#13 讓一切隨風?如何用E6B計算風偏

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膝板小抄 – 偏航角速算曾經提過一個很重要的概念:在天空中飛行的飛機,會被風「吹離」原來的航線。那一篇文章講述了如何快速算出偏離的角度,以便飛行員將飛機飛回原來的路徑上。

可是這只不過是事後的補救措施而已,無法補償浪費的時間和消耗的燃油。飛行員或多或少都有點控制欲,可不會願意隨風擺布呢。

所以在這篇文章,我們來探討如何配合風向,用最短、最快的方式直飛到目的地。

目錄:

  1. 風向三角形
  2. 玩轉風火輪(E6B)
  3. 情境一:飛行計劃
  4. 情境二:估算風向量
  5. 來做練習吧!

風向三角形

由A點飛到B點最快的方法,理所當然是機頭拉一條直線,直指目的地飛行。

可是如果有風的話,又會發生怎麼事呢:

我們可以用數學向量(或稱矢量,Vector)把飛機原訂的飛行路徑,和風偏航的影響分開考慮。風偏航可以想像成飛機在半空中飄浮(因為魔法),任由風將之吹走,可以是前後左右任何方向。用上圖的例子,風從右側90度吹來,使飛機的航跡(Track)偏離計劃路徑。要表示三者的關係,我們可以參考下方的風向三角形(Wind Triangle):

這個三個形一共由三個"向量"組成。用繪圖方式來表示,每一個向量都包括了方向(Direction,箭號所指的方向)和大小(Magnitude,每一條邊的長度):

  1. 空速向量 (Air Vector,AV)
    • 方向:實際航向 (True Heading) ⇒ 機頭所指的方向
    • 大小:真空速 (True Airspeed,TAS) ⇒ 飛機在空氣中"穿過"的速度
  2. 地向量 (Ground Vector,GV)
    • 方向:
      實際航跡 (True Track,TR) ⇒ 過去飛機相對地面前進的方向,或
      計畫航線 (True Course,TC) ⇒ 飛機準備飛抵的方向(目的地)
    • 大小:地面速度 (Ground Speed,GS) ⇒ 飛機相對地面的速度
  3. 風向量 (Wind Vector,WV
    • 方向:風向 (Wind Direction) ⇒ 風吹來的方位
    • 大小:風速 (Wind Speed) ⇒ 風吹來的速度

要注意實際航跡(TR)和計畫航線(TC)的分別,前者是"過去式"、已經飛過的路線;後者則是"將來式"、計劃好準備執行的路徑。英語中"Track"和"Course"的意思可是有微妙的差異!

除了三個向量,我們還對空速向量(AV)和地向量(GV)之間的夾角頗有興趣,因為有助我們判斷風力對飛行路徑的影響程度,以及作出相應的修正:

  • 偏移角 (Drift Angle,DA) ⇒ 實際航跡(TR)和實際航向 (True Heading)的角度差。這是"過去式",用作判斷風力的影響
  • 風向修正角 (Wind Correction Angle,WCA) ⇒ 要保持最短路徑時,實際航向因應風力而加減的角度。這是"將來式",用作計劃航向以抵消風偏

因此跟據情境不同,三角形上的部份可能有不同稱呼!


玩轉風火輪(E6B)

E6B飛行計算尺是飛行員人手一把的必備工具,友站有一篇很有趣的文章詳述了其歷史和重要性,建議各位去了解一下。中文維基稱之作"颼颼輪",應該是英文"Whiz Wheel"的直譯。

可是"颼"粵語讀"收"(sau1),不及華語的"sou1″上口,本人更願意稱之作「風火輪」:因為一面作"風"有關的導航計算,另一邊做"火"=燃油消耗之類的速率換算。

不論如何稱呼,E6B的背面都是一個滑尺,上面有速度和角度的刻度:

利用這個滑尺,配合中央是半透明膠片的轉輪,就可以做出兩類的計算:

在接下來的部份,希望各位都準備一把E6B來一起嘗試每種計算。有實體版的當然很好,但我估計不少人也沒有,所以可以嘗試下面的App/網站:

Flight Computer Sim – Android
Flight Computer Sim – IOS ⇒ App-store應該可以找到,小弟用不起Apple
http://www.privatepilotstudy.com/e6b/back/ ⇒ 雙擊 (Double-click)留下記號

準備好了嗎?讓我們開始吧。


情境一:飛行計劃

最常用到的一種計算是在起飛前計劃飛行路徑時,利用飛行當天的風速預報,算出飛抵每一個檢查點(Checkpoint)的實際航向(TH),以及地面速度(用來計算所需時間)。為了方便解說,我們隨便創作一個例子吧:

  • 風向/風速 (W/V) ⇒ 290ºT@13KT [從風速預報中找到]
  • 計畫航線 (True Course,TC) ⇒ 320ºT [在航圖上量度起點終點的方位]
  • 真空速 (True Airspeed,TAS) ⇒ 108KT [在飛機的飛行手冊(POH)中查得,隨油門設定和飛行高度而改變]
  • 磁偏差 (Magnetic Variation,VAR) ⇒ 9ºW [在航圖上找到]

這次特地準備了動畫來解說(但沒有配音),試試一步一步跟著做吧:

因此我們可以算出實際航向(TH)是317ºT,磁航向是326ºM,地面速度是97KT:

精明的各位可能發現了,其實我們根本是在E6B上畫出一個風向三角形!只要飛行員保持計算出的航向,就可以抵消風的影響,用最短路徑到達目的地。

總結作飛行計劃的步驟:

  1. 拉動滑尺,直到中心圈對準100KT ⇒ 任何數字都可以,不過100方便加數
  2. 轉動轉盤,直至上方的"True Index"對準風向 [ºT]
  3. 在中心圈正上方適當的風速刻度用鉛筆打上"X" ⇒ 1xx,xx即風速 [KT]
  4. 轉動轉盤,直至上方的"True Index"對準計畫航線(TC) [ºT]
  5. 拉動滑尺,直到"X"對準真空速(TAS) [KT]
  6. 從刻度讀取風向修正角(WCA)[º] ⇒ 左邊是負數,右邊是正數
  7. 利用算式:TH = TC + WCA,算出實際航向(TH) [ºT]
    • 注意這是真北航向(True North),飛行主要使用磁航向!
    • 利用MH = TH + VAR 算出磁航向(Magnetic North,MH) [ºM]
  8. 從中心圈讀取地面速度(GS) [KT]

情境二:估算風向量

另一種計算是在飛行中利用已知的實際航向(TH)、實際航跡(TR)、真空速(TAS)和地面速度(GS),計算出飛機受到的風速和風向。風速預報實際上不太準確,很多時候都只概括一個大地區的風力數據。在沒有裝備全球衛星定位系統(GNSS)時,可以用這方法逆向算出風向量(WV),儘管很少會這樣做(笑)。隨便創作一個例子:

  • 實際航向 (True Heading,TH) ⇒ 168ºT [機頭一直指向的方位]
  • 實際航跡 (True Track,TR) ⇒ 180ºT [飛機相對地面移動的方位,用機外景物跟航圖比較而得]
  • 真空速 (True Airspeed,TAS) ⇒ 100KT [隨油門設定和飛行高度而改變]
  • 地面速度 (Ground Speed,GS) ⇒ 120 KT [用飛越航圖上已知距離兩點的時間,計算而得]

我們可以算出風向量是043ºT@30KT:

總結估算風向量的步驟 (注意跟上個情境完全不同):

  1. 拉動滑尺,直到中心圈對準地面速度(GS)
  2. 轉動轉盤,直至上方的"True Index"對準實際航跡 (TR) [ºT]
  3. 利用算式:DA = TH – TR,算出風偏角(DA)[º] ⇒ 左邊是負數,右邊是正數
  4. 在風偏角(DA)和真空速(TAS)兩個刻度的交叉點打上"X"
  5. 轉動轉盤,直至"X"在中心圈正上方
  6. 從刻度讀取速度,減去地面速度(GS)即是風速 [KT]
  7. 從上方的"True Index"讀取風向 [ºT]

在準備這篇文章的時候,本人一直在想:到底有沒有更簡單的方式,例如口訣/歌曲之類可以記住兩種不同的步驟?

可是經過一番思考,還是相信最有效的方法,只有多加練習一途。做過的例子夠多,每次飛行都堅持用E6B而不是iPad來計算路徑,很快就不用思考任何步驟。

而且大多數的E6B在滑尺上方,都會有類似本人所寫的步驟(英文)作第一類的計算。一時忘記了,也可以一步一步跟著來做。

使用E6B最重要的一點,是要用點腦想清楚答案是否合理:明知風從左邊(L)吹來,但風向修正角(WCA)是向相反方向的3ºR?那一定是什麼地方搞錯了;真空速(TAS)和地面速度(GS)相差不遠,風速卻有數十節?很可是在錯誤的地方打"X"了。

因此在下一頁,準備了一些練習讓各位試試。有疑問的話,歡迎提出哦。

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