爲什麼民航飛機不飛直線?

哥本哈根31


現代民航飛機的飛行路線,是嚴格按照相關的民航管制系統制定和設計出的精準航線路徑,進行飛行的,當然也是為了保證其民航飛機在飛行中的絕對安全。

這些飛行航線圖,在其紙上看到就是一條直線,但受地球是一個曲面的原因,真正民航飛機飛行時的航線軌跡並不是一條筆直的直線。早期民航飛機飛行時,採用的是等角航線,是以通過兩行路線間的等角線作為航線,只要挑定航線角,便可以一直保持該航線角飛到目的地,所以等角航線在地圖上投影是一條直線。

但隨著後來各種各樣的外界條件的干擾和影響,其民航飛機飛行的航線圖不是類似於直線線了。首先,隨著世界航空業的飛速發展與壯大,民航飛機可以載著旅客去到越來越多很遠的地方,當然這也讓其航線制定者這樣不得不開始考慮,如天氣、地理條件以及空域限制。比如某些區域諸如:山峰、雷雨雲、暴風雪,民航飛機為了確保安全,都需要進行繞行。而在某些的區域,是軍用飛機領域的限制,也使得民航飛行必須繞行。而且對於國內的航線,基本都是本國空軍自行制定的,在兩地之間,只能按照軍方規定的航線飛行,不然是嚴厲禁止的。

其次,民航飛機,需要在其飛行時時刻與其塔臺保持聯繫和導航,也因此受制於現在通信導航技術,也可以說受導航臺的限制。現在成熟的導航是IR(慣性導航)和VOR/DME(甚高頻全向信標/測距機,又叫指向臺)導航技術的疊加,在民航飛機飛行很長時間裡,都要確保能將其導航臺,將其正在飛行中的民航飛機的定位精度控制在2海里以內。但這個過程中的VOR需要依靠導航臺,且民航飛機只有在航向面向或背向VOR臺時才能獲得比較高的精度,而導航臺一般建立在機場旁邊,所以飛機的航跡不會僅僅是兩個地點間的連線這麼簡單,也需要考慮其他技術方面因素的干擾。

最後,也是最關鍵的,其民航飛機的飛行航線制定,是要符合有關適航規章的限定,主要是ETOPS的規定。通俗一點講就是,當雙發或多發的民航飛機出現單發失效時,為了要確保飛行中的民航飛機的絕對安全,降落到相對應的備降機場這樣的一個規定。所以,如果民航飛機偏離相應的備降的機場距離過於太遠而又出現單發失效這樣的故障時,這樣其自身飛機的風險就非常大了,當然對於現在先進的雙發民航飛機而言,在單發失效時,僅靠一臺發動機飛行的情況就已經可以確保繼續安全飛行三小時,這個時間的長度足夠民航飛機找到合適的機場安全降落了。


航空君


越來越多人選擇境外旅行,赴美旅遊也一直高漲不歇。去美國飛機是必不可少的交通工具,想想自己十幾個小時就可以跨越太平洋抵達地球的另一邊,內心是不是非常激動?但是,你真的以為自己是跨越太平洋飛行的,就像下圖這樣?

如果你這樣想的話,那就大錯特錯了。 地球上任意兩點之間的最短路徑,是通過這兩點和地心的平面與地球表面相交形成的一段劣弧。我們把這個最短路徑稱之為大圓航線。

劣 弧

圓上任意兩點間的部分叫做圓弧,簡稱弧。圓的任意一條直徑的兩個端點把圓分成兩條弧,所對圓心角小於180°的圓弧叫做劣弧,劣弧所對的圓心角是劣角;如圖,圓O中,通過觀察可知弧AB所對較小圓心角的那部分為劣弧。

所以,以上海飛往洛杉磯的直飛航線為例,從太空視角來看大圓航線是下面這樣的,大圓航線距離約為10400公里。

■ 上海—洛杉磯大圓航線示意圖(太空視角)

我們把地圖按照平面展開,大圓航線在地圖上就顯示為一根弧線,像下面這張圖這樣。這也是為什麼飛機上的航圖顯示從中國直飛美國的航線是彎曲的。

■ 上海—洛杉磯大圓航線平面示意圖

■ 黃色為上海—洛杉磯的大圓航線,

白色為一般實際飛行路線示意

看到這裡有人不禁要問了,這樣不是繞遠路了麼?

說得沒錯,這樣的話飛行距離的確會變長,但是總的飛行時間會縮短。

沒有在逗你們,飛行時間變短是由於藉助了風力的緣故。地理學得好的同學應該知道,在南北半球中緯度地區的高空,副熱帶高氣壓帶與副極地低氣壓帶之間,有一股比較強勁的大氣環流,我們把它稱之為盛行西風帶。

這股西風帶的風速平均時速在100公里以上,在冬季西風帶的風速有時可以超過200公里/小時。因此從上海飛往洛杉磯,選擇比大圓航線略微偏南一點的航路,藉助這股高空的盛行西風,飛行時相對地面的速度可超過1100公里/小時,這樣飛行距離雖然遠了一點,但是時間上和燃油消耗上會更節省。 不過,從洛杉磯回上海肯定不能按原路線返回,這樣一來路線長,二來還逆風肯定划不來。回程時飛行員一般會選擇路線更短的大圓航線,從洛杉磯起飛後往西北方向,經過阿留申群島和日本,再抵達上海。當然實際飛行路線會受天氣、備降機場等因素而不會完全與大圓航線重合。

下面兩張圖分別為今年1月23日,美聯航UA199航班(上海—洛杉磯)和UA198航班(洛杉磯—上海)的實際飛行路線圖,我們可以從圖中看出從中國直飛美國西海岸的往返飛行路線之間的差別。

■ 2018年1月23日,美聯航UA199航班(上海—洛杉磯)

實際飛行路線圖

■ 2018年1月23日,美聯航UA198航班(洛杉磯—上海)

實際飛行路線圖

由於西風帶的影響,從上海到洛杉磯回程會比去程時間大約長2小時左右。這也是為什麼從中國來回美國時間會不一樣的原因。

文章的最後,想留一個問題和大家探討。我們現在已經知道了從上海飛洛杉磯(美國西部)的航線,那從上海飛紐約(美國東部)的航線要怎麼走呢?留言給包大人吧。。。


包大人玩科學


很高興回答您的問題!

“兩點之間直線最短”,這個幾何原理,從小學開始,就深深地刻在我們的腦海裡了。

然而,這句所謂的“真理”,是在平面幾何中才成立的,放到立體幾何當中,就不是那麼回事兒了!

我們所在的地球,是一個橢球形。橢球形上的兩點之間,最短的距離是經過兩點的大圓的劣弧!

簡單來說,就是經過這兩點以球心為圓心在球面上畫一個圓(即大圓),這兩點會把這個圓分割成兩個弧,短的弧叫劣弧,長的弧叫優弧,這個短的弧,就是球面上兩點的最短距離(上圖中的A這條線)

所以民航飛機從一個城市飛往另一個城市,並不是直線飛最近,而是儘量沿著劣弧飛才是最近的!


除此之外,民航飛機在跨國飛行時,除了考慮最短路線這個因素之外,還必須要考慮是否有進入他國領空的權限,如果沒有,擅闖他國領空有可能會被當做“不速之客”擊落的哦!


希望我的回答能對您有幫助!

如有不準確之處,望不吝賜教!


不服軟的小軟


1. 地球是圓的,地圖是平的。

一般而言,距離超過400公里時,地球表面兩點的最短距離,投影到地圖上就和直線有了明顯區別,在這種情況下,選擇直航時,飛機在地圖上的投影就是一條曲線。這個差別在長距離才會顯得很明顯。

早期來說,為了導航方便,一般採取等角航線,即測量出出發地和目的地之間的磁角夾角,然後只要保持飛機航線恆定就可以到達目的地了,此時航跡在地圖上的投影就是一條直線。但是隨著導航技術發展,就開始採用大圓航線,而大圓航線在地圖上的投影就是曲線了。

參考下圖,地圖上的Great Circle Route(大圓航線)看似曲線,實際上的距離要比直線的Rhumb Line(等角航線)短得多。 更詳細的數學解釋可以參考:Great circle。


2. 導航技術限定,飛機只能向臺或背臺飛行。

目前最成熟的導航技術是IR(慣性導航)和VOR/DME(指向臺)導航技術,這兩種技術疊加可以保證飛機導航精度達到RNAV2,即在航行全過程中,95%以上的時間裡定位精度在2海里以內,而VOR的一個缺點是依賴於導航臺,且飛機只有在航向面向或背向VOR臺時才能獲得比較高的精度,因此飛機的航跡本質上就是從一個VOR臺飛向另一個VOR臺,在距離VOR臺約10海里左右開始轉向像一個VOR臺繼續飛行。

借用別人的一張圖說明,十字星標就是不同的VOR臺,粉紅色的線就是飛機的軌跡,由於導航臺的數量限制,飛機只能採取曲線飛行。

很多業內也說了,十字星不是VOR臺,他的標準名字是Waypoint,為了省去解釋為何在要在航路點之間直線飛行,我就簡單描述為導航臺了,便於業外理解。Waypoint 在航空業早期,實際上就是地上一個明顯的地形/標誌物等,又叫地標,飛行員就是靠目視對準地標飛來保證自己航路正確的。隨著無線導航技術發展,VOR臺就成為主要的Waypoint了。進一步的,隨著GPS的應用,Waypoint理論上可以隨機選取地球表面任一位置設置,只需要對該處進行GPS校準即可,這也就是RNAV的航路點設定來源了。在PBN運行前,飛機只能以直線在航路點直接飛行,因為:1. 只要在航路點確認高度符合要求,在兩點之間的直線上飛行,一定沒有觸地風險;2. 沿航路飛行,空管只需要監控飛機的速度和順序,就可以保證沒有碰撞風險,加入偏置和單向高度層後,對飛也不存在碰撞風險。因此,目前為止,飛機只允許在Waypoint之間的直線上飛行。未來普及PBN後,才可以不依賴Waypoint飛行。PS:RNAV跟PBN的區別,業內瞭解就行了,我懶得展開了。關於GPS精度,靜止狀態下GPS精度可以達到10米級別,經過校準的可以達到1米甚至更低,飛機在停機坪上做導航校準時,可以達到分米級別。但是在高速運動狀態下,一方面精度降低,另一方面就必須考慮系統延遲了:如果飛控計算機晚了一秒獲得位置信息,或者操作指令晚了一秒,位置可就差了幾百米了。

有人會問GPS呢?GPS直到第三代系統開始投入,約2005-2009年,才可能在全球範圍內達到RNAV2精度。對此,國際民航組織從2008年開始,逐步開始對基於GPS導航的導航設備開始論證使用,目前在歐美大陸,通過認證的飛機已經可以開始實行PBN導航,即不依賴VOR臺的自由設計航線,中國大陸規劃在2013年開始,2016年全面在民航採取PBN導航。

3. 地形/氣象/空管限制,某些區域必須繞行。

這個應該很好理解,比如山峰、雷雨雲、禁飛區之類,就不多說了。

4. 適航規章限定,主要是ETOPS規定。

這個是由於早期飛機發動機可靠性不足引入的規定,當時雙發飛機很容易在飛行過程中出現單發失效,此時會對飛行性能造成嚴重影響,同時也給飛行員帶來額外的負擔,因此規定飛機的全航路中,任何一點到最近的備降機場的距離不得超過60分鐘的航程,以便在飛行員疲勞或飛機結構受損到不可接受前,飛機能夠著陸。當然,現在隨著發動機可靠性提升,ETOPS限制普遍提升到了120分鐘,下一代的380和787都在申請150分鐘的ETOPS限制。詳見雙發延程飛行。

這個限制主要體現在跨洋和北極航線上,內陸航線與各航空公司實力有關,對於長距離航線,有實力的航空公司可能會沿路各個機場都簽有保障協議,此時ETOPS只在穿越沙漠和高原是有所影響。實力不足的航空公司則無法和所有機場籤協議,只能選擇性的挑選,就有可能受到一定的限制。


手撕機司機


所有的民航客機飛的都不是直線,國際航線的開通是由多國協商決定後,再報備國際民航組織歸檔,方能正式投入運營。為什麼要多國協商呢?因為國際航線的開通要途經多個國家和地區,而且是由二個國家或地區相互對開的。在別國的領空上飛行要遐開主權國家的重要的軍事設施與城市人口密集地區等,還要利用途經國家的導航設施甚至是機場設施。如果一個主權國家不同意你的航線通過其領空,那就只能繞道而行了。還有一些基於特殊的原因,比如中國大陸與臺灣省的兩岸直航,也不能夠直接飛越臺灣海峽,而是要在東海某區域進行折返方能進入對方的空域。

跨越四大洋的航線都會選擇離陸地相對近一點的座標串聯,第一齣現緊急情況下可以到兄弟機場申請備降,第二齣事後搜救及時,岸基機場、港口的飛機和輪船到達搜救點省時又方便;第三,可以利用第三方的導航設備,快速獲得航向、天氣、座標等重要信息。




鮑爾金vs巴特爾


美國是全球民用航空業發展最早的地方,在商業飛行發展的初期,飛機的確是可以在兩地之間飛直線,確切地說,飛行員完全可以按照自己的意願駕駛飛機飛行,最終只要安全達到目的地就行了。之所以那時飛行員可以這樣飛,那完全是因為那時候民航剛剛起步,天上的飛機根本就不多。如果任由飛行員一直這麼根據自己的心思飛下去的話,遲早有一天會出事,因為航空業是在不斷髮展,天上的飛機越來越多。

果不其然,1956年6月30日在美國出事了,而且是出大事了,兩架飛機在大峽谷上空相撞,導致128人喪生,這起事故是當時航空史上最嚴重的一起空難。涉事的兩架飛機一架隸屬於聯合航空718號航班,由洛杉磯飛往芝加哥,機型道格拉斯DC-7。另一架屬於環球航空(環航)2號航班,由洛杉磯飛往堪薩斯,機型洛克希德L-1049超級星座客機。在當時坐飛機還是一件比較奢侈的事情,航空公司為了招攬生意,飛行員經常會駕駛飛機飛越著名景點上空,讓乘客從空中包攬美景,科羅拉多大峽谷正是這樣一個深受青睞的地方。最終結果兩架飛機在大峽谷空中相撞,一架瞬間解體,另一架時空撞向地面。

大峽谷空難促進了民航管制系統和民機防撞技術的重大變革。從此以後飛機飛行規定有嚴格要求,飛機只能沿規定的空中走廊——即航路飛行。

飛行員在執行一個航班前,必須規劃好起點到目的地的航路,所謂的航路跟我們地面上的公路其實有相似之處,只不過航路是在天上的無形的,在整個航路途中會經過一系列的導航點,飛機必須嚴格沿著航路和規定高度陸續飛過規劃好的導航點,最終到達目的地。同時受天氣、沿途備降機場、航路擁擠程度、風速、總飛行長度的影響,飛行員根據上述因素可以選擇不同的導航點,就好比開車上班你可以根據地面擁堵情況選擇一條最快捷的路徑一樣,這就導致從起點到終點飛機飛行一定不會是直線,但飛行員在選擇航路時還是儘可能會選擇近似大圓航線的航路,畢竟一般情況下飛行距離越短越省油越省時。

不過也有例外,比如上海飛紐約,最短的大圓航線是走北極的極地航線,但是北半球中緯度高空盛行西風,有時風速可以高達100km/h,因此去程時飛機一般會選擇橫穿北太平洋,藉助風速更省時省油。回程時為避免大逆風,選擇距離更短的穿越北極的極地航線。

我的微信公眾號:熊貓愛飛行(ID:iflypanda)


熊貓愛飛行


銀川–上海是兩個半小時。上海–銀川是三個半小時。多出來一個小時。我問過空姐,解釋說是風速影響。我感覺不對,又不是常年都刮西北風,即使高空常年颳風,每天的風速也不一樣呀,為什麼航班時刻表就是每天不變要多出來一小時。一個小時要飛900公里的。誰能解釋?


一劍風情0127





user4085133121121


這個問題就有誤導性,你首先就假設了飛機不是飛直線。這個是不對的。這裡面有幾點需要說明下。

第一:我們假設地球是個非常完美的球體,那麼球體表面的直線就是一個大圓航線的一段。(不明白自己去百度大圓航線)。所以地球上任意一點到另一點的最短距離不是條直線,而是段圓弧。這點一點要搞清楚。

第二:作為航班運營者來說,他們恨不能每個航線都是最短的距離,因為這是最經濟的,成本最低的選擇。但是實際上並不能完全做到。因為目前飛機飛行都離不開地面導航臺,飛機必須在導航臺之間飛行。(沙漠或者大洋航線除外)。所以飛機的航線就跟導航臺的地址有關係。如何選擇具體的航線走向,總的來說大原則是,整個航線儘量選大圓航線,大原則確定後每個小航段儘可能選等角航線。


航空科普


與你的經驗相反,其實民航飛機恰恰是儘可能走直線的。那為什麼你還會覺得它在走曲線呢?這是因為,地球不是一個平面,而是一個球面。在球面上,直線仍然是最短的,但這裡的直線可不是「地圖上的直線」。

比如說赤道,我們在地圖上看,會覺得是直線,但我們若在北極看,那它就是個圓。所以直線一定不是在地圖上定義的。它就是根據距離定義的,我們稱之為「測地線」。

舉個例子,從上海飛到舊金山,會向北飛到日本、北太平洋,還會路過加拿大的海域,最後再向南飛到舊金山。看起來是繞了遠路,但實際上是抄了近道。

因為地球是圓的,從上面的路線走,反而是最短的。只要換個角度去看,就能看出來門道。

但實際的飛行,還是與測地線有差異。這有很多因素影響。比如風速的影響,飛機就可能走一些順風的道路,這樣更省油;或者有的為了安全,會要求航線附近必須要有機場,以備迫降。


分享到:


相關文章: