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。

各位讀者可能看過八月底時有一則來自外電的飛安新聞,媒體用了一個聳動的標題:

「Pilots Forgot How To Fly!(飛行員都忘了怎麼飛行!)」這個標題無疑是

對駕駛艙裡面那兩位專業的飛行人員最莫名的指控,然而這也是一個FAA正在進行的

飛安研究。隨著駕駛艙越來越電腦化、飛行似乎越來越簡單的同時,民航界注意到

飛行員似乎有「技能退化」的顧慮,究竟原因為何?且讓本文為各位淺談剖析。

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引子:飛行員都忘記該怎麼飛行?

 

FAA近期在進行一個大範圍的飛安研究,研究報告包含了49次的飛安事故與意外,

另外再加上於超過9,000個正常航班中的734次飛安自願報告,藉由以上這些資訊

與統計來進行全面性的研究。

 

目前初步結論反應出了近年來飛安意外的新殺手 -> 自動化系統 vs. 飛行員的新風險

在這次的研究中,60%的事故與30%的意外因子都顯示,飛行員未發現自動駕駛或

自動節流閥(自動油門)已自動切斷是事故的主因之一...

 

 

【減輕負荷】科技始終來自於「惰性」—長時間飛行的最佳助手

 

講起飛行的自動駕駛(Autopilot),許多人可能會以為那是20世紀後半段飛機、

甚至是玻璃化駕駛艙引進之後才開始有的先進技術。但是可能很少人知道,飛機的

自動駕駛科技、其實是在1912年就已經被發展出來並且廣泛應用。由Lawrence 

Sperry所研發的第一代自動駕駛儀,是由四套陀螺儀所構成,陀螺儀可以讓飛機

精準地保持水平姿態與航向,透過陀螺儀的連結,第一架裝設自動駕駛的Curtiss 

C-2單螺旋槳雙翼機能夠精確地直飛、以連桿方式控制高度並上升與下降,在1914

年時由Sperry在法國巴黎賽納河畔進行了一次成功的示範飛行。

 

第一代的自動駕駛還只能夠保持飛機的航向(保持真航向、非磁航向)、帶著飛機

上升下降,還不能控制飛機的轉彎。這是因為飛機的滾轉角度在第一代的自動駕駛

系統中還不能精確掌握。不過很快地,在1930年代所推出的自動駕駛系統,例如

Boeing 247(1933)、DC-3(1935)推出時,都配備了新一代的自動駕駛系統,

這時的自動駕駛已經會靠著磁羅盤與陀螺儀進行完整的飛行控制,英國人還曾經給

這種飛行系統以個很貼切的代稱—「Pilots Assister(飛行員幫手)」。自動駕駛

的另一個階段,就是要讓飛機能夠自動控制速度、而不是靠飛行員在節流閥上控制

飛行速度,直到噴射引擎發展後、才有所謂的自動節流閥(Auto-Throttle,簡稱

A/T)的控制設備。第一代的A/T出現在全球第一代噴射戰鬥機:德國的Me-262

噴射戰機。有了可以控制方向的自動駕駛、以及可以控制動力的自動節流閥,一套

完整的自動駕駛系統才真正地有了雛型。

 

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YS-11的駕駛艙,可以看到傳統使用完全機械結構的駕駛艙設計方式。駕駛艙有各種
不同的顏色以避免飛行員在緊急狀況下做出錯誤的決策。 

 

二戰後的1947年,美國空軍一架配置了完整自動駕駛設備的C-53運輸機(C-53是

C-47的改良款),進行了一次完整的自動駕駛越洋驗證飛行。這架飛機從起飛、平飛

到落地都是使用自動駕駛飛行、而她所配備的自動駕駛系統已具備依循無線電導航信

號的飛航能力,由此證明了航空界能夠更安全地在自動駕駛的輔助下、在黑夜與惡劣

天候中執行飛航任務。

 

【改朝換"人"】飛行工程師 → 電腦化駕駛艙

 

航空業自動駕駛技術的突飛猛進,主要來自於兩大因子:航線長程化 & 電腦化駕駛

艙。自動駕駛所存在的目的,其實就是為了要減輕飛行組員的飛行負荷、讓飛行員

有更多的精神與心力可以關注惡劣天候的威脅、離到場階段的大量航情、以及飛機

隨時隨地變化的各項飛行狀況(例如:發動機、燃油、液壓等)。在噴射機剛開始

為民用航空服務時,自動駕駛已經是一個非常基本的配備,在傳統駕駛艙中,飛機

製造商將自動駕駛與自動節流閥整合成「Autopilot Flight Director System, AFDS

(自動駕駛飛航導引系統)」,將有空速、航向、高度、各種自動駕駛模式全部置

於兩位飛行員的正前方、飛行員可以一目了然地看到所有飛航的資訊。於是AFDS

逐漸取代了駕駛員的手,在平飛階段時飛行員可以放開雙手與雙腳,讓飛機在正常

的狀態下保持飛行,也讓飛行員能有更多心力關注飛機可能發生的故障與問題。

 

自動駕駛轉型點,是飛機的操控面不再與飛行員的手直接相連,而是改採用電子訊號

轉換成控制訊號來控制飛機的「線傳飛控(Fly By Wire, FBW)」技術,這個轉型點

可以說是自動駕駛的一大進展。我們用1969年所出產的協和式超音速客機為代表,

她使用的是「類比式」的FBW技術,也就是飛行員移動操縱桿多大的範圍、FBW系統

就會回饋多大範圍的訊號給控制面。駕駛艙一樣有飛行工程師來控制發動機、燃油、

液壓、電力等控制系統,AFDS則是連結了慣性導航儀(INS),飛行員在導航模式下

可以藉著連續的座標、不透過導航電台進行精準無誤的飛行。

 

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DC-10的原本設計中,駕駛艙並不具備有FMS系統。不過後期的機型紛紛改良了航電
系統以輔助飛航作業,這些輔助電腦被稱為PMS(程序管理系統)、可以協助飛行員
完整而安全的進行每一次飛航作業。圖為經過改裝的ORBIS DC-10-30駕駛艙。 

 

1980年代是自動化駕駛艙的一個重大革新點,1981年波音公司生產的Boeing 767

客機、出現了一個民航界的新名詞:「飛航管理系統(Flight Management System, 

FMS」,這一套系統正式取代了駕駛艙的飛行工程師,把導航系統、燃油管理系統、

飛行計畫、飛機性能數據、燃油檢核與管理等功能全部整合在機艙內的兩台小型電腦

之中。這兩台小電腦也同時整合了AFDS,因此飛行員有了新的自動駕駛方式,關鍵

就在AFDS上多出了兩個飛行模式按鈕:VNAV(Vertical NAV垂直導航模式)與LNAV

(Lateral NAV水平導航模式)。當這兩個模式被啟動時,飛行員在AFDS上面再也

看不到相對應的數字(例如速度與設定航向),一切控制方式就由兩位飛行員中間的

兩台小電腦進行控制。

 

FMS的引進,大幅度改變了一甲子的民航業飛行方式,飛行員開始大量地仰賴電腦進

行飛行操作。1990年代所研發的新一代客機更是大量引進數位化駕駛艙的控制系統,

波音777、空中巴士A330、A340等等機型,整架飛機配置大量的數位化偵測元件。

這些控制元件不僅會同時將各項訊號回饋給FMS系統、讓飛機能夠更平穩地飛行,當

飛機發生各種故障時也會將故障訊號反應給駕駛艙、讓飛行員能夠提前進行回應,確

保飛行的安全。

 

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Boeing 757 / 767的引進,是FMS正式加入民用航空業的起始點。如今所有的民用航空
飛行員都相當熟悉FMC、也成為他們執行飛航任務的必備裝備。 

 

【文化衝擊】CRM的遺漏之處:Pilot vs. Computerized Cockpit

 

座艙資源管理(Crew Resource Management, CRM)是NASA在1979年開始進行

並推廣的一個駕駛艙訓練管理思維,他著重的是觀察飛行員在駕駛艙的溝通、領導統御

與決策模式,藉此減低飛行員因為人為失誤而導致飛航意外。隨著航太科技的演進、飛

安意外的主因從過去的機械故障、已經慢慢地集中在天候與人為因素上,其中人為因素

更是近年來數次重大飛安意外的主因。在2000年過後,包含美國負責飛安調查的NTSB、

主管一般飛航業務的FAA、澳洲ATSB等全球著名的飛安調查機構發現,近年來一些飛安

意外都處於所謂的「Good Aircraft、Good Weather、Good Man」的「3G」環境。

也就是說,過去不太可能發生飛安意外的情境下,近年來竟然發生了數起飛行意外,這些

意外的共通因子都存在了一個因素:飛行員對於無預期性的駕駛艙警告產生錯誤的反應、

使得飛機失控失事,他們雖然都被歸類於CFIT(Controlled Flight Into Terrian、可

操控飛行撞地)的失事意外,但他們之間又出現了新的「飛行員」:電腦化駕駛艙。

 

在FAA所進行的這次大範圍研究中,他們發現了一個現象:近年來的飛安意外有許多是

發生於「非傳統的飛行員」,也就是經過CPL(商用飛行員執照)訓練後、進入ATPL

訓練時是直接飛航電腦化駕駛艙的飛行員,不像是過去許多飛行員從傳統駕駛艙進入電

腦化駕駛艙。於是,飛行動作多半是在「按鈕」下完成。近年來的飛安意外的常見特色

是飛行員在出狀況時:「What's the plane doing ?!(飛機在做什麼?)」,這是在

過去很少見的現象,那就是飛行員「不由自己駕駛飛機」、而是「看著電腦駕駛飛機」。

 

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傳統的飛機中、飛行員永遠掌握著飛機的姿態,但是當飛機駕駛艙電腦化之後,飛行員開
始依賴電腦、也開始更難以掌握電腦執行中、每個細微的飛行操作。

 

在目前可以看到的資料中,FAA在這次新聞稿用了幾個案例,一個是在正常飛航中忽然間

掉進大西洋的Air France 447航班、另一個則是美國的Colgan Air 3407航班。以3407

航班這個案例為例,飛行組員雖然在可能有疲勞飛行的問題,但是在無機械故障、駕駛艙

程序都正常的情形下,兩位飛行員雖然沒注意到逐漸降低的空速而導致飛機出現了操縱桿

急速抖動的失速警告(Stick Shaker),但是飛行員不僅沒做出正確的Stall Recovery的

動作、副駕駛還做出了錯誤的飛行操作導致最後飛機失控,類似的案例已經開始在航空界

瀰漫,有些飛行操作最後能挽救回來、平安落地;有些連續的錯誤決策就會導致不可回復

的意外,甚至往往飛行員沒有注意到自動駕駛或自動節流閥已經被切斷、飛行員應該自己

手控飛機來維持飛機安全的飛行姿態,這些都是過去自動駕駛的時代不常被看到的案例、

而近年來駕駛艙的唯一改變,就是電腦改變了飛行員的飛行方式。

 

很多人會問,為什麼飛行員要大量使用電腦執行飛航作業,其實飛行員也並非自願、往往

是近年來民航業的大幅擴張與膨脹導致的後果。因為機場或空域容量有限、飛航管制作業

必須要以精確的方式進行飛行,於是飛航程序與飛航設備的進步讓有限的空域擁有加倍的

容量、但也逼迫飛行員必須要讓電腦來進行精準的控制;另外近10年來的高油價議題、讓

航空公司督促飛行員讓電腦以最佳燃油消耗的模式飛航以節省成本,這些都是過去航空業

不曾發生的問題,全新的飛航模式、全新的飛航訓練方式,當然也衍生新的問題。

 

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如今不管是可以越洋飛行的Boeing 777、或者是只能執行短程區域航線的Dash 8,電腦
已經取代了飛行員大部分的任務角色,讓飛行員成為「Fly Manager」而非「Pilot」。 

 

在所有運輸工具中,飛機依舊是很難以電腦完全取代的運輸工具,因為飛機一上天,天氣

依舊瞬息萬變、燃油的殘餘量就等於鐵鳥的生命指數、擁擠空域時仍得要確保航班準點、

以及飛機發生問題時必須要適合場站才能安全停止的特性,是其他交通運輸工具中較為獨特

一環,雖然很多人戲稱飛行員是Flying Monkey,但飛機科技程度越高、飛機就越複雜。

前艙的兩個人要念很多書(因為要多看很多電腦飛行的邏輯,以「懂」得電腦怎麼飛),

他們要考量讓飛機保持平穩避開亂流(免得後艙大家吐得暈頭轉向)、他們要趕著讓飛機

準時地抵達目的地(讓大家都能按照自己的旅途計畫)、還得要省下飛航油料以幫航空公

司提高獲利率。下次當大家看到空姐優先餵食前艙的兩位飛行員時,就請大家多點體諒,

因為當飛機離開地面時,我們唯一能信任的,就是前艙那兩位受過良好訓練的飛行組員!

 

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先進的A380客機所代表的是21世紀的全新駕駛艙思維,大量的電腦化系統與數位化感測
系統讓飛行員能更全面地掌握飛機的飛行狀態,但是數位系統在一定程度老化的故障議題
所造成的飛行員誤判問題也成為飛安的隱憂。所以新的CRM議題,不只是駕駛艙的「人」
而已,而是還包含了駕駛艙的「第三人」—Computer!
 

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  • 高文湛
  • 還是小女友的爺爺與爸爸是真正的飛機駕駛,她爺爺抗戰時飛過霍克III、I-16、P-40,國共內戰時日本陸軍97式、隼一式、P-47與P-51;她爸爸空官飛過F-100、F-104、F-5E,那些飛機幾乎都要靠駕駛員操控,特別是她爺爺飛過的飛機根本都沒自動導航,被日軍擊中都要想辦法到蔣匪軍高炮陣地附近跳傘逃生,不過日軍飛行員跳傘逃生到農村附近就算是日軍佔領區常常被村民偷偷用私刑打死。
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