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標題: 《薩利機長》物理好，才會有哈得遜奇蹟？ [打印本頁]

作者: woody0116 時間: 2016-10-20 09:14
標題: 《薩利機長》物理好，才會有哈得遜奇蹟？
電影《薩利機長：哈得遜奇蹟》中，重現了全美航空 1549 號航班的機長心路歷程。在這部片子中，其實重現了很多航空技術與科學的樣貌，到底有哪些東西跟科學有關呢？就讓我們一段一段剖析。

source：電影海報
沒有前例、沒有預警的一件飛安意外，發生於 2009 年 1 月冬天的紐約上空，溫度還沒冷到湖面結冰、也因此迎來了忙著遷徙的加拿大黑雁。就這麼不湊巧地，擔任全美航空 1549 號航班的 A320 客機和這群加拿大黑雁的飛行航線重疊，鐵鳥撞上一群重 7 至 9 磅（ 3 至 4 公斤）的鳥，就成了今日主題中的飛安事件。

於出事客機的 1 號引擎發現的飛鳥羽毛。圖／National Transportation Safety Board @ wiki
飛行員用「摸」的控制飛機？
很多看過的朋友常常問筆者，飛行員不論是操控實際的飛機、或者是模擬機，為何看起來就像是打電動一樣輕鬆？好像飛行員在握操控桿都絲毫不費力？
事實上，空中巴士的駕駛艙設計，飛機駕駛艙與機翼上面的各控制面之間，不再有鋼纜連結，而是改用電纜、利用數位訊號連結。這個稱為「線傳飛控（Fly By Wire、簡稱 FBW）」的駕駛艙科技，自協和號客機開始，至今已是二十一世紀客機的標準介面。透過線傳飛控的技術操控後，飛機只要有「電力」和「液壓」，飛行員的操控只要輕輕地搖動手上的搖桿、就可以更改飛機的姿態，電腦也會自動協助進行飛機姿態平衡的細微控制，不再需要飛行員手動操作。

在 FBW 的技術下，新一代的飛機不僅能保護飛行員不會對飛機做出不合理、不安全的飛行姿態，當飛機發生異常時，只要電力系統保持運作、電腦系統功能正常、飛機外型無受損的情形下，飛行員可以更輕鬆地維持飛機安全的飛行姿態，保留腦袋與體力思考如何讓飛機可以安全落地，於是，全美航空 1549 的成功迫降，新一代的駕駛艙居功厥偉。
高度，就是生命
在全美航空 1549 航班的案例中，客機才剛起飛、爬升至 3,000 英呎（約 1,000 公尺）的高度下，就撞上了一群鳥、並導致飛機雙發動機同時熄火無法產生推力。飛機發動機熄火之後，不只是飛機喪失推力，飛機的電力、液壓、空調系統都來自於發動機，等同於飛機的心臟停止跳動。因此，薩利機長在得知雙發動機失效的一個關鍵舉動，就是啟動位於飛機機尾的輔助動力單元（APU），確保飛機的電力和液壓系統運作，讓飛機有梁好的操控能力能進行迫降。
相信大家都很清楚，飛機在天上翱翔時，會受到四個力的影響，包含往下的地心引力、由發動機產生往前的推力、當機翼獲得速度時產生往上的升力、以及飛機前進撞上空氣時的空氣阻力。
當飛機所有發動機都失效時，因為沒有辦法產生往前的推力，空氣阻力就會讓飛機的速度變慢，隨著速度變慢、機翼產生的升力越小、飛機就越難抵抗地心引力。當飛機喪失推力之後，飛行員第一件要做的事情，就是要讓飛機維持安全的空速、讓機翼產生足夠的升力、維持穩定的飛行姿態，避免飛機因為空速不足導致「失速」、造成飛機失控。這時，飛行員會利用地心引力當作飛機的推力，讓飛機所喪失的高度（位能）轉換為動能、進而保持飛機的速度。
每一架飛機設計時，會有其對應的「最佳滑降率」，也就是飛機可以一面下降又能保持在一定的安全空速，這個最佳滑降率的數值其實很常見，每當飛機離開巡航高度、逐步下降時，飛行員也會盡量讓飛機保持在最佳滑降率下降，藉此不僅可保持飛機的安全、也能達到最省油的效果。一般來說，最佳滑降率通常是每分鐘下降 1,000 英呎左右，但是，全美航空 1549 航班遭遇鳥擊、且飛機失去動力時，高度僅有 3,000 英呎，代表飛機以最佳滑降率下降時，飛機僅有約 3 分鐘的滯空時間，以飛機水平時速 300 公里計算，最遠僅能飛到 15 公里以內的機場，也因此促成了在河面上迫降的關鍵決定。

作者: woody0116 時間: 2016-10-20 09:18
全美航空 1549 號班機起飛到迫降的航線。圖／S. Bollmann @ wiki
對於飛行員來說，「高度」幾乎等於飛行員的生命，所以在不同的電影中，都可以看到飛行員在飛機發生狀況時、先把飛機拉高以爭取反應時間的橋段。例如在《薩利機長》一片中，有一個橋段是機長在空軍服役時、因為戰機的操控系統故障，第一時間就是先爬升高度爭取排除問題的時間與空間；同樣的在國片《想飛》中，男主角在 IDF 戰機遭遇雷擊時，第一時間也是先爬升高度以爭取時間。只不過，這個關鍵要素在全美航空 1549 航班的案例不存在，因此，只好去找一條河迫降了。
保持迫降時的完整外型
大家都知道，一般噴射客機的外型設計，通常是把發動機掛在主翼之下，這種設計對於飛機配重的穩定性、油料供給效率、以及飛行效率等都是相對較佳的設計。但在水上迫降時，因為飛機無法伸出起落架發揮降落的緩衝功能，所以掛在飛機主翼底下的發動機，就是飛機迫降時第一個接觸水面的主要外型結構，也成為了極度危險的阻力體，如果飛機任何一邊的發動機先觸水時，可能會導致飛機機身翻滾，導致機身破裂。
因此，當飛機最後階段準備迫降在水面時，機長特別讓飛機在可控的前提下、把飛機仰角提高，因此當飛機接觸水面時就不是只有主翼左右兩側的發動機、而是讓發動機和機尾幾乎同時接觸水面，使得飛機接觸水面的接觸面更多，減輕結構壓力，讓機身保持完整浮在水面上。

全美航空 1549 班機迫降於哈德遜河後的畫面。圖／Greg L – originally posted to Flickr as Plane crash into Hudson River，CC BY 2.0
全美航空 1549 航班的案例中，站在物理學的角度來看，就是一個飛行員在系統功能完整的情況下，努力利用各種可使用的條件（高度、距離、飛機可伸出的外型）、抵銷飛機的位能與動能，但是下降過程中仍然要保持飛機的安全速度（動能）以保持操控性與安全性。因此到了飛機即將迫降至河面的最後階段，機長下令伸出飛機的襟翼、增加機翼面積以降低飛機的安全速度；在迫降前一刻，機長讓飛機仰角增加，以做出在電腦容許範圍內的最大仰角減低速度。在多重手段的搭配下，飛機最終安全迫降於河面上，並保全所有機組人員與乘客的性命。
看完以上的剖析，你也許會問筆者，下次身為乘客碰到這種事情時，該怎麼辦？筆者誠實的告訴你，這時唯一能做的，就是低頭、彎下腰，相信前面那兩個飛行員，剩下的，就交給天了……。

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作者: fiero_tw 時間: 2016-10-20 22:32
不要遇到的好, 會嚇破膽

作者: IHL 時間: 2016-10-21 21:59
電影很棒！

作者: DC_Chang 時間: 2016-10-28 15:34
電影廣告嗎???哈....

作者: FINFIN 時間: 2016-10-28 15:38
值得去看一下的電影!!!

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