2011年9月29日 星期四

航空電子系統(Avionics)


現在的飛機,大量仰賴電腦控制,沒有電腦,飛行絕對不會如此的安全、舒適且有效率。
飛機上的各類電子系統,通稱為航空電子(航電)系統,英文aviomics為aviation electroic system的簡寫。撇開機上娛樂系統,還有提供合適氣壓、溫溼度的環境控制系統等等周邊系統不談,飛機上幾個對於飛行極為重要、扮演靈魂角的系統分別為:大氣數據系統(air data system)、飛行控制系統(flight control system)、自動駕駛系統(autopilot)、導航系統(navigation)、飛行管理電腦(flight management system)、電子儀表(EADI/EHSI)與相關警告系統。
以民航機來說,航空公司的遷派員與機師作完飛行簡報後,機師便進入駕駛艙將飛行計畫中的相關資訊輸入飛行管理電腦(flight management system)中。這些資料包含了起飛的機場、目的地機場、途中所要經過的中途點(waypoint)與使用航路、籌載重量、攜帶燃料量、載重平衡、天氣狀況等等。電腦會根據起飛機場的跑道長度、飛機載重量、大氣狀況(風向風速、氣溫、氣壓),計算出起飛所需的空速(air speed)與發動機推力,甚至是檢查飛機有沒有對準跑道。
在起飛前,飛機上的電腦系統也會檢查各項設定是否有錯誤,例如是否會超過最大起飛重量、飛機外型等等。當飛機開始在跑道上加速滾行,大氣數據系統(air data system)就成了相當重要的系統,大氣數據系統會接收空速管、靜壓感測器、攻角感測器等資料並加以計算處理。透過大氣數據系統,可以了解飛機的空速、飛行高度、飛行攻角,這些資訊將顯示在儀表系統上,也會作為自動駕駛系統(autopilot)操控飛機的重要依據。同時,透過空速與飛行攻角的判讀,也可以計算飛機是否失速(stall)或超速,並適時發出警告提醒機師。
飛機離開地面到了高空中後,導航(navigation)也顯得非常重要,飛機導航主要是靠慣性導航(傳統陀螺儀或光學陀螺儀、三軸加速儀)、無線電測向與測距(VOR/DME)、衛星定位等。透過這些到航資料,可以了解飛機目前所在位置,連同輸入在飛行管理電腦中的航路資訊,將現在飛機所在位置、航向、計畫中的航路等顯示在電子儀表中的EHSI顯示器上。同時,慣性導航系統也可以感測出飛機目前的姿態(俯仰、滾轉角度),配合飛機的高度、空速、攻角等等資訊,顯示在電子儀表中的EADI顯示器上。有了這些資訊,機師就可以輕易地透過飛行控制系統(flight control system)操控飛機,或是由自動駕駛系統輔助操控。
在空中飛行,還會遇到天候狀況、甚至是空中的其他飛機。面對多變的天氣,除了靠航管提供的天氣資訊與鄰近空域的飛機回報外,現在的飛機也都配有氣象雷達,可以偵測前方的天氣狀況,並顯示在EHSI上,使飛行員能夠對天氣的變化有所準備。此外,飛行管理電腦中,也會輸入飛行計畫中的備用航線與備降機場,如果需要更改航路時也能從容應變。對於空中的其他飛機,一般而言,航管都會加以管制,若仍然發生空中接近的狀況,兩架飛機上的空中防撞系統(TCAS)就會產生作用。透過無線電答詢機確認彼此的位置,將接近資訊顯示在EHSI上,提醒機師進行避讓,甚至是使自動駕駛系統做出避讓動作。
當飛機抵達目的地機場附近並降低高度後,飛機上的儀器降落系統(ILS)會開始搜尋機場打出來的ILS指引訊號,目前最先進的儀器降落系統,已經可以讓飛機在能見度趨近於0的狀況下安全降落,也因此儀器降落系統有另外一個別稱叫盲降系統。飛機在跑道上著路、自動煞車系統感測到主輪落地後,可以根據跑道長度、天氣狀況自動分配各種減速機制與力道,使飛機安全地減速。
可見航空業今天可以如此蓬勃發展,電腦與相關資訊科技是功不可沒。

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