教育資源分享論壇's Archiver

edushare 發表於 2010-8-23 21:47

機場跑道解析/鋸槽藏縫 機場跑道有凍頭

2010/08/23  【聯合報╱記者鄭朝陽】

[img]http://mag.udn.com/magimages/4/PROJ_ARTICLE/13_1219/f_266244_2.jpg[/img]
一架客機降落桃園機場北跑道。要承載每日起降的衝擊力,跑道舖面機關處處。 本報資料照片/記者陳嘉寧攝影

日前審計部翻出政府單位預算書,發現桃園機場兩條跑道都超齡使用,跑道舖面等級也不敷需求,嚴重影響國際競爭力。對於搭飛機的一般乘客說,對機場跑道的良劣不太能感受,不過這卻是機場的關鍵設施,跑道型式、結構強度,都攸關飛航安全及機場營運效能。

台大土木系教授周家蓓指出,機場跑道的強度該有多高,涉及該座機場未來20年的飛航需求,在事前評估階段,規畫團隊會綜合預測該城市或國家的經濟發展趨勢、往來航空公司採用的機隊、會飛到這個機場的可能是哪幾種飛機等,再擇定使用率最高的機型,再依滿載時全機的最大起飛重量,算出跑道的需要多大抗壓強度。

[img]http://mag.udn.com/magimages/4/PROJ_ARTICLE/0_0/f_266244_3.jpg[/img]
機場跑道都是剛性舖面,且會加入傳力鋼筋,耐受力比普通道路要高出許多。 本報資料照片

目前世界各主要國際機場的跑道設計機型多半以波音747-400為主,但隨著飛行科技進步,客機載客與載貨量不斷挑戰極限,目前最大的民航機首推法國空中巴士A380。不過,A380的體型雖大,還不足以成為各國主要機場的設計航機,因為它的數量少,機腹裝的機輪比波音747-400還多,分攤了航機對跑道的壓力,不致損傷舖面。

一般認為航機降落時會對跑道產生強大的衝擊力,但周家蓓說「沒有這個問題」。她解釋,設計跑道強度只考慮起飛重量,主要是航機起飛前最重,經過一定航程的飛行之後,占航機載重很大比例的油料和水大量減少,讓航機變輕了,降落時還有機輪緩衝,跑道舖面承受的壓力比起飛前小。

周家蓓舉例,過去曾有航機在準備降落時,發現機件故障,臨時到外海繞一圈把油料放掉,再飛回機場重新降落,用意在減輕落地時機頭的鼻輪和其他機輪的負擔,「不放油,鼻輪會承受不了而爆裂,極可能發生飛安事故」。

跑道舖面通常分為混凝土材質的「剛性」路面,以及瀝青混凝土的「柔性」路面,國內絕大多數的公路屬柔性路面,機場則是剛性路面,兩者的差異在「伸縮縫」。

周家蓓表示,剛性舖面的建造成本比較貴,缺點是行車噪音較大,舒適性不如柔性舖面,但堅固耐用,維護成本低;國道3號龍潭往關西路段約9.7公里的剛性舖面,10幾年來養護頻率遠低於柔性瀝青舖面。不過,剛性舖面會因水泥的材料特性,遇熱脹冷縮產生裂縫,雨水入滲,久而久之混凝土劣化,強度降低。

[img]http://mag.udn.com/magimages/4/PROJ_ARTICLE/0_0/f_266244_1.jpg[/img]
一般人很少可直接看到機場跑道要舖多厚,圖中是曼谷機場施工的坑洞,那還只是表層翻修而已。 圖/法新社

因此剛性舖面的水泥板塊,每隔一段距離要鋸開留設伸縮縫,作為熱脹冷縮緩衝空間,防止裂縫產生,伸縮縫則填入防水的填縫材料。此外,水泥板塊間放入少量的傳力鋼筋(學名為『綴縫筋』),當航機的機輪壓在兩塊板塊時,可靠傳力鋼筋分攤重量,同時增加混凝土的握裹力,防止板塊承重時裂開。

機場的流量愈大,跑道舖面的混凝土厚度也必須跟著增加。為了增加航機落地後機輪和舖面的磨擦力,舖面必須「鋸槽」,每隔3.8公分鋸出寬0.6公分、深0.6公分的溝紋,這些舖面溝紋也有導流雨水、維持跑道不積水的功能。

一般認為機場跑道應像高速公路般,每隔五年刨除翻修。周家蓓說,機場跑道有套舖面管理系統,每年做基本養護,並依照多項指標評估翻修時機,不一定五年就要翻修。而且會利用「撓度儀」探測舖面殘餘生命,原則上以20年為生命周期,如果養護得當,機場營運沒有重大變化,跑道都能繼續使用。

[b]為了A380 跑道紛紛拉長[/b]

機場跑道長度和航機載重成正比,台大土木研究所博士候選人蔡鎮宇表示,航機載重愈重,加速的速度愈慢,需要較長的跑道。國際機場大多以波音747為標準,平均跑道長度為3700公尺以上;配合近兩年才加入營運的空中巴士A380,各大國際機場紛紛打算延長跑道長度至4000公尺以上。

蔡鎮宇表示,隨著兩岸航空業發展和飛航需求,未來各機場的跑道長度可能不敷使用,以高雄機場為例,原設計機型為空中巴士A321,未來若提供B747-400起降,將產生跑道長度不足現象;松山機場也有類似問題。

跑道長度影響機場效能,跑道容量也影響機場容量。而影響跑道容量的另一個關鍵,就是航機的「機尾亂流」。

機尾亂流是因為飛機動力與主翼構造所產生的「小型渦旋」,它平行地拖曳在飛機機翼的後方,且有擴散效應,因此對隨後進場降落的飛機來說,可能擾亂飛機降落的穩定性,甚至有安全危害,特別是對於跑道上要排成一條線的離場與進場航路,機尾亂流就會構成嚴重的安全威脅。

為了避免機尾亂流危害飛安,航空作業規定把小、中、大型航機與重型航機前後隔離幾分鐘起飛,通常是大型和重型航機、中小型集中起飛,避免機型混合差距過大。

至於飛機愈重對跑道的損傷愈大,關鍵因素除了飛機的重量,還包括飛機機輪的數目和機輪的間距。飛機的機輪愈多,每個機輪分攤飛機的重量就愈小,飛機對跑道的損傷就愈小,這也是許多機場不必補強跑道、就可以開放A380起降的緣故。

edushare 發表於 2010-8-23 21:49

機場跑道解析/安全起降 不能一路順風

2010/08/23 【聯合報╱記者鄭朝陽】

機場跑道該採東西向或南北向,風向是主要考慮因素,因為航機起降都得逆著風。

建造機場之前三年,就必須先在機場預定地記錄各種風向吹拂的時間,把每次平均吹拂時間畫在一個圓上,稱之為「風花(Wind Rose Chart)」,然後根據最常出現的風向決定跑道方向,接著再依據該地的海拔、空氣密度、溼度以及設計機型等條件,決定跑道長度。因此,各國際機場的跑道長度都不太一樣。

一般來說,3500公尺長的跑道已可支應絕大多數的飛機起降,但像大陸西藏昌都邦達機場海拔高度4334公尺,空氣也較稀薄,所以跑道長達5500公尺。至於台北松山機場現有的跑道僅有2605公尺,因此不能讓大型飛機起降。

台大土木系教授周家蓓表示,古人講「一路順風」,指的是搭船時靠風的推力,飛機在高空時也最好是順風狀態最省油。然而,要讓體型龐大的飛機起飛,就得利用逆風產生的浮力,把飛機「抬」起來。

18世紀瑞士科學家白努利(Daniel Bernoulli)讓水流經各種管子,發現管子裡的水流速率愈快,與流向垂直方向的作用力就愈小。也就是對水管管壁的壓力,會隨流速增加而降低。

他還發現這種現象也會在氣體發生,稱為「白努利定律」。

簡言之,白努利定律就是「流體速度增加,壓力便會下降」。周家蓓表示,飛機的機翼採取上凸的曲面設計,飛機前進時,迎面而來的風(逆風)會被機翼分流成上下兩邊。這兩股氣流為了同時到達機翼後端,上方氣流流動的距離較長,上方的流速就會高於下方的流速。根據這項定律,流動速度加快會降低壓力,會使得下方氣流壓力高於上方氣流,這種壓力差產生的「浮力」配合飛機強大的推進力,正好把飛機抬了起來。所以逆風是飛機起飛的好幫手。

edushare 發表於 2010-8-23 21:50

機場跑道解析/必學單字大閱兵

2010/08/23  【聯合報╱記者鄭朝陽】

Flexible Pavement 柔性舖面
Rigid Pavement 剛性舖面
Wake Turbulence 機尾亂流
Expansion Joint 伸縮縫
Nosewheel 鼻輪

延伸閱讀
1.萊特兄弟與飛行/鈴木真二著/世茂出版社
2.哇!飛起來的科學魔術/林懿偉著/方智出版
3.飛航安全管理/張有恆著/華泰文化
4.城市對外交通/同濟大學等編著/中國建築工業出版社

頁: [1]

Powered by Discuz! Archiver 7.2  © 2001-2009 Comsenz Inc.