客機駕駛探秘4.3 飛行高度與氣壓以及最大飛行高度

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上一節介紹了關於速度的指標，這一節說明一下關於高度方面的數據。
飛機上高度計有兩種，氣壓高度計(barometric altimeter)和無線電高度計(radio altimeter)。讓我們先看看氣壓高度計。

我們都知道隨著高度的上升，空氣密度減少，氣壓隨之下降。於是通過測量大氣壓，並與標準值比較就能得出測量地點的絕對高度值（海拔高度），這就是氣壓高度計（altimeter）的基本工作原理。使用氣壓來測量的好處是高度計體積小結構簡單，但是也有缺點，就是除了高度以外，溫度和水蒸氣密度變化也會影響氣壓的變化。因此在飛機上飛行員一定要要根據當地實際大氣情況對氣壓計進行校正，起飛前降落前都不能缺少，不能正確掌握的高度對於降落的危險性是不言而喻的了。

舉個例子來說，前一天在高氣壓晴天天氣下，某飛機降落在海拔高度6.4米的羽田機場，當時的氣壓為1013百帕，飛機上高度表的被校正到高度計設定29.92英尺汞柱，高度計顯示為21英尺。第二天開始下雨，氣壓降低到997百帕，如果沒有校正的話，此時高度計的顯示就是450英尺，換算為米為137米。停在海拔6米處地面上的飛機，儀器顯示居然是137米，天氣對高度計的影響之大可見一斑。所以起飛之前飛行員一定要把高度計設定至997百帕，高度計設定29.45英尺汞柱。這個設定值的情報可以通過機場空中管制員，航空公司簽派員或者機場通波ATIS來獲取。

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關於氣壓有幾個名詞會經常用到，下面簡單總結一下。

1. "場面氣壓QFE"是機場水平高度的氣壓，FE可以用"Field Elevation"來記憶。飛行員如果用QFE的高度計設定來校正高度表，那麼在機場上高度表的指針就會指向0英尺。

2. "修正海平面氣壓QNH"是根據國際民航組織所訂立的標準大氣將QFE轉換而成的數值。NH可以用"Not Here"來記憶。上面提到的在機場時高度計設定時所使用的就是QNH值。飛行員如果用QNH的高度計設定來校正高度表，那麼在機場上高度表的指針就會指向該機場的海拔高度，這也是航圖上所標註的機場數據。因此在機場附近進行起飛，爬升，下降以及降落過程時都需要以QNH值為標準來撥正高度表。這樣就保證了所有起飛降落的飛機都使用同一個標準來測定飛行高度，防止撞地/飛機相撞或者異常接近等事故的發生。

3. "標準大氣壓QNE"是指在標準大氣條件下海平面的氣壓。其值為1013.2百帕（29.92英寸汞柱）。在機場附近可以以QNH值來做標準，但是在機場之間飛行時，氣壓的變化不定，也不可能在地面或者海洋上設立無數的測量站來測定QNH,所以這時候所有的飛機都統一使用一個標準，即QNE的話，那麼就可以簡化高度表撥正並保證空中安全了。那麼什麼條件下把QNH調整到QNE呢？按照規定有一個轉換高度，當QHN超過這個高度以後，飛行員就需要把高度計設定至QNE,也就是29.92英寸汞柱，1013.2百帕。另外每個國家對轉換高度的規定不一樣，比如上升時中國為3000米，日本為14000英尺，美國為18000英尺，英國為6000英尺，新加坡和泰國為11000英尺。

繼續以波音777為例看一下實際的儀器顯示，下圖PFD中的高度顯示在右側的高度條的中央方框內，

數字"4800"表明了高度計顯示為4800英尺，而下方的"29.86 IN"數據表明了高度計設定為29.86英尺汞柱，說明這時飛機使用的是QNH值。
再看一下下面這個圖，把高度計部分單獨拿出來，對各個數字進行了具體解釋。

我們可以看到中央方框裡處，"CURRENT ALTITUDE"箭頭指向的數字"4800"表明了高度計顯示為4800英尺，下面還有一個方框內顯示著"STD",這表明當前飛機使用的QNE標準大氣壓。同時還可以看到STD下方的"PRESELECTED BAROMETRIC REFERENCE"箭頭指向的"29.86 IN"數據。這是預設置好的高度計值，被設定為29.86英尺汞柱。飛行員可以在下降階段中預先把目的地的QNH值調好，飛機低於轉換高度後只要按一下切換鍵就可以，大大簡化了操作。

STD鍵位於上圖中的EFIS控制台中右上方，"BAROMETRIC REFERENCE SELECTOR"箭頭指向的BARO旋鈕處就是高度表設定。

關於高度的單位一般歐美日本都使用英尺，中國使用米，但是在使用QNE高度設定時都使用Fly Level這個說法。使用Fly Level時數字省略掉後面2個零，因此35000英尺被叫做Fly Level 350，一般寫為FL350。比如在3.7節的空中管制對話中曾經介紹過這樣的介紹：
"Tokyo Control，Air System 115，Leaving 7800 for FL210，Initially Proposed FL410"
"東京區域，這裡是Air System 115航班，正在通過高度7800英尺至21000英尺，最終目標高度41000英尺"
這裡就使用了7800、FL210和FL410來表現高度，現在我們可以知道了，7800是QNH下的高度7800英尺，FL210是QNE下的高度21000英尺的意思。

那麼一般來說民航客機最高能夠飛多高呢？關於最大飛行高度，即"升限"涉及到2個方面的要素，升力和機體強度問題。

我們知道飛機能夠飛行是因為有空氣的存在，發動機推動飛機當到達一定速度以後，作用在機翼上的氣流會產生向上的升力使飛機不斷爬升。但是高度越高，空氣越是稀薄，進入發動機的空氣越少，發動機所能產生的推力也就越低，最終到達飛機所能向上爬升的極限，這時飛機只能進行平飛了。這就帶來飛機的"實用升限"的概念。當飛機爬升速度越來越低，其垂直方向的上升率下降到300英尺/分（90米/分,慢得和人行走的速度差不多了）時所對應的高度即為實用升限。因此同類型飛機，發動機功率越大，重量越輕，實用升限也就越高。

機體強度涉及到飛機內外壓強差的問題。在1萬米上以上的高空，氣溫約為零下50度，氣壓也只有地面上的20%，因此客機里如果沒有空調和增壓設備提供適當的溫度和氣壓，乘客是無法生存的。對於空調一般來說客艙內的溫度都以24度為標準，夏天時夏裝比較薄會適當調高溫度，而冬天冬裝較厚會適當調低一些溫度。但是相比溫度，增壓調節就比較困難一些。

比如說如果要始終保持客艙內一個大氣壓情況下不斷上升，隨著外部氣壓不斷下降，內外壓力差的作用下，飛機就會象氣球一樣不斷膨脹起來。在11000米時內外差的壓力會達到8。1噸/平米作用到機體上，而在13000米高度時達到8。7噸/平米的力量。這就要求飛機的機體強度能夠抵抗如此大的壓力而不能變形。同時隨著每班航班不斷上升下降，作用在機體上膨脹收縮的力量不斷重複，最終會造成金屬疲勞，產生機體破裂等強度上的大問題。

因此在飛機設計上，隨著高度的變化，相對外部氣壓變化的同時也會逐漸調整機內的氣壓，減少內外壓力差影響。當然氣壓過低會造成人體不適，所以即使降低氣壓最低也只是降到0。75大氣壓，也就是相對於海拔2400米高度處的氣壓。為了和實際的飛行高度區別，這個高度值別稱做"客艙高度"。

因此飛機的最高飛行高度是以和客艙高度相比時的壓力差決定的。比如波音747的機體最大承受壓力差為6。1噸/平米，為了維持客艙高度在2400米以下時的最大飛行高度為13750米。

讓我們再看看其他現代客機的最大飛行高度數據。
空中客車380 壓力差6噸/平米最大高度13100米
空中客車330 壓力差5。8噸/平米最大高度 12520米
波音777 壓力差6噸/平米最大高度13130米

完