飛行日記16-儀錶、性能、重量與平衡總結

因為出差耽擱，上周日補考了儀錶、性能、重量與平衡的課堂測驗。結果湊合吧，20道題錯了4道。有些是粗心，有些是的確知識點沒覆蓋到。課程已經進行到了導航部分。

還是上測驗相關的解釋和知識點吧。

*為何隨著飛行過程中燃油的消耗，飛機重心變化不大？

因為油箱一般配置在重心附近

*已知飛機在4000ft時爬升性能為1000ft/min，問爬升到8000ft耗時大於還是小於4分鐘？

大於。因為飛機的爬升性能隨著高度升高會降低。

*如果題目中問take off distance，那麼說的是ground roll（機輪離地）滑行距離。如果問ascent distance，那麼就是指飛到50ft高度的距離。

*以下關於靜壓，描述正確的是

1。皮託管測量

2。 特定高度，靜態空氣的壓強

3。由靜壓孔和皮託管測量

4。高度越低，壓力越小

一般說來經典的皮託管測量的是全壓（靜壓+動壓），靜壓是靜壓孔測量的。也有全靜壓皮託管，就是皮託管集成了全壓測量和靜壓測量，稱為全靜壓系統。但此時靜壓還是皮託管上的靜壓孔測量的。顯然2是正確答案。

關於飛機的儀錶與靜壓全壓的關係：

氣壓高度計只需要連接靜壓即可，因為靜壓只隨高度變化，而全壓中的動壓和飛行速度有關。

垂直速度計（VSI -- vertical speed indicator）也只連接靜壓即可，靜壓的變化率指示垂直速度。

還有一種瞬時垂直速度計（IVSI），在VSI基礎上綜合了垂直加速度計的數據，可以顯示瞬時垂直速度。

空速計（ASI -- air speed indicator）連接全壓和靜壓。全壓減去靜壓即為動壓。動壓和速度的平方以及空氣密度成正比。這就是空速指示的原理。

既然說到了空速，那麼再啰嗦一下各種速度測量的原理。

空速計給的是指示空速（IAS），由動壓（全壓減去靜壓）得到。空速計計算速度時會假設大氣條件為標準大氣ISA（溫度，密度為常量，不變）。由於假設密度不變，指示空速正比於根號下的動壓，即動壓不變則IAS不變。動壓正比於氣流速度的平方和空氣密度。

飛機手冊里一般還會給一張圖，告訴在不同的情況下如何矯正指示空速。不同的情況包括例如不同的flap角度，不同的姿態（起降巡航姿態）等。因此IAS經過矯正得到CAS。在現代的飛機上，CAS可以直接由ADC（大氣數據計算機）矯正並顯示在電子飛行儀錶系統（EFIS）上。省去飛行員查圖查表。

在高空高速飛行（>10000ft, >200kts）時，另一種誤差會顯著。空氣高速衝進皮託管，因為衝壓效應，皮託管內的空氣被壓縮進而密度變大，大於外部實際的空氣密度。因為動壓正比於空氣密度，所以皮託管測到的動壓偏大，也就是空速偏大，因此需要進一步修正空速。這種修正後得到的空速叫做EAS（equivalent airspeed）。現代的飛機上，這部分修正也可以自動計算和顯示。

截止到這裡，IAS，CAS和EAS全都是假設空氣為標準大氣，密度恆定。

最後一種空速叫做真空速（TAS true air speed），表示飛機相對於周圍空氣的運動速度。假設飛機爬升過程中維持指示空速（IAS）不變，因為指示空速假設空氣密度不變，也就是說飛機需要利用自身運動維持不變的動壓，進而維持不變的IAS。而動壓和空氣密度以及空氣速度平方成正比，飛機飛的越高，空氣密度越小，維持不變的動壓所需要的空氣速度越大。因此飛機爬升過程中，如果保持IAS不變，就意味著需要相對於周圍空氣速度變大，進而得到不變的動壓。不難得到TAS=EAS*sqrt(標準大氣密度/實際空氣密度)。也就是高度越高TAS和IAS(CAS/EAS)的差別越大。

經驗公式TAS=IAS+2%每1000ft。（僅適用於低速低空飛行，此時飛行對空氣的壓縮不顯著）

綜上IAS-->姿態形態修正-->CAS-->高空高速衝壓修正-->EAS-->密度修正-->TAS。

真空速TAS很重要。比如導航時，需要修正風力風向時，飛機本身的速度應該取TAS而非IAS，因為根據速度矢量合成，我們需要知道飛機相對於空氣的真實速度。

*當皮託管結冰/阻塞時，哪個說法正確：

1. VSI指示爬升率為0
2. 應該切換到備用靜壓口
3. 爬升時，指示空速變大而與實際空速無關
4. 爬升時，指示空速變小而與實際空速無關

1是錯的。垂直速度指示只與靜壓口有關。題目說的皮託管阻塞是全壓口阻塞

2是錯的。因為題目沒說靜壓口阻塞。關於靜壓口阻塞的一點小知識：靜壓口非常重要，如果覺得靜壓異常（阻塞），那麼需要切換到備用靜壓口。簡陋的非增壓的小飛機，有時候備用靜壓口就在機艙內的儀錶板上。更簡陋的飛機連備用靜壓口也沒有的可切換。不用慌，這時候打破VSI（垂直速度指示）儀錶的玻璃即可。打破VSI儀錶後，靜壓管路會通過這個破損的儀錶和非增壓的座艙聯通，起到備用靜壓的目的。因為失去靜壓參考很可怕，失去靜壓之後高度速度都失去了，而失去VSI還湊合能飛。

3是對的，爬升時，靜壓變小，總壓被鎖定在皮託管阻塞的時刻不再變化，總壓減去靜壓變大，IAS變大。

皮託管結冰或者阻塞也是非常嚴重的事情，會失去正確的空速，fly by wire的飛機空速數據不對很致命，很多空難都與此有關，比如法航447。所以皮託管一般都有電加熱防止結冰。飛機停放在地面時要給皮託管套一個套子防止小蟲鑽進去。

地面維護飛機時，有時候需要把靜壓孔保護起來（比如膠帶粘起來），防止一些維護操作導致塵土、水進入靜壓孔，如果忘了把膠帶撕掉就飛起來。。。。。也很嚴重。這是人為阻塞靜壓孔。

說完速度，說一道關於高度的題：

*高度計參考設置為QNH，下面哪個說法正確：

1. 高度計顯示飛行height
2. 在地面時顯示地面的elevation，飛行中顯示pressure altitude
3. 在地面和飛行中均顯示altitude
4. 在地面時顯示地面的elevation，飛行中顯示altitude above sea level

這裡涉及到height，elevation，pressure altitude的概念。

altitude一般都會加前綴，比如pressure, density (氣壓高度，密度高度），單獨說altitude的時候比較少，單獨說altitude時一般是指QNH為參考的高度計讀數。pressure altitude（氣壓高度）特指以ISA大氣海平面氣壓（1013hPa -- QNE）為參考的高度。

height，就是比地面高多少。

elevation，海拔高度，地理概念，一個點高于海平面的高度。

1是錯的，高度計參考為QNH（修正海壓--海平面的實際氣壓），因此顯示的是高于海平面的高度。籠統的說height指代不清楚

2是錯的，不符合氣壓高度的定義。氣壓高度參考為QNE而不是QNH

3相當於什麼都沒說。。。。

4對的。QNH參考的氣壓高度計顯示的是海拔高度，因此在地面時就顯示地面的海拔elevation。飛行中顯示高于海平面的高度。

兩道關於陀螺儀的題目：

* 陀螺的apparent drift何時為0

1. 在赤道
2. 在兩極
3. 在磁北極
4. 在磁南極

飛機上有各種陀螺。主要利用陀螺的兩個性質：進動性（procession）和定軸性（rigidity）。這道題的apparent drift指的是飛機的heading indicator所用到的陀螺定軸性，heading indicator用到的陀螺又叫directional gyro。定軸性指的是沒有外力情況下，陀螺的軸在空間中保持固定指向。因此飛機指向變化時，機內陀螺指向不變（類似指南針指向不變），陀螺便能指示方向。

假設飛機停在北極，因為地球自轉，飛機在空間中的指向其實一直在隨著地球變（15度每小時），因為陀螺的定軸性，你會發現飛機指向一直在變。這個由於地球自轉引起的drift叫做apparent drift。在赤道就沒有這個drift了。因此選擇1。

由於陀螺各種原因的drift（地球自轉，陀螺不理想等），所以要時不時的（大概十幾分鐘）用指南針校準一下方向陀螺。起飛前校準，飛行過程中也要校準。

* Turn indicator利用了何種陀螺的何種特性。

1. horizontal gyro, procession
2. directional gyro, rigidity
3. rate gyro, procession
4. vertical gyro, rigidity

正確答案3。和heading indicator的directional gyro不同，turn indicator用到的陀螺叫做rate gyro。他利用陀螺的進動性測量角速度。對於飛機來說就是測量轉彎速率。

關於飛機轉彎，有一個詞叫標準速率轉彎或者rate 1 轉彎。也就是2分鐘轉一圈（360度），一分鐘掉個頭（180度）。

最後補充一些之前沒貼完的考前的練習題：

* Determine how much fuel a Cessna 172RG can fill up to not exceed the maximum permissible weight if the following data are available:

• Empty weight = 1628 lbs
• Empty moment = 64.8 lbs.inch / 1000
• Pilot + 3 passengers = 75 kg each
• Luggage area 1 = 170 lbs
• Max. take-off weight = 2650 lbs
• Standard tanks.

2650-1628-4*75*2.2-170 = 192lbs. 192/6 = 32GAL

* What is the effect of the runway slope on the ascent distance?

a. A downhill slope will reduce the ascent performance.

b. A runway uphill will increase the ascent distance.

c. A runway slope down will increase the ascent distance.

d. A runway uphill will increase the take-off performance.

斜坡對起飛性能的影響。直觀的想想即可。下坡相當於有人在推飛機，所以滑跑距離變短，起飛性能提高。上坡起飛，阻力變大，加速慢，所以滑跑變長，起飛性能變差。因此b對。

*What is the consumption at 2,000 ft if you are flying with an Evektor to 76 kts?

a. 17,4 liters / hour

b. 15.8 liters / hour

c. 12.4 liters / hour

d. 10 liters / hour

根據上表，速度76kts時燃油消耗12.4升每小時。c是對的。

*Which of these elements influence the performance of an aircraft?

a. aircraft category, weight, runway, barometric pressure, runway slope

b. category of aircraft, weight, runway, visibility, runway slope

c. category of aircraft, fuel type, runway, runway slope

d. category of aircraft, weight, runway, visibility, air pressure

a是對的。category指的是飛機手冊里的normal還是utility。normal的話是正常飛行，可以滿員，爬升起降性能肯定比較差。而用作utility用途時（大機動，特殊作業），最大起飛重量限制的較低，因此性能得到保障。

b錯在visibility。能見度不影響飛機性能

c錯在燃油類型。飛機的燃油型號是固定的（或者要求的那幾種），一般手冊里沒見過專門說哪個標號的燃油對應的性能。

d錯同b

*Where is the center of gravity (in inches aft or date) if the pilot flies the Cessna 172RG alone, refueling 372 lbs of fuel and not carrying baggage?

Weights: Pilot: 75 kg

Empty weight aircraft: 1628 lbs

又是計算重心。先計算總力矩：

(21.6*75*2.2/340) + (63.1*1628/1664) + (12.7*372/264) = 90.11

總重量 75*2.2+1628+372 = 2165

重心90.11*1000/2165 = 41.6inches

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