飛航情報揭示板
板主公告 H29.08.18

1. 長榮航空波音747的故事正式上線!謝謝她在臺灣翱翔25年的時光!
2. 花了好長時間斷斷續續地整理,最新文章「在都市中心蓋轉運站—東京新宿國道客運轉運站」發表上線!最近如果有時間,會再增加臺北新的幹線公車文章。
3. 右邊側欄增加「台灣鐵道暨國土規劃學會」FB 粉絲團連結,歡迎各位好朋友們也能加入討論。

飛機從跑道起飛、飛機從跑道落地,不管是蓋在平原、沼澤或海上,機場的鋪面承

載著飛機重量,從最輕的幾千磅到最重的120萬磅,也需要不同的機場鋪面來服務

這些飛機。究竟機場跑道的「硬度」要如何才能達到服務飛機的安全要求,就從這

篇文章來淺談機場鋪面的服務評量標準。

 

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【剛柔並濟】不同特性的機場鋪面

在人類的文明發展史中,機場算是近一世紀內才出現的土木建築。如果從機場的英

文原文「Airfield」來看,機場原來形成的基本條件就是「Field(一片無建築物的

原野)」,這時的機場基本上只要是一片平坦的硬草地即可滿足服務的需求。但隨

著戰爭的需求,航空器的重量與動力越來越提昇,硬草地開始無法承受越來越大型

的航空器,因此機場營運者就開始比照陸運公路,開始在草地上面鋪上碎石子、甚

至設置如公路一般所使用的結構物,就是保護機場區域內土壤的「機場鋪面」。

 

隨著人類土木建築技術逐漸提昇,機場鋪面大致上可以分成下列幾種:

1. 柔性鋪面:柔性鋪面的「學名」叫做「瀝青混凝土鋪面」,也就是大家熟悉的柏

油鋪面。她是由經過大小分類篩選的碎石石材,加上以石油原料提煉的瀝青材料

(提供防水與膠結的功能),在一定的溫度上澆築於建築區域之內。柔性鋪面的優點

是噪音較低、舒適度較高、受損時較易維修、每單位材料的成本較低;但缺點就是每

單位體積的承載能力較低、也容易受到氣候溫度而影響其承載強度。

2. 剛性鋪面:剛性鋪面的「學名」叫做「混凝土鋪面」,就是大家俗稱的水泥鋪面,

她是由碎石石材加上膠結材料、需要在一定溫度上搭配一定程度的水所舖築而成。剛

性鋪面的優點是強度較不受到溫度變化干擾、每單位體積的承載能力較高、也較不易

受到油類污染影響、耐火性也較佳;但缺點就是舒適性較差、噪音較高、興建與維修

時程較長、維修成本較高。由於剛性鋪面先天的特性抗壓力較佳、但抗張的效果相對

差,因此混凝土還會設置一定程度的鋼筋,讓混凝土能兼具抗壓與抗張的兩種特性。 

註:以桃園機場為例,每單位面積的成本,剛性鋪面約為柔性鋪面的1.3倍

3. 混合形式:由於機場鋪面的興建特性不同,因此就設計了許多「加鋪」的型態,例

如剛性加舖柔性(剛性鋪面在下、提供結構的承載力;薄薄一層的柔性鋪面在上,提

供舒適性、排水性與較易維護等特性)、剛性加舖剛性之類等許多種形式。

 

鋪面結構其實並不是一塊「硬」的結構,就很嚴謹的物理型態來說,鋪面其實是一

種「有彈性」的結構物,當鋪面載重時她會隨著載重的應力變形;當載重移除後,

鋪面會隨著應力消失、逐漸變回原來的樣子。所以每當載重在鋪面上面來來回回,

鋪面就像是彈簧一樣不斷壓縮、伸張、壓縮、伸張。

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機場航務組定期的跑道巡檢作業,僅能用目視方式檢測跑道的初步狀況

 

【負載壓力】飛機的ACN vs. 鋪面的PCN

為了用很簡單的方式比較鋪面與飛機在強度上的比較差異,ICAO在1977年發表的

「ACN-PCN」評估法,以各種不同類型的航機、於特定的基層土壤上所造成的應力

量進行分類,是為「航機分類數(ACN)」;接著再將鋪面能承受的分類數稱為「鋪

面分類數(PCN)」,以此兩個數字提供給機場管理單位知道機場跑道的承受能力、

並進行進一步的航機管理措施。

 

所謂「航機分類數(ACN」,她指得是某一型特定的飛機、針對於某一種特性的機

場鋪面、以及特定的鋪面基層圖壤上面所產生的應力變化數字。ACN的數字不僅會

隨著航機的重量而改變,也會因為飛機機場鋪面結構的差異、產生不同的變化。舉

例來說,像是波音747-400,她的全機總重量可能會由空載的45萬磅、到滿載的

100萬磅都有可能,因此在同樣的鋪面上,她所產生的ACN數字可能就有30~90之

間不同的差異變化,對於機場管理單位來說,由於應力變化是一個「安全」係數、

寧可大不可小,因此所認定的ACN值,都會以「大值」為認定。

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主輪為三排、六主輪設計的777,雖然飛機重量較747為小、但給予鋪面壓力的ACN
值卻大於747家族,是機場鋪面管理單位眼中的「難纏傢伙」

 

而所謂「鋪面分類數(PCN)」,她所代表的是在某個ACN值底下,航機可以無限

次使用的代表參數。例如像是桃園機場所公佈的跑道鋪面PCN為60,其實就代表在

桃園機場的評估下,PCN小於60的航機都可以在上面無限次使用;然而,這個數值

的另一層意義是,萬一航機重量所達到的ACN > PCN時,就有造成機場鋪面傷害的

可能性(筆者註:有可能性並不代表一定會損傷)

 

由於PCN是一個「考量無限制航機量」的參數,但是就實際的機場運作來說,鋪面

其實還是得進行定期性的養護,因此若是我們把航機數量的因子考慮進去,就可以

得到一「有壽命年」的PCN,這個數字就會比原有的PCN數字要來得高。舉例來說,

依照ICAO算法、桃園機場的跑道PCN為60,但是實際上在桃園機場運作的航機,

在跑道基層土壤的環境下ACN都已達到80以上,理論上來說就有造成損傷的可能;

但是如果將壽命的因子考量進去,考量跑道可能更換的時間下,桃園機場的跑道

PCN就能達到85,即較能符合現有運作航機的實際需求。

 

【強度管理】一座機場、不同的強度考量

對機場鋪面來說,大致上可以分成「跑道」、「滑行道」與「停機坪」等三個區域,

就載重的情形來說,由於飛機停留在跑道的時間最短(速度最快)、因此鋪面強度

會是一座機場中最低的;滑行道由於飛機會慢速滑行、有時飛機也會在滑行道上停

等,因此強度會較跑道高得多;停機坪則是整個機場中鋪面強度最高的區域,因為

這個區域必須要長時間容納飛機停放,對於鋪面來說是長時間給予應力、回彈的時

間卻相對最短的區域。

 

鋪面除了會在不同的區域有不同的強度設計外,隨著機場天候的變化也會有不同的

強度反應。鋪面基本上就跟其他的物體一致,會熱脹、冷縮,脹縮之間鋪面可能會

產生裂縫,就像是一塊完整的夾心酥餅乾被切成兩半一樣,整個強度會出現變化;

另外,鋪面材料基本上受熱時都會使強度降低,尤其是以瀝青混凝土製成的柔性鋪

面,當遇上高溫時鋪面的強度降幅會更為明顯。因此,某些機場會在夏季的特定時

段,針對航機載重進行管制,禁止ACN超過多少重量的航機操作、或者是針對超過

標準的航機收取較高的落地費進行管制,也為另一種衡量落地費的費率設計方式。

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位居亞熱帶的桃園機場,夏季時鋪面也會有其強度的變化,只是我們機場管理單位
還沒達到以時間與鋪面破壞程度來衡量落地費。

 

談了這麼多,我相信一定會有朋友想要問,到底桃園機場的鋪面狀況是如何?基本上

來說,桃園機場是一座有點年紀的機場,面對像是777之類的新型航機問世,鋪面當

然需要一定程度的修正才能維持其服務能力;不過桃園機場近幾年常常發生的「跑道

破洞」的問題,最主要的主因來自於這座機場基本上是蓋在「沼澤」上,因此當鋪面

下方的土壤因為地下水發生掏空時,會造成鋪面應力不均、導致鋪面容易破裂。因此

整體來說,為了21世紀新型航機的操作需求,桃園機場的跑道最好還是重新「整頓整

頓」,會比現在修修補補更能全盤解決問題。

 

據說機場鋪面的整建計畫即將展開,屆時不論誰先修、誰後修,都將是桃園機場最大

的危機與挑戰時間!

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全球最大型的Airbus A380客機,其主輪配置其實對鋪面壓力並未如777嚴重,
但是她的大載重依舊是機場鋪面結構的挑戰之一。

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fabg@運輸邦

fabg 發表在 痞客邦 PIXNET 留言(7) 人氣()


留言列表 (7)

發表留言
  • PAUL
  • 版主你好
    想請問再EVAB777 300ER 張照片中
    機一上有一條東西前面延伸到後面
    請問那是什麼阿
    不知道這樣說版主是不是懂我的意思
    在"定期航班首月觀察"那張EVA的照片上就更明顯了
    一直看不出所以來 所以想問問
  • Dear Paul:

    我知道您說得東西,您說的東西有點像是飛機在機翼尖端會出現的「凝結尾」,這個東西是由飛機機翼與發動機結構所產生的渦流所造成的哩...(因為渦流區是低壓帶,會讓水汽在此凝結,所以看得到一條帶狀水汽)

    By 很愛看飛機「拉彩帶」的 fabg

    fabg 於 2010/03/06 23:22 回覆

  • 悄悄話
  • c2
  • 來晚啦!多寫一點啦~
    fabg寫的好含蓄喔

    不過..........

    我多嘴一點

    一般來說,在設計硬式跑道上會先牽扯到水泥有謂的磅數問題

    水泥磅數,正確的講法是「混凝土設計抗壓強度」
    單位是kg/cm2 (每平方公分可以承載多少公斤的重壓)。
    一般常見的混凝土設計抗壓強度為140~350kg/cm2 (公制單位)
    若換算成英制單位,則約是2000~5000 psi (就是你所稱的磅數)
    一般我們常見的透天厝,用的混凝土設計抗壓強度大都是210 kg/cm2 (約3000 psi)。

    不過在這邊要首先釐清一些概念,預拌混泥土的"抗壓強度"並非水泥的強度
    因為而水泥是組成混凝土的材料之一,影響混凝土強度的原因有很多
    主要的是配比,也就是說混凝土內材料的比例,包括水、砂、粗骨材當然還有水泥
    還有一些特殊的材料,如卜作嵐材料或藥劑等,都會影響混凝土強度
    不同的配比也有可能會有不相同的強度
  • oscar
  • 版主您好
    讀了您的文章對於在夏天特定時段對超過標準的航機收取較高的落地費這部分很感興趣
    可以請問一下是哪些機場嗎?謝謝
  • 您好:

    筆者個人知道的,澳大利亞很多機場都廣泛地使用航機重量來計算落地費用的方式,同時實施這種方式的機場可能還有英國倫敦的Heathrow機場。這些費用的採計方式多半是有採取APMS(機場鋪面管理系統)的機場會進行類似的計算,尤其像是台灣這種機場跑道已經進入關鍵維護期的機場,如何確保僅存跑道的安全使用,不僅對機場、對航空公司也是很重要的議題,所以透過類似的誘導手段,可以同步保證機場的安全。

    By 詳細資料筆者還需要進一步確認的fabg

    fabg 於 2013/05/26 20:42 回覆

  • oscar
  • 謝謝您的說明
    去查了一下英國倫敦的Heathrow的確因季節收取不同的落地費
    原來除了夏天比較容易損壞外還有誘導的效果

    另外有一點很好奇的是
    在ACN和PCN被提出之前以前的機場是靠什麼來判斷哪些機型可以降落的呢?
    有其他什麼數值可以用來表示跑道壓力之類的嗎??
  • 訪客
  • 哇 好棒的一篇文啊~~
    朋友問了什麼是PCN值 才谷哥了一下
    發現 哇 原來跑道不是全然硬幫幫的~
    是有『彈性』的~
    真是超級長知識 感謝大大解惑

    (ps 我發這篇留言的時候要輸入認證碼 結果認證碼是 5 747-8F XDDDD
  • 訪客
  • 補充一下,剛性鋪面混凝土強度是用抗彎強度來表示,一般用到ˊ650PSI或更高,通常在板塊裡是不用加鋼筋的,因為鋪面板塊的力學行為與一般RC結構板不同。只有在轉彎段等有畸零版塊時才有必要配筋。但是為了傳遞應力,防止板塊產生段差,會在板塊與板塊間設置綴縫筋及繫筋。
    另外,剛性板塊通的生命週期成本,應該會低於柔性板塊
  • 這一篇補充好專業!大感激~

    另外您的最後一句是正確的,筆者的畢業論文,就是做兩種不同鋪面的生命週期成本。

    By 已經很長一段時間沒K書的fabg

    fabg 於 2016/10/11 00:42 回覆

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