噴射客機的祕密：認識「安全」「高速」「舒適」的飛機構造和運作機制

1-1 「世界最大」的客機到底有多大？
目前在世界上服役的客機中，最大的是空中巴士A380型飛機（以下簡稱A380）。由於全日本空輸（ANA，全日空）將其引進用於夏威夷航線，應該有不少人知道。此外，還有像波音B747-8型機（以下簡稱B747-8）和波音B777-300型機（以下簡稱B777-300）等大型飛機，但與A380相比，機體稍小一些。
根據空中巴士公司的資料，A380的尺寸為長度72.7公尺、寬度79.8公尺、高度24.1公尺。這相當於日本山手線列車大約3節半車廂的長度。如果要準備一個能容納A380的箱子，其底面積甚至超過24個雙打網球場的面積（圖1-1）。順帶一提，雙打網球場的尺寸是長23.77公尺、寬10.97公尺。雖然這不是嚴格的比例圖，但應該能讓人對A380的體積大小有個大致的概念。
A380的重量也相當驚人，其最大起飛重量可達560公噸。為了讓這樣沉重的機體能夠飛行，它配備了四具推力約為34公噸的引擎，這些引擎為勞斯萊斯公司（以下簡稱RR）製造的特倫特900（Trent 900），或是奇異公司（以下簡稱GE）與普惠公司（以下簡稱P&W）共同成立的發動機聯盟公司（Engine Alliance LLC）所製造的GP7200。A380的座位數超過500個（若僅設置經濟艙，最多可達853個座位）。
座位數量和座位配置等客艙規格會因航空公司而異。畢竟「設置多少個艙等、怎麼分配」屬於航空公司的營運策略，也是負責人要絞盡腦汁思考的地方。
由於A380體型龐大，燃料消耗也相對較高，因此在營運上需要特別謹慎。如果運用得當，將帶來巨大的效益；但若使用不當，反而可能成為沉重的負擔。對於引進A380的航空公司來說，選擇合適的航線以及設計適當的客艙配置，是特別重要的課題。

1-2 大型飛機讓機場設施與營運變得很困難！
引進大型飛機的機場會面臨許多挑戰。可能需要改變停機坪（spot）之間的間距、拓寬滑行道，甚至加強跑道結構等設施。
此外，營運層面的影響也無可避免。巨大的機體會產生強烈的後方亂流（翼尖渦流，詳見3-2），對於跟在後方飛行的小型飛機來說是一大威脅。為了應對強烈的翼尖渦流，航空交通管制方面也需要做出調整，例如拉大飛機之間的起飛間隔，這可能會對航班的運作產生影響。因此，在繁忙的機場，大型飛機的起降與營運可能會受到限制。
甚至有些機場可能會表示「無法應對，請勿使用本機場。」順帶一提，日本成田機場是可以應對的，日本羽田機場也設置了供A380使用的停機坪（雖然目前尚未有航班使用）。
正因大型機體在部分機場會受到限制，所以航空公司在選擇並引進某款飛機時，會仔細考量「要在哪條航線上使用」等因素。

1-6 噴射客機今後還會繼續大型化嗎？
■重量與結構強度的問題
大型飛機的出現需要思考各種問題。
首先是結構強度。當飛機結構的尺寸變大時，體積會以立方的比例增大。如果簡單地假設密度不變，那麼重量也會按三次方增加。舉例來說，若長度增加約兩成，則重量大約會增加七成。
雖然實際情況沒那麼簡單，但無論如何，重量的增加是可預期的。
因此，機體結構必須有能承受這種重量增加的強度。如果能在設計上進行相應的減重補償，那當然最好，否則就必須等待較輕且高強度的新材料出現。這看起來難度很高。
為了減輕重量，從過去就不斷開發高強度材料，最終一定會有新材料問世，但那可能還要一段時間。同時，也需要開發推力能應對重量增加的引擎。
■需求與營運的問題
那麼，從「需求面」來看又如何呢？貨機或運輸機方面，應該還能預期有一定的需求，但客機的處境相對艱難。以A380為例，雖然其最大客座數可達853席，但實際上並沒有航空公司設置到這麼多座位。過去那種「用大型飛機一次載運大量乘客」的概念，似乎逐漸式微。
當然，也有一些航空公司會透過座椅配置與機上服務的創意設計而廣受好評，但能有效運用的航線恐怕相當有限。乘客對於旅程舒適度的要求也提高了。此外，大型飛機在機場航廈的地勤操作上也可能會帶來問題。
機場設施方面也可能會面臨挑戰，例如跑道與滑行道的拓寬、停機坪的擴建，甚至為了提高跑道承重力而需要墊高地面。此外，對於變大的翼尖渦流，管制方面也必須多加留意。
雖然這樣的想法較為負面，但就客機而言，近期應該不會再看到比A380更大的大型飛機了。
不過，貨機仍然可期。近年來受到新冠疫情影響，客機的航行受到相當大的限制。因此，許多航空公司原本用來載貨的客機下方貨艙也無法充分發揮其作用。相對地，貨物專用機的需求就大幅增加，變得非常忙碌。
而那架如今已不復存在的夢想飛機（An-225），在東日本大震災時也曾發揮了重要作用。未來如果發生重大危機，倚重貨機的時機可能會持續存在。
■跑道對飛機重量的「容許範圍」也有限制
隨著飛機大型化、重量增加，對跑道的負擔也會加重。飛機製造商當然會設法透過增加起落架或輪子數量來分散壓力，但只要機體變大，跑道所承受的負荷就會變重。想當然，如果跑道的結構強度不夠，飛機就無法運行。
國際民航組織（ICAO）為了讓大家能簡易判斷飛機「是否能在預定機場的跑道上運行」，提出以下兩個比較指標。其一是表示跑道所能承受的飛機重量程度指標PCN（鋪面分類指數，Pavement Classification Number）；其二是表示飛機對跑道鋪面產生影響的程度指標ACN（航機分類指數，Aircraft Classification Number），比較兩者，即可判斷是否可航行。只要飛機的ACN指數小於該跑道的PCN就沒有問題。
另外，即使飛機的ACN指數較高，只要限制其降落次數，也有可能獲得許可。PCN由日本國土交通省航空局計算，而ACN則由飛機製造商計算。

2-1 噴射引擎的「種類」「構造」「演化」
飛機的推進系統，大致可以分為兩種類型的引擎，即活塞引擎（Reciprocating engine）和噴射引擎（Jet engine）。近年來，逐漸出現以電動馬達取代傳統引擎的趨勢，但若要真正應用在客機上，可能還需要一段時間。
活塞引擎目前仍被使用在螺旋槳驅動的小型飛機上，但作為飛機的推進系統，它已經退居次位，不再是主流。
■噴射引擎有「三種類型」
即使是噴射引擎，也有各種不同的類型。
一般常見的噴射引擎有三種，分別是利用燃燒氣體的動力驅動大型螺旋槳，藉此產生推進力的渦輪螺旋槳引擎（Turboprop engine）、將燃燒後的高溫氣體高速噴出，直接產生推力的渦輪噴射引擎（Turbojet engine），以及結合了大型風扇將大量空氣加速產生的推力與燃燒氣體噴出的推力，兩者合併提供動力的渦輪扇引擎（Turbofan engine）（圖2-1）。
大多數的渦輪扇引擎中，由風扇加速空氣所產生的推力，通常會比燃燒氣體噴射所產生的推力還要大。特別是近年來風扇直徑愈做愈大，風扇產生的推力也成為了主要的動力來源。
此外，還有像衝壓引擎（Ramjet engine），以及正在研發中的複循環引擎（Combined cycle engine）等，這些是為超高速飛行設計的引擎，不過在短期內似乎不太可能用於客機。

1-1 「世界最大」的客機到底有多大？
目前在世界上服役的客機中，最大的是空中巴士A380型飛機（以下簡稱A380）。由於全日本空輸（ANA，全日空）將其引進用於夏威夷航線，應該有不少人知道。此外，還有像波音B747-8型機（以下簡稱B747-8）和波音B777-300型機（以下簡稱B777-300）等大型飛機，但與A380相比，機體稍小一些。
根據空中巴士公司的資料，A380的尺寸為長度72.7公尺、寬度79.8公尺、高度24.1公尺。這相當於日本山手線列車大約3節半車廂的長度。如果要準備一個能容納A380的箱子，其底面積甚至超過24個雙打網球場的面積（圖1-1）。...

序

筆者在航空公司［全日本空輸（All Nippon Airways，ANA）、日本貨物航空（Nippon Cargo Airlines，NCA）］工作了四十餘年，期間從事了維修、飛航技術、安全與環境等相關業務。在經歷了維修方面的工作之後，轉而投入於飛航技術的領域。所謂飛航技術，是維持噴射客機運行與操作的技術，若說維修屬於硬體技術，那麼飛航技術則可以說是軟體層面。這也是筆者從事時間最長的工作領域。
筆者將在本書中，以過去在維修與飛航技術方面所累積的經驗為基礎，深入介紹噴射客機的結構、系統與各項裝備，並說明這些設備在實際飛航中所扮演的角色，進一步探討飛行中可能遭遇的故障問題及其應對措施。同時，盡可能納入最新的資訊，力求內容深入且實用。
為了讓廣大喜愛客機的讀者能夠輕鬆閱讀，同時滿足想在喝酒聚會時分享冷知識的讀者，本書力求內容廣泛且通俗易懂。當然，對於那些希望提升對客機技術與飛航相關知識的人，或是實際從事相關工作的人來說，本書的內容同樣具有參考價值。
在過去半個世紀中，客機及其所處的環境發生了巨大的變化。不僅引擎與系統的改良持續不斷，近年來電子設備的發展、利用人造衛星的導航技術進步、複合材料的開發與應用等，也都取得了顯著的成就。此外，航空公司的興衰、新公司的成立、隨著規範放寬而增加的國際航線，以及廉價航空的出現所帶來的大眾化，這些都讓整個航空產業本身產生了巨大的變革。
規範放寬所帶來的重大影響之一，就是四引擎客機的式微。隨著雙引擎客機被允許執行包含跨洋在內的長距離飛行，耗油量高、營運成本較大的四引擎客機逐漸被迫退役，如今已進入由雙引擎客機主導的時代。
而航空大眾化也讓雙引擎客機逐漸大型化，甚至在過去由大型四引擎客機主導的長程航線上，現在也由雙引擎機型掌握主導地位。其中最具代表的就是2023年1月，波音公司完成了「最後一架B747機型的交付」。這讓人感受到時代的變遷。
近年來，噴射客機排放的廢氣對地球環境的影響引起了廣泛關注。作為迫在眉睫的課題，以國際民航組織（ICAO）為中心，全球已經開始採取減少二氧化碳排放的行動。在脫碳意識日益高漲下，替代燃料SAF（Sustainable Aviation Fuel，永續航空燃料）的使用、航運方式的改善、新技術的研究與開發等具體措施也在加速推進。直接從空氣中吸收並減少二氧化碳的技術以及電動飛機的實用化也開始受到關注。長期以來被視為挑戰的終極燃料——氫的應用，不也逐漸變得可行了嗎？
透過本書，筆者希望能讓更多人感受到航空技術的有趣，對客機及其航運產生親切感。如此對於身處航空界的人來說，將是無比的喜悅。如果本書中的內容對各位讀者有所幫助，作為作者的我將感到非常高興。另外，書中所提到的數值僅為代表性數據。
本書中所載的部分噴射客機與運輸機照片，為日本貨物航空（NCA）與捷星日本航空（JJP）提供。此外，感謝空中巴士日本（Airbus Japan）對該公司網站的指導與協助。其他的彩色插圖則由與我同在全日本空輸（ANA）工作多年的飛航工程師中村寬治先生繪製。

序

筆者在航空公司［全日本空輸（All Nippon Airways，ANA）、日本貨物航空（Nippon Cargo Airlines，NCA）］工作了四十餘年，期間從事了維修、飛航技術、安全與環境等相關業務。在經歷了維修方面的工作之後，轉而投入於飛航技術的領域。所謂飛航技術，是維持噴射客機運行與操作的技術，若說維修屬於硬體技術，那麼飛航技術則可以說是軟體層面。這也是筆者從事時間最長的工作領域。
筆者將在本書中，以過去在維修與飛航技術方面所累積的經驗為基礎，深入介紹噴射客機的結構、系統與各項裝備，並說明這些設備在實際飛航中所扮演的角色，進...

序

第1章 巨型噴射機的光與影
1-1 「世界最大」的客機到底有多大？
1-2 大型飛機讓機場設施與營運變得很困難！
1-3 有些客機的機身比A380還長！
1-4 因機身過長而配備了「防脫軌攝影機」的客機
1-5 戰爭中損失的超大型運輸機「An-225」（夢想，Mryia）
1-6 噴射客機今後還會繼續大型化嗎？

第2章 噴射引擎站在改良與創新的「最前線」
2-1 噴射引擎的「種類」「構造」「演化」
2-2 雙發動機延程操作標準（ETOPS）讓四引擎飛機轉向雙引擎飛機
2-3 引擎廢氣與飛機雲
2-4 引擎的旋轉方向、渦旋圖案與眼珠圖案

第3章 「機翼」「升力」與「渦流」之間密不可分的關係
3-1 為什麼飛機上有那麼多「飛行操縱面（操縱翼面）」？
3-2 升力是由翼周圍的渦流（循環）所產生

第4章 各種機型不同的「起落架」及「輪胎」的位置與數量
4-1 噴射機的「起落架」與「車輪」
4-2 與汽車不同的「輪胎」
4-3 現今主流的煞車是「多碟式煞車」
4-4 「水漂現象」有三種類型
4-5 預防水漂現象的跑道「鋸槽」

第5章 與乘客舒適及安全息息相關的「加壓系統」與「空調系統」
5-1 若不加壓，就無法飛上高空
5-2 沒有空調，人類無法承受

第6章 噴射機的「油箱」「燃料」以及排放的「二氧化碳」
6-1 為什麼要把燃料裝載在主翼？
6-2 客機使用什麼樣的燃料？
6-3 飛機排放的二氧化碳量其實比你想的多

第7章 廁所與乘客引發的各種麻煩
7-1 沒有廁所的噴射客機根本無法想像
7-2 各種由乘客引發的麻煩事件

第8章 噴射機的降雨、降雪與結冰對策
8-1 一根雨刷壞了就不能起飛
8-2 主翼前緣結冰僅1.3公分厚，升力竟減半！
8-3 冬季航運連機場也在與冰雪奮戰！

第9章 大氣數據與其測量系統是航行的基礎
9-1 用大氣數據電腦修正測量值
9-2 空速與馬赫數
9-3 「高度計」與「飛行高度」的關係

第10章 緊急時的「救世主」—— 艙門與緊急逃生滑梯
10-1 艙門不僅在平時上下機用，緊急狀況下更是重要
10-2 貨機的艙門與客機的艙門有什麼不同？

第11章 避開危險的噴射機裝備與應對措施
11-1 防止飛機相撞的空中防撞系統（TCAS：Traffic Collision Avoidance System）
11-2 防止撞擊地面的近地警告系統（GPWS：Ground Proximity Warning System）
11-3 「風切警報系統」可防止墜機
11-4 噴射客機被雷擊也沒關係嗎？

第12章 提升噴射機性能的複合材料
12-1 現在飛機機身有50%都是複合材料！
12-2 用於引擎的複合材料能耐超過1,300℃高溫！

第13章 為噴射機增添色彩的機身塗裝
13-1 繽紛的機體塗裝讓人賞心悅目
13-2 塗裝方式的進步

第14章 飛行前的準備作業── 「飛行計畫」的祕密
14-1 航行中不可或缺的「飛行計畫」
14-2 根據飛機性能決定的「最大起飛及著陸重量」
14-3 穩定飛行不可或缺的飛機「重心管理」

第15章 與鳥類和野獸相撞的故事
15-1 噴射客機與鳥類相撞（鳥擊）

結語
參考文獻

序

第1章 巨型噴射機的光與影
1-1 「世界最大」的客機到底有多大？
1-2 大型飛機讓機場設施與營運變得很困難！
1-3 有些客機的機身比A380還長！
1-4 因機身過長而配備了「防脫軌攝影機」的客機
1-5 戰爭中損失的超大型運輸機「An-225」（夢想，Mryia）
1-6 噴射客機今後還會繼續大型化嗎？

第2章 噴射引擎站在改良與創新的「最前線」
2-1 噴射引擎的「種類」「構造」「演化」
2-2 雙發動機延程操作標準（ETOPS）讓四引擎飛機轉向雙引擎飛機
2-3 引擎廢氣與飛機雲
2-4 引擎的旋轉方向、渦旋圖案與眼珠圖案

第3章 「機翼...