基礎模擬飛行教室

PART-II 認識各項系統

文.陳文光


談完一些和基本空氣動力學有關的名詞之後,如果有
興趣的人可以自己去坊間找一些教科書來參考,或是看
一些航空概論的書籍,這裡不再作過於深入的討論。接
下來是對常見的飛機各部份和功能作一簡單的瀏覽。

面說過飛機空中飛行時是有4種力作用其上,其中
又以推力 (Thrust) 最為重要。推力使飛機向前,抵消阻
力(Drag),讓機翼產生升力對抗重力(Gravity),沒有推力,
飛機不過就是一大塊金屬結構。一般常見的推力來
源可概分成:螺旋槳和噴射。

旋槳是最傳統的推力產生方式,以螺旋槳攪動空
氣產生使飛機向前飛行的力量,由於受到螺旋槳本身
性能的限制,飛機無法超過音速(Sonic)飛行。在二次
大戰末期,噴射動力開始實用化,它是藉由燃燒後的
高溫高速氣體向後噴出以獲得推力,所以基本上噴射
推力無速度上的限制,想要以超音速(Supersonic)飛
行就非得借助噴射動力。而噴射引擎發展至今在民用
與軍用上的差異已愈來愈大,當中又 以「後燃器」(After Burner)
是軍用引擎才有的配備。後燃器是在一般噴射引擎
的後端再加上一節 ,當前面燃燒過的氣體通過時,
再度注入燃油加以燃燒,這種方式可以滿足戰機在
短時間內需要特大推力但又不必加大引擎正常推力
的一種裝置。然而後燃器在使用時非常耗油,而且
引擎溫度會大幅增加,並會產生震動和濃煙,所以
基於引擎壽命和飛航距離的需求,後燃器非到必要
決不使用,多半是在起飛、大角度爬升和戰鬥時使
用。

隨噴射引擎而來的新名詞不少,其中「推重比」
是新一代戰機在比較性能時的重要數據。「推重比」
是指引擎推力和飛機重量的比值,如果這個比值超過
1.0,代表此種飛機即使沒有機翼也能飛起來,就像
火箭一樣。「推重比」愈大當然愈好,然而一般各飛
機公司在計算時並,不是根據引擎最大推力和飛機滿
載燃油與武器時的「最大起飛重量」來計算,這樣沒
有一架飛機能達到1.0,各家公司的計算方式各有不同。

到飛行控制,飛機的控制方式直到今日仍是以各
種控制面為主,駕駛員在機艙內以操縱桿與腳踏板,
藉由連接其間的纜線、滑輪、機械或液壓裝置來控置
翼面 的位置來完成所需的各種動作,現代最新的系統
是「線傳飛控」(Fly-By-Wire, FBW),其中以F-16
為代表機種。線傳飛控是利用電腦接收飛行員輸入的
命令,經由電線傳遞指令,啟動各翼面的致動器,移
動各翼面的角度或位置以達到需要的控制力量。

前面提到的三個運動軸上,飛機上各有控制翼面
專司其中一條軸上的運動,以下分別簡單說明。副翼
在主翼兩邊的外側,當操縱桿向左或右移動時會使操
縱桿靠向一側的副翼翼面向上抬起,另一方剛好相反
朝下,讓流經的氣流產生反作用力,於是副翼抬起的
一端機翼下降,另一段機翼抬起而達成滾轉軸上運動。

平尾翼在機身後兩側,不能轉動的部份稱為水平
安定面,可轉動的部份稱為升降舵,現代有許多戰機
為求增大作用面積而將所有水平尾翼設計為可動的升
降舵,稱作全動式升降舵。當操縱桿向前移動時,兩
片升降舵即會同時下垂,反作用力使機尾抬高而使飛
機進入俯衝狀態。反之,操縱桿向後拉使升降舵上抬
讓機尾下降,使飛機得以爬升而達成俯仰軸上的運動。

向舵位在機尾垂直翼面後端,不可動的部份稱作
垂直安定面,可動部份即為方向舵。方向舵以腳踏板
來控制,當踏下右踏板時自機尾朝機首方向看去方向
舵是朝右方擺動,反作用力讓機首偏右,反之則機首
向左而完成偏航軸向上的運動。傳統的方向舵只有一
個,不過近年許多新設計或服役的飛機多半使用雙垂
直尾翼,除了匿蹤需求之外,結構和氣動彈性才是主因。

翼位在主翼前端,襟翼位在主翼後端內側,兩者
皆只能在需要時向下放出,在低速時可以獲得較多的
升力,在空戰時則能增加靈活度。

些飛機在設計時因為主翼後端的空間不夠,所以
會將襟翼和副翼的功能合併成「襟副翼」來節省空間。
而有部份新式機種為求動作靈活,升降舵也能如副翼
般差動式動作來調整動作。

傳統的設計上飛機不能在單一運動軸向上作大幅
度的運動,也就是說任一運動軸上的狀態改變時會影
響到另一軸甚至另兩軸都會受到影響,譬如作左右滾
轉時機首會下垂,代表滾轉和俯仰軸同時間內相互間
有互動關係,這稱作「偶合運動」。目前正在發展試
飛中的一些實驗機則能在任一軸上單獨運動,例如機
首向上抬起但是仍保持向前飛行的姿態,這稱為「解
偶運動」。不過目前大部份模擬遊戲中的飛機仍只能
做出傳統的動作。

新的飛行控制設計上,前翼是一種新潮流,他的
優點不少,尤其是配合線傳飛控和先天不穩定設計,
可以減輕前翼的缺點並強化飛機的性能。

外一項和飛行控制有關的新裝置叫做「推力向量
噴嘴」,這種噴嘴不僅僅擔負將引擎燃燒過後的廢氣
向後退送以獲得推力,噴嘴外側還有「折流版」,能
夠改變廢氣噴出的方向,使得飛機可以得到飛行方向
以外的控制力量以加強飛機的靈活性。

機的各項控制需要在駕駛艙中進行,飛機的飛行
狀態要靠各種儀表提供給飛行員知道。不論模擬的是
現代或是老式飛機,一些最基本的儀表系統是不會少
的,除了前述的各項控制面和推力來源之外,座艙內
的儀表板是關係飛行安全和任務執行的依靠,尤其是
在惡劣天候和方位不明時,儀表板是飛行員唯一的朋
友。從前代至今,雖然儀表的數目、功能不斷的更新
和加入機艙內,但是最為要緊包括:

1.空速計:目前飛行速度多少,是否皆近失速都是看
此儀表。

2.高度計:目前飛行高度,是否有撞上障礙物的危險,
尤其在纏鬥時非常重要,千萬不要命沒逃成還撞在地
上。高度計有兩種,分別是指出飛機與海平面高度差
的氣壓高度計和飛機與現在地形間高度差的雷達高度
計,兩者之間代表的意義要分清楚。

3.姿態儀:通常以圓球或是飛機正視簡圖代表,在無
參考座標時,經由姿態儀可以得知目前飛行的姿態。

4.羅盤:指出目前飛行方向,如果遊戲中並未另設導
航參考指標,就只好靠羅盤指示方位了。

餘各種雜七雜八的儀表,像是垂直速度計、燃
料表、威脅指示器、油壓表、溫度表、轉速表等則
視遊戲情況去注意即可,在後續的課程中還會陸續
介紹。此外 ,在英文中燃油是以 "Fuel" 表示,
"Oil" 則是指各種潤滑油,兩者之間不能弄混。