飛機的決定速度V1與起飛距離

更新於 發佈於 閱讀時間約 4 分鐘

什麼是決定速度 在決定甚麼 ?

飛機在跑道上加速起飛的過程中,如果發生緊急狀況 (最嚴重就是引擎故障),飛機會放棄起飛,在跑道上煞停。這種狀況稱為 RTO (Rejected Take-Off)。

但如果事發時,飛機速度已經很快,有可能會煞不住而衝出跑道。這時反而要繼續加速,先讓飛機起飛後,再找機場降落。

所以在起飛過程中,在達到某個速度前,飛機可以終止起飛,在跑道上煞停。但超過某個速度之後,就算發生引擎故障,仍然必須繼續加速起飛,否則就會衝出跑道。這就是所謂的“決定速度”,又稱為 V1

備註: V1 的 “1”,指的是 “One Engine Inop”,代表著飛機少了一顆引擎,推力減少的狀況。

飛機剩一顆引擎還能飛嗎 ?

或許有人會問,飛機帶著故障起飛,不是很危險嗎 ? 如果是引擎故障,剩一顆引擎還飛得起來嗎 ?

關於這點倒是不用擔心,因為 :

  • 製造商在設計飛機時,就考慮壞了一顆引擎,飛機也能正常操作
  • 每次起飛前的性能計算,都會考量單發動機失效,推力減少的狀況
  • 飛行員會定期做單發動機失效的模擬機演練

決定速度與起飛距離

依照發動機失效的時機,先用兩種極端的情況來說明。

第一種情況,失效發生在飛機剛開始加速時。這時踩下煞車,飛機可以立即停下。若以剩下的發動機繼續起飛,則會因為加速性能不足,所需的跑道長度會大增,如圖一。

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第二種極端的情況,則是飛機已經加速到接近離地的速度。此時若執意煞停,需要很長的跑道長度。但若繼續起飛,雖然推力減少,但起飛距離還是比煞停短,如圖二。

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可以想見,介於這兩種極端情況中間,存在某個速度,不管是繼續起飛還是立刻煞停,兩者所需的跑道距離都相等,如圖三。

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這個速度,就是剛剛提到的 “決定速度” V1,這時的跑道長度稱為"Balanced Field Length (平衡跑道長度)",也就是飛機起飛所需的最短距離。

但這時,飛行員必須嚴格遵守底下規則,否則可能衝出跑道:

  • 飛機加速到達 V1 前,若發動機失效,飛機必須立刻煞停,否則剩下跑道長度將不夠飛機繼續起飛。
  • 當飛機速度超過 V1後,即使一個發動機失效,飛機也必須繼續起飛,若執意煞停,則可能會衝出跑道。

影響起飛距離的參數

會影響飛機起飛跑道距離的參數很多,以下一一說明:

  • 飛機重量 : 飛機載客越多,加的油越多,飛機越重,起飛所需的距離就越長。
  • 外界溫度 : 溫度越高,引擎就越容易超溫,推力就會受限制,所需跑道就會越長。
  • 機場海拔高度 : 海拔越高,空氣越稀薄,引擎推力越小。相同速度下,產生的升力也越小,所需跑道距離就越長。
  • 風向風速 : 逆風越大,飛機受到相對的氣流速度越快,升力越大,所需的跑道距離越短。順風則會使所需跑道距離變長。
  • 跑道濕滑狀況 : 下雨跑道濕滑時,煞車距離會變長,考量煞停的狀況,所需起飛跑道距離會變長。

由以上可知,飛機的起飛距離並不是固定值,只要載客不多或是短程飛行,就算大飛機,也有可能在小機場起飛。

就舉個 A380 能不能在松山機場起飛的例子吧。

從下圖來看,松山機場2605 公尺長度的跑道,A380可以起飛的重量約在 530公噸左右。扣掉A380空重 285公噸及50公噸酬載 (500位乘客/行李),大概還可裝油 195公噸,我想這樣的油量,應該可以飛到日本了吧 !

圖表出處 – A380 AIRCRAFT CHARACTERISTICS AIRPORT AND MAINTENANCE PLANNING (ISA + 15 ˚C Conditions- TRENT 900 Engines)

圖表出處 – A380 AIRCRAFT CHARACTERISTICS AIRPORT AND MAINTENANCE PLANNING (ISA + 15 ˚C Conditions- TRENT 900 Engines)

這時候A380能不能在松山機場起降,就不是跑道長短的問題,而取決於機坪大小或是滑行道淨空的問題了。

因為影響起飛距離的參數很多,也對距離的計算影響很大,所以現在都是跑電腦程式計算,或是機上的飛行電腦提供。

實際運行方式

簽派員在做飛行計畫時,還無法確定飛機的最後重量。所以航空公司是以現有機場資訊 (包括跑道長度、風向、溫度等等),反推這個機場,可以讓飛機起飛的最大重量。再根據這個重量,算出飛行所需的油料及可以接受的酬載 (乘客數量及行李/貨物重量)。

這些資訊會提供給客運及貨運部門,決定這趟飛行可以收多少客人、多少行李及多少貨物。當然這些都只是估算,起飛前的天氣都有可能再變動。當最後客人數及貨物重量確定後,載重平衡表出來後,就能計算起飛跑道長度,以及決定速度 V1。

備註 : 過去曾發生因天氣太熱,造成航機起飛跑道長度不足,需要拉貨、卸行李,甚至趕乘客下機的新聞。
飛機太重無法起飛!機師「邀請」20位乘客下機

如果跑道夠長,不會限制起飛重量的情況下,那麼 V1 選擇就不限於一個定值,而是有個上下限範圍,但在操作上,仍會選一個數值來做為操作時的依據。

不過這種情況,航空公司通常會採用 "減推力起飛" 措施 (刻意減低引擎最大推力輸出,可以保護引擎熱段零組件,延長引擎壽命)。 此時飛機因推力降低,所需的起飛跑道長度也會增加,但仍在現有跑道長度內。

波音747-100 起飛時灌水進引擎

早期引擎技術不發達,飛機常有起飛推力不足的問題 (跑道不夠長)。許多飛機包括波音747-100,會在機上加裝專用水箱 (多達三噸),在起飛過程中,將水噴入引擎中,來降低引擎的排氣溫度,提高起飛推力。

後來技術進步,引擎推力提升,現在已幾乎沒有飛機需要加裝水箱了。


重點整理:

  • 決定速度 V1 : 起飛過程中,在達到此速度前,飛機可以終止起飛,在跑道上煞停。超過這個速度之後,就算發生引擎故障,都必須繼續加速起飛。
  • 平衡起飛距離 : 在飛機速度達到 V1時,不管是繼續起飛還是立刻煞停,所需的跑道距離都相等,這也是最短所需起飛跑道距離。
  • 影響飛機起飛跑道距離的參數:
    飛機重量
    外界溫度
    機場海拔高度
    風向風速
    跑道濕滑狀況
  • 飛機的起飛距離並不是固定值

參考資料 :

波音飛機特性-機場規劃手冊

空巴飛機特性-機場及維修規劃手冊




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