度不低於4,000呎,許可ILS跑道05右進場。

進場時間

非忙碌

進場方式

直線進場,無雷達引導。

飛行距離

飛機目前位置到機場的距離,或使用飛行電腦計算的距離。

高度判斷

從飛機目前位置到HUKOU的距離,換算檢查點得到的高度加上4,000呎,即為最佳通過高度。

VHHH-RCTP1

難度等級

1.5

航線

台北─香港

目的地機場

香港赤鱲角

使用跑道

07右

航管指令

許可下降4,500呎,通過LIMES後許可ILS跑道07右進場。

進場時間

非忙碌

進場方式

下風邊進場,無雷達引導。

飛行距離

使用飛行電腦計算的距離。

高度判斷

由於要做一個完整的進場路線(無捷徑),所以飛行電腦計算出的距離非常準確,同時電腦也考慮到通過每一點的高度與速度限制,建議使用VNAV PTH。

RCTP-VHHH1

 

難度等級

1.5

航線

台北─安格拉治

目的地機場

安格拉治國際機場

使用跑道

07右

航管指令

保持航向040,下降2,000呎直到攔截LOC訊號,許可跑道07右進場。

進場時間

忙碌

進場方式

直線進場,雷達引導。

飛行距離

飛機目前位置到機場的距離。

高度判斷

從飛機目前位置到TULLI的距離,換算檢查點得到的高度加上1,600呎,即為最佳通過高度。

RCTP-PANC1

難度等級

2.0

航線

台北─新加坡

目的地機場

新加坡國際機場

使用跑道

02左

航管指令

許可下降3,000呎,預計雷達引導距離40海浬。

進場時間

忙碌

進場方式

下風邊進場,雷達引導。

飛行距離

從飛機目前位置到落地的雷達導引距離為40海浬。

高度判斷

新加坡提供的雷達導引距離非常準確,根據檢查點的高度,此時最佳通過高度為10,000呎,速度250節。

RCTP-WSSS1

難度等級3.0

航線

曼谷─倫敦

目的地機場

希斯洛國際機場

使用跑道

27 右

航管指令

離開LAM盤旋航線後,航向270,下降3,000呎,速度180節

進場時間

忙碌

進場方式

直線進場,雷達引導。

飛行距離

從飛機目前位置到機場的距離+10海浬

高度判斷

雖無法判斷航管雷達引導的距離,但因為空域太擁擠,所以航管席位劃分的很細,同時雷達航管員非常專業,了解每一架飛機的特性,因此只要按照航管的指令,即可保持在三度下滑角內,機師只是按照航管指令讓飛機轉彎、下降、減速,無法控制最佳高度,真正在控制飛機的其實是航管員。

VTBS-EGLL1

難度等級

3.5

航線

台北─洛杉磯

目的地機場

洛杉磯國際機場

使用跑道

24右

航管指令

通過SMO電台後航向240,許可下降3,000呎,預計使用24右。

進場時間

非忙碌

進場方式

下風邊進場,雷達引導。

飛行距離

飛機目前位置到機場的距離+20海浬。

高度判斷

假設最後進場邊無其他飛機,航管許可下降高度3,000呎,可預測航管員以雷達引導至下風邊大約10 (航管許可高度3,000除以300) 海浬處,再右轉回來攔截儀降系統,所以對齊機場後到最後落地的飛行距離還有大約10*2=20海浬。因此對齊機場時,最佳通過高度6,000呎,速度250節。

RCTP-KLAX1

難度等級

4.0

航線

安格拉治─芝加哥

目的地機場

芝加哥歐海爾國際機場

使用跑道

28

航管指令

通過ORD電台後保持目前航向,許可下降6,000呎,減速至200節。

進場時間

忙碌

進場方式

下風邊進場,雷達引導。

飛行距離

飛機目前位置到機場的距離+20~30海浬。

高度判斷

機場忙碌時,來自四面八方的飛機讓間隔必須加大,無一定的判斷準則,隨時注意航管員的指令,並保持其他飛機的目視隔離。

1. 航管要求減速:前面有太多飛機在排隊,請飛慢一點。

2. 許可下降6,000呎:預測雷達引導至下風邊超過20海浬。

3. 許可下降4,000呎:預測雷達引導至下風邊超過13海浬。

4. 通常直線進場的飛機排序優先於下風邊進場的飛機,但也有可能在間隔許可的情形下,讓下風邊進場的飛機插隊進場,預期會有目視進場的許可。

PANC-KORD1

難度等級

4.5

航線

台北─舊金山

目的地機場

舊金山國際機場

使用跑道

28左

航管指令

通過SFO電台後航向140,許可下降6,000呎,減速至180節。

進場時間

忙碌

進場方式

下風邊進場,雷達引導。

飛行距離

通過SFO電台後,雷達引導距離大約是20海浬。

高度判斷

舊金山特殊高角度下降,通過SFO電台保持10,000呎,雷達引導至西南方約10海浬處,再左轉進來攔截儀降系統,在航管要求減速的狀況下,很難增加下降率,只有放出最大外型才有可能消耗多餘的高度。同時注意來自東南方使用28右跑道的飛機,保持目視隔離,絕對不能超越前方飛機。

RCTP-KSFO1

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-飛行員的管理角色-

 

高度科技化的民航機與日益飽和的空域,讓機師不再只扮演飛行者或是自動駕駛的監督者的角色而已,更重要的是變成一個管理者。機師把接收到的航管指令,透過自動駕駛讓飛機的高度、速度、航向等,符合航管員所需要的安全隔離,是每一次下降過程中駕駛艙裡的機師非常忙碌的原因。「飛行變成是一種管理工作,」華勒斯說,「管理與協調來自四面八方來的訊息,包括航管員、天氣、其他飛機、、飛行電腦、自動駕駛甚至是乘客舒適,都是管理的一部分。」

 

「下降計畫做得好不好,坐在後面的乘客或在地面的航管員不會知道、飛機也不會抱怨,」華勒斯興奮的說,「但對我來說,如果能做好的話,是一個讓我非常有成就感的事情。」不僅如此,更重要的是一個有效率的下降可以減少油料的浪費,即使每趟飛行只有省一點點油,但是積少成多,長時間下來對地球環境的傷害也降低許多。「過與不及都不好。」他補充說,「在安全無虞的情況下盡可能省油,千萬不要因為省油而影響安全。(Burn fuel as less as you can, as more as you need.)」省油不是比賽,沒有獎金,更不會把省下來的油加入汽車的油箱裡。

 

「下降計畫是藝術,不是科學。」華勒斯說。一個科學實驗,用同樣的數據、方法,會有相同的結果。但是下降計畫不同,每趟飛行的天氣、飛機重量、風向溫度、航管員、飛行員都不同,有太多變數會影響下降計畫,所以它是藝術,沒有一次的結果會是相同的。就算是在模擬機裡,同樣的天氣、重量、風向、航管指令,只要飛行員的想法不同,就會不同。

 

以自動駕駛而言,下降的模式有很多種,VNAV SPD, FLCH SPD, V/S…都是可以使用的方法。「對我而言,什麼模式都可以。」華勒斯坦承,「根據不同情況使用不同的方法調整,是我的原則。」完成訓練剛開始飛行的時候,他有遇過一些機長不喜歡使用V/S模式,或是在雷達引導後,只能使用FLCH SPD模式下降,讓他覺得局限太多,也沒有機會能嘗試不同的方法。「不可以苛責菜鳥,也不要侷限太多,因為他們經驗不足。」華勒斯想到自己也是這樣一點一滴慢慢累積經驗,就覺得感觸良多。「反倒是經驗豐富的機長,更應該要分享自己的經驗,多點耐心與包容,容許菜鳥犯錯後,讓他們從錯誤中學習,才能印象深刻。」他說。

 

從一開始最讓他挫折與害怕的訓練,到現在變成是華勒斯每趟飛行後成就感的來源。「工作上有成就感的話就有樂趣,」他說,「有樂趣的話心情就會好,心情好的話表現就好,表現好的話犯錯的機會就少。」這是一個良性循環、也是一股支持極大壓力的飛行工作所需要的力量。

 

「萬事起頭難,學飛最辛苦的就是從無到有的過程。」華勒斯說,「可是當我學會了之後所得到的成就感,那種明明身體很累但心裡很亢奮的感覺,是千言萬語無法形容的!」

 

後記:

 

下降計畫是我整個飛行訓練過程中,花最久時間摸索與學習的技巧。雖然訓練手冊上有教計算的方法,但卻只是基本的原則而已,實際飛行根本無法應付。所以我把我自己累積的經驗與算法,寫成傑森‧華勒斯的故事,分享給我的機師朋友,不過,這篇文章只是我個人的技巧,與教科書或其他人使用的方法不完全相同哦,這篇文章有比較多專業的術語,希望我寫的內容不會太難懂,讓我的家人朋友都能喜歡。