更新於 2024/09/21閱讀時間約 8 分鐘

飛機駕艙儀表簡介

如果有機會進到飛機的駕駛艙,大多數的人一定都會被裡頭密密麻麻的儀表、開關給嚇到,進而對飛行員的崇拜又多了一點。

本篇會介紹駕艙儀表的演化歷史,及因此而消失的 "飛航工程師"。也會詳盡的說明駕艙儀表的安排方式及設計的原理。

現代駕駛艙只要兩名組員

早期的飛機駕駛艙裡,除兩名飛行員外,還包含一名飛航工程師,負責監控及操作飛機上的各個系統 。更早之前,甚至連導航通訊都需要安排專門人員,主要就是因為光飛行操作,就讓飛行員忙翻天,無暇再去打理其他工作。

而近代民航機的駕艙,經過整合設計及系統自動化後,只需正、副駕駛兩員,就能執行飛航任務。緊急狀況時,甚至只需一人,就能操控整架飛機 (平常是以操作/監控的分工方式合作)。

由於系統自動化以及可靠度提升,飛行員可以專心於飛行操作,不需分心於機上系統運作。加上電腦隨時監控,如果系統出現問題,螢幕上會自動跳出相關訊息及警告聲響來提醒飛行員(甚至新一代飛機,連飛行員的處置程序都會列出來)。

再加上自動飛行 (Auto-Pilot) 的進步,飛行員本身的飛行操作負荷降低,有能力兼顧系統監控、導航、通訊等工作,因此上述飛航工程師、領航員、通訊員都一一從駕駛艙中退出,只剩兩位飛行員。

747-100 與 747-400 的駕艙儀表比較

747-100的駕駛艙儀表 (Daderot,CC0,via Wikimedia Commons)


747-400 的駕駛艙儀表(norio nakayama from saitama,japan,CC BY-SA 2.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0>,via Wikimedia Commons)

從照片裡可以看到,747-100 駕駛員前面的面板上(包含右側飛航工程師的面板),原本是一顆顆獨立的 "表頭" ,到了 747-400 上,已經被前面的幾個螢幕所取代 (747-100 駕艙右側的飛航工程師的面板已取消) 。 這種新一代的儀表板,以玻璃螢幕 (後來又演進到 LCD) 取代傳統獨立儀表,即所謂的 "玻璃座艙" (Glass Cockpit)。

四大儀表面板

節錄自 Airbus A350-900 Flight Deck and Systems Briefing for Pilots

以 A350 的駕駛艙為例,四大面板分別是:

  1. 頭頂面板 (Overhead Panel) : 主要是與飛行較無直接關係的系統控制面板 (例如空調,液壓,燃油,電力系統等)
  2. 遮光罩面板 (Glareshield) : 由於下方的飛行儀表面板容易反光,因此會在此加遮光罩。 此處主要是跟自動駕駛有關的操控面板。
  3. 飛行儀表面板 (Main Instrument Panel) : 與飛行相關的儀表都設在這裡,最明顯的就是六個螢幕。
  4. 中央廊板 (Pedestal) : 推力油門,飛行電腦,通訊系統的操控都位於此處。

近年來,飛機製造商一直強調駕艙設計的一致性,讓航空公司在換裝機型,及飛行員轉換機隊時,減少所需的訓練時數。這也造成各機型間的駕艙儀表越來越相似,雖然少了多樣性,但對飛航安全的提升及營運成本的降低,卻是大有助益。

燈號顏色的意義

飛機上的儀表或燈號設計,有所謂的 "Dark Cockpit" 的理念 - 只要飛機系統運作正常,基本上就不會出現任何的燈號,以盡量減少對飛行員的干擾。

各類燈號或訊息,也以不同顏色來區分緊急的程度 :

  • 紅色燈號或訊息 : 緊急狀況,飛行員必須馬上處理。 例如引擎火警 (如果沒立刻處置,火勢可能延燒擴散),客艙失壓 (如果不立刻戴上氧氣面罩並降低高度,駕駛員或旅客可能會陷入昏迷)。
  • 黃色燈號或訊息 : 表示系統出現問題,但還不至於到緊急的程度,飛行員可以在排除緊急狀況後再來處理。 例如液壓失效,油箱裡沒油 (沒錯,這些都不算 "緊急事件",反正急也沒用)
  • 綠色或白色 : 表示正常狀況或是提醒的內容。

飛行儀表

飛機儀表板的簡化,最明顯的,就是飛行員前方的多功能顯示器。其中飛行員用來做飛行操作參考的,分別稱作 PFD 及 ND :

  • PFD (Primary Flight Display) ,用來顯示飛機的姿態(俯仰及傾斜),空速,高度,爬升率,及羅盤。 簡單的說 PFD 顯示的,是以飛行員視角看出去的的飛機姿態,以及重要的飛行參數。
  • ND (Navigation Display),用來顯示導航資料,氣象雷達等平面資料。 就像以上帝視角,俯瞰飛機在地表上的位置及周遭相關的資訊。

飛行員在遭遇緊急狀況時,被教導必須依序以下三原則行動 : Aviate,Navigate,Communicate。 (穩住飛行,導航,對外聯絡)。 也就是先要穩住飛機 (基本上就是平飛),並維持在安全的高度與速度,接下來是確認自己現在位置,往正確的方向飛行,最後才是聯絡航管員或其他人員,取得外部的支援。 Aviate 就是看 PFD,Navigate 就是看 ND。

引擎參數,警告訊息,及系統狀態顯示

之前提到飛航工程師之所以被取消,正是因為這些監控工作現在都由電腦來取代。其顯示的資訊如下:

  • 引擎參數 : 顯示轉速,尾溫,燃油流量,滑油溫度,滑油壓力,震動等等資訊。
  • 警告訊息 : 正常時是一片空白,系統有異常時,才會出現簡短的縮詞訊息,提醒飛行員注意。
  • 系統狀態 : 以圖形化的方式,顯示元件間的相對位置及目前狀態,讓飛行員更輕鬆地掌握飛機系統狀態。

這套監控系統,波音及空巴有不同的稱呼:

  • 波音 : EICAS (Engine Indicating and Crew Alerting System),發動機參數顯示暨組員警告系統
  • 空巴 : ECAM (Electronic Centralized Aircraft Monitor),電子集中式航機監控系統

引擎參數及警告訊息

系統狀態

顯示器的可交換性

在正副駕駛前方,會有各自的 PFD/ND 可以使用,而引擎參數、警告訊息、及系統狀態顯示則會在中間兩個螢幕顯示 (雙方共用),因此通常會有六個螢幕在駕駛艙內供飛行員使用。

玻璃駕艙的優點,就是任一螢幕壞了,可切換由其他螢幕顯示。不像傳統儀表,一旦某個儀表壞了,沒有備份儀表可用,就完全無法得知該儀表的相關訊息,因此安全性也得到提升。

抬頭顯示器

近年來,原本只用在戰鬥機上的抬頭顯示器,也開始逐漸運用在民航機上。

抬頭顯示器可以把飛行儀表的資訊,投射在飛行員面前一塊透光的玻璃(或塑膠)上,讓飛行員在注視外界環境的同時,不必分心低頭看飛行儀表,大大增加飛行員對情境掌握 (Situational Awareness) 的能力。這套系統可以提升飛機進場能力,讓飛機能在能見度比較差的情況下降落。


總結

由於飛機系統自動化及可靠度的提升,再加上引進了監控系統 (EICAS/ECAM),讓現代民航機駕艙內,只需兩名飛行員即可操作。

駕艙內的儀表可分為四大區塊:

  1. 頭頂面板 (Overhead Panel)
  2. 遮光罩面板 (Glareshield)
  3. 飛行儀表面板 (Main Instrument Panel)
  4. 中央廊板 (Pedestal)

"Dark Cockpit" 的理念 - 飛機系統運作正常時,就不會出現任何的燈號。各類燈號或訊息,會以不同顏色來區分緊急的程度 :

  • 紅色燈號或訊息 : 緊急狀況
  • 黃色燈號或訊息 : 可在排除緊急狀況後再來處理
  • 綠色或白色 : 表示正常狀況或是提醒的內容

現代民航機的飛行儀表,已使用整合的顯示螢幕,來取代過去單獨的表頭,稱為玻璃駕艙(Glass Cockpit)。一般會有六個螢幕來顯示資訊,而且螢幕若故障,可以切換至其他螢幕。顯示的資訊主要分為三類:

  • PFD : 用來顯示飛機的姿態(俯仰及傾斜),空速,高度,爬升率,及羅盤
  • ND : 用來顯示導航資料,氣象雷達等平面資料\
  • EICAS/ECAM : 用來顯示引擎參數、警告訊息、系統狀態

近年來,抬頭顯示器開始逐漸運用在民航機上。 可增加飛行員對情境掌握 (Situational Awareness) 的能力,也能讓飛機在能見度比較差的情況下降落。


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