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不墜機的挑戰:應付亂流、飛機結構、人為因素的問題 邁向航空零事故的未來

不墜機的挑戰:應付亂流、飛機結構、人為因素的問題

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9789864432639
鈴木真二
黃郁婷
晨星
2017年8月01日
107.00  元
HK$ 90.95
省下 $16.05
 
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ISBN:9789864432639
  • 叢書系列:知的
  • 規格:平裝 / 256頁 / 16 x 22.5 cm / 普通級
    知的


  • 自然科普 > 應用科學 > 科技史/理論

















    想知道110年來人們對飛行進行了哪些挑戰嗎?





    目錄







    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(Bleriot 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

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    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(MitsubishiRegionalJet)。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。




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