想知道110年來人們對飛行進行了哪些挑戰嗎?
從萊特兄弟到波音787,綜觀百年來的飛機歷史!
是什麼樣的技術,能讓人們獲得更安全的飛行之旅?
從1903年萊特兄弟首次飛行到現在,飛機已擁有110年的歷史。
航空技術急速發展,然而災難性的事故也發生了。
為了更安全的飛行,航空技術勢必要不斷進步。
本書首先要回顧航空史,綜觀航空技術發展的過程。
接著細數航空事故的教訓,為了提高安全性和可靠度,
檢驗各種做法,研究如何應用人工智慧才能達成「不墜機」的目標。
「為了確保飛航安全,我們確實有必要學習前人的經驗。本書之所以大量納入歷史事件,即是基於這項體悟。若要為航空領域開創安全的未來,我們必須了解歷史。西洋諺語說:『過去是現在的鏡子,現在是映照未來的鏡子。』東方成語則說:『溫故而知新。』我期望本書多少能扮演這樣的角色。」──鈴木真二(作者)
本書特色:
1、(航空歷史) 概觀110年來的航空史,從數起航空事故中,認識人們如何藉由新技術、制度,面對挑戰,獲得更加安全的航空之旅。
2、(研究介紹) 介紹作者利用人工智慧進行的「不墜機」研究。
作者簡介:
鈴木真二
1953年日本岐阜縣生。1979年東京大學工學研究所碩士課程結業。曾任職於豐田中央研究所(公司),目前擔任東京大學工學研究所,為航空宇宙工學專科教授。工學博士。專攻飛行力學、飛行控制與航空創新領域。
著作有《飛機物語》(筑摩書房)、《現代航空論》(東京大學出版會編)、《萊特.飛行者號之謎》(技報堂出版)、《力學入門》(皇冠社)等。
譯者簡介:
黃郁婷
台中人。東海大學日文系畢業,曾赴日交換留學。曾任高鐵軌道版預鑄廠現場口譯、日籍主管秘書、日系商品採購。2006年起轉職為自由日文譯者,專職書籍中譯及口譯工作。2008年起受熱處理廠外聘為特約口譯。譯作類別涵蓋自然科普、應用科學、社會人文與兒童繪本等。譯作另有《想知道的核能與放射性物質》、《汽車最新高科技》(晨星)等;童書類譯作有《原來太空是這樣子啊!》(小魯)、《圖解科學大驚奇1》(親子天下)等。
作者序
1903年,萊特兄弟製作的史上第1架飛機,那是搭木框,蒙布匹,用鋼琴鋼弦固定形體的複翼飛機。這架搭載12匹馬力的4汽缸冷水引擎的飛機由弟弟萊特.奧維爾駕駛,成功地飛行了12秒時間,飛行距離36公尺。此後110年間,飛機產業展現令人驚奇的發展。最新式客機波音787,機體結構有一半採利用樹脂成形的碳纖維製作的「碳纖維強化熱固性塑膠」材質,可以載運250名乘客,在機體重量達200公噸以上的狀態下,憑藉兩座最大推進力各約30公噸的噴射引擎,從日本飛航至美國東海岸的波士頓,飛航距離將近1萬5千公里。車輛、鐵道運輸、船等交通工具搭載機械動力的時間也是在19世紀,與飛機相差不多。但是,其他交通工具早在搭載機械動力以前就已經存在,而人類的航空歷史則是直到19世紀後半葉,才由奧托.李林塔爾(Otto Lilienthal,德國人)開啟。比對各交通工具的發展歷史,飛機猶如瞬間發展成形,而且才短短100年就進步到令人驚異的程度。
最初,飛機專門運載質量輕但要求快速運輸,即使費用高昂也在所不惜的郵遞物品,後來才逐漸發展成專門載運旅客的交通工具。國際航空運輸協會(IATA)曾經預估,全世界的航空旅客數將於2014年成長至33億人。相當於1天約有1千萬人利用飛機,約有100萬人同時翱翔天際──飛機必須滿足那麼多旅客的移動需求!尤其長途移動更是非得搭飛機不可!假如再從亞洲經濟發展的腳步來看,今後的航空運輸量預估將以每年5%的速度成長,由此即可想見市場對於開發新型飛機是有需求的。
如上所述,航空運輸於今日已經成為一般需求。儘管如此,還是有許多民眾認為巨大的飛機飛翔天際是很可怕的事情吧?根據一項美國調查顯示,大約有4成的乘客會在飛行中感到惶惶不安。不過,假如以年度全球飛航事故所造成死亡人數鮮少超過1000名此一事實來看,2012年單是日本國家的交通事故死亡人數竟然就高達4411名。在整體交通事故中,汽車事故的比例確實大幅高出其他類交通工具。美國的統計資料顯示,飛機的每1億乘客英里(passenger miles traveled)死亡人數是0.01人。假如以東京──波士頓間距離約1萬英里來計算,相當於往返兩地5萬趟的可能發生死亡事故的機率。又以每日往返計算,則相當於1千300年才發生1次的機率。相對的,巴士或鐵道運輸的每1億乘客英里死亡人數是0.05人,汽車是0.72人。飛機可以說是相對安全的交通工具。
然而飛航事故的死傷程度太過悲慘,僅僅1次事故所造成的死亡人數眾多,必定遭到社會新聞以大篇幅報導,才會有那麼多乘客對於搭乘飛機感到不安。筆者專研航空工學,即使僅能提供些許安慰,為了提升大眾對於搭乘飛機的安心感受,決定著手研究「不墜落的飛機」。這項研究的目的是為了提升飛行員的駕駛技能,並發展自動駕駛技術,以便因應飛航中遭遇事故或機體故障時,飛機還能持續飛航(請參照第3篇)。以上兩大研究方向都是要活用人工智慧──人工類神經網路。然而,能夠解救飛機的,終究還是飛行員。因此筆者針對如何提升飛行員的駕駛能力,以及如何在飛航中遭遇事故或機體故障時支援飛行員,進行了研究。
在介紹筆者的研究以前,筆者希望利用第1篇的內容,帶領讀者回顧這110年間的飛機發展歷史。筆者試將這110年大略劃分為3個時期,並且為每個時期挑選兩款最具代表性的飛機作為介紹。
1900年代~1930年代 飛機誕生~載客飛行
1940年代~1970年代 突破音速~大型客機誕生
1980年代以後 自由開放的天空與新競爭時代來臨
第2篇,要帶領讀者回顧確立飛航安全的歷史。航空初期的飛航事故主要肇因於航空技術不成熟。在航空技術成熟,噴射客機普及以後,隨著受氣象影響而發生的飛航事故增加,肇禍於人員操控疏失或操控錯誤的事故大受檢視。雖然相關對策已收到減少飛航事故之效,但筆者希望藉由具體闡述飛航事故的方式,引導讀者聚焦於航空系統日趨複雜所衍生的組織管理問題。
在最後的第3篇中,筆者以航空技術的發展情形,以及飛航事故所帶來的教訓作為基礎,介紹筆者目前著手進行的研究。雖然日本的航空活動在第二次世界大戰以後遭到禁止,航空發展因而受限,不過自戰後第1架日本國產客機YS-11誕生的半世紀以後,日本也開始開發國產客機MRJ:三菱區間型噴射客機(Mitsubishi Regional Jet)。因為不管怎麼說,高科技密集、安全性高、高度可靠的飛機,本來就是日本擅長製造的工業產品。若本書能幫助讀者理解航空產業,對於生產安全可靠的飛機有所助益,將是筆者的榮幸。
1903年,萊特兄弟製作的史上第1架飛機,那是搭木框,蒙布匹,用鋼琴鋼弦固定形體的複翼飛機。這架搭載12匹馬力的4汽缸冷水引擎的飛機由弟弟萊特.奧維爾駕駛,成功地飛行了12秒時間,飛行距離36公尺。此後110年間,飛機產業展現令人驚奇的發展。最新式客機波音787,機體結構有一半採利用樹脂成形的碳纖維製作的「碳纖維強化熱固性塑膠」材質,可以載運250名乘客,在機體重量達200公噸以上的狀態下,憑藉兩座最大推進力各約30公噸的噴射引擎,從日本飛航至美國東海岸的波士頓,飛航距離將近1萬5千公里。車輛、鐵道運輸、船等交通工具搭載機...
目錄
序
第1篇 航空110年
第1章〈1900年代~1930年代〉 飛機誕生~載客飛行
一、1900年代──飛行者1號(Flyer I)、布萊里奧11號(Blériot XI)
萊特兄弟首次飛行/現代飛機型態之奠定
二、1910年代──福克D.7、容克斯F13
大戰期間突飛猛進的空氣動力學基礎/金屬製客機登場
三、1920年代──聖路易斯精神號、寶璣19號
成功單人飛越大西洋之首例/開闢長程航路
四、1930年代──道格拉斯DC-3與零式戰鬥機
真正實現旅客運輸的名機誕生/競相製作高性能螺旋槳飛機的時代
第2章〈1940年代~1970年代〉突破音速~大型客機誕生
一、1940年代──貝爾X-1、迪.海威蘭DH106彗星式
突破音速屏障/噴射客機誕生
二、1950年代──波音707與快帆
噴射機正式成為客機/中程航線用機出現採用噴射客機趨勢
三、1960年代──超音速客機與波音747
超音速客機SST誕生/成就大量運輸時代的巨無霸噴射客機
四、1970年代──洛克希德L-1011三星式與空中巴士
廣體客機登場/歐洲興起共同開發浪潮
第3章〈1980年代~2000年代〉領空自由開放與新競爭時代來臨
一、1980年代──波音7J7與空中巴士A320
因石油危機停擺的美日共同開發計畫/以削減營運成本為目的之機體開發
二、1990年代──龐巴迪CRJ、波音777
短程航線也引進噴射客機/利用電腦設計大型飛機
三、2000年代──空中巴士A380與波音787
承載空中巴士壯闊決心的超級巨無霸/大量應用新素材的新時代客機
第2篇 保障航空安全的歷史
第4章 從初期飛航事故到飛航事故調查體制確立
一、初期飛航事故肇因於技術不成熟
初期的飛航事故/日本第一起飛航事故/飛航事故的教訓/從木製機體演進至金屬機體初期的事故
二、飛航事故原因應該如何調查?
日本最初的民間定期航班/寺田寅彥讚賞的飛航事故調查/飛航事故原因調查的理想樣貌/美國飛航事故調查的變革/以防範再發為宗旨的飛航事故原因調查體制
第5章 克服技術課題與自然現象
一、機翼結構發散現象與顫振現象
蘭利的飛機因機翼結構發散而墜機/在第一次世界大戰期間遭遇氣動彈性問題/發生在日本零式戰鬥機的顫振情形/為何發生顫振現象
二、金屬疲勞
兩度因金屬疲勞招致空中解體悲劇的客機/金屬疲勞的成因
三、對抗亂流
風切現象/伊比利亞航空933號班機失事/東方航空66號班機失事/預測到微爆氣流的日籍氣象學者/美國國家運輸安全委員會歸納多起航空事故後的忠告/微爆氣流再次釀災/機上警報系統之誕生/夏洛特道格拉斯國際機場的墜機事故/針對微爆氣流所採取的防範對策
第6章 可靠度管理的成果與極限──躲在細節裡的是天使還是魔鬼?
一、可靠度管理辦法──魯澤定律與馮.布朗的方法
可靠度之數據化/魯澤轉而著手研究可靠度管理/馮.布朗的可靠度管理方法
二、微小缺陷即可撼動的可靠度──造成方向舵反轉的原因
國際民航組織與航空安全基準/波音737的方向舵/方向舵主要動力控制元件的伺服閥/第二起波音737墜機事故/波音公司與美國聯邦航空總署如何因應/隱藏在方向舵裡的魔鬼/事故調查委員會的結論
第7章 從人因工程到組織管理
一、飛航事故一再因人為疏失而爆發
最尖端機種因人為疏失而墜機/連環失誤釀成墜機事故/重蹈覆轍的DC-10事故/重蹈覆轍的教訓/DC-10遭停飛處分
二、因應史上最慘烈飛航事故而誕生的駕駛艙資源管理課程
人為疏失釀成史上最慘烈的飛航事故/失事原因/依據失事原因調查結果提出勸告/駕駛艙資源管理辦法誕生/聯合航空232號班機奇蹟似降落/DC-10型聯合航空232號班機失事原因/航空事故後的防災對策/駕駛艙資源管理再進化
三、組織管理與風險管理
航空運輸的「安全文化」/風險管理/建立有韌性的系統
第3篇 不讓飛機墜落的研究
第8章 學習飛行員的駕駛技術
一、老練飛行員與新手飛行員的駕駛技術有何差異
降落的技術/憑感覺判斷三次元資訊的能力
二、飛行員的駕駛技術與類神經網路
類神經網路/將飛行員的操作方式模組化/老練的飛行員與新手飛行員的飛行技術有何差異
第9章 安全駕駛故障飛機
一、應付飛航過程中機件故障的機制
駕駛系統之自動化/應用類神經網路因應意外狀況
二、模擬在飛行中遭遇故障情況的飛行實驗
能應付副翼失效的容錯飛行控制/機體破損的例子/最初的應用對象:無人飛行載具(UAV)
後記
◆專欄
專欄1 機翼的機能/專欄2 飛機的構造/專欄3 噴射引擎/專欄4 駕駛系統/專欄5 航空交通管制辦法/專欄6 窺探硬鋁的秘密/專欄7 遭顫振震垮的塔科馬海峽吊橋/專欄8 彗星式噴射客機墜機的預言/專欄9 魯澤設計的巡弋飛彈V-1/專欄10 認證制度
◆書末
略語一覽表/單位換算表/參考文獻
序
第1篇 航空110年
第1章〈1900年代~1930年代〉 飛機誕生~載客飛行
一、1900年代──飛行者1號(Flyer I)、布萊里奧11號(Blériot XI)
萊特兄弟首次飛行/現代飛機型態之奠定
二、1910年代──福克D.7、容克斯F13
大戰期間突飛猛進的空氣動力學基礎/金屬製客機登場
三、1920年代──聖路易斯精神號、寶璣19號
成功單人飛越大西洋之首例/開闢長程航路
四、1930年代──道格拉斯DC-3與零式戰鬥機
真正實現旅客運輸的名機誕生/競相製作高性能螺旋槳飛機的時代
第2章〈1940年代~1970年代〉突破音速~大型客機誕生
一、1940年代──貝...