认识飞机的高度表

前言
　　
近代的飞机提供给飞行员的信息是愈来愈多，诸如飞机的速度、高度、飞机的姿态、航向、方位、飞机现在的位置、现在的时间、发动机的转速、温度、燃油的存量、以及气象数据等等，可以说是能想到的都有了，不过在这些信息当中，要以速度、高度以及飞机的姿态为最基本的要求。

某架飞机在飞行时与其它飞机的安全间隔距离，以及它与地形地物、建筑、凸出物等的安全间隔距离，均靠高度表所显示的高度作为参考。可惜的是高度表所显示的高度并非真正的高度，因此必须充分了解高度表的构造和原理，方可正确使用高度读数，以避免导致发生危险状况。

这也是为什么近代飞机的驾驶舱内虽然有高科技的航电液晶屏幕，可以切换显示各种信息，并进一步简化了仪表板(少了一大堆指针或小灯泡)，但是传统的速度表、高度表以及姿态仪仍是必须的备份仪表。本文主要目的是以较浅显的文字来说明较复杂的高度表，以及不同的高度定义是如何运用在飞行规则中，同时也看看美国联邦航空法规对高度表有哪些重要规定。
　　
大气特性
　　
在介绍高度表之前，必须先简单了解地球大气的特性。围绕在地球四周的大气有下列两个特性：
　　
1、大气的温度随高度增加而降低。
　　
2、大气的压力因地心引力的关系亦高度的增高而降低。
　　
不过天气的状况每天不一样，温度、压力虽因高度的增加而递减，但三者之间并没有一个常规不变的公式可作为参考。为了有一个共同依据，因此就假设了一组理想值作为压力、温度与高度三者之间的关系，这组数值就称为国际标准大气，简称ISA：

高度(英尺) 压力(英寸汞柱) 温度(摄氏)
16,000 16.21 -17
15,000 16.88 -15
14,000 17.57 -13
13,000 18.29 -11
12,000 19.03 -9
11,000 19.79 -7
10,000 20.58 -5
9,000 21.38 -3
8,000 22.22 -1
7,000 23.09 1

6,000 23.98 3
5,000 24.89 5
4,000 25.84 7
3,000 26.81 9
2,000 27.82 11
1,000 28.86 13
海平面 29.92 15
　
从上表中，你可以发现在海平面(高度为0)时的压力为29.92英寸汞柱高，而温度为摄氏15度。此外，高度每升高1,000英尺，温度降低摄氏两度；高度在7,000英尺之下时，每升高1,000英尺，压力几乎降低1英寸汞柱高。要提醒你的是这仅是一个假设的状况，很少有实际的天气状况是符合这组数值的。你如果有注意每天的天气预报，每个地点的大气压力和温度常常是在改变的。
　　
高度表的种类
　　
一般而言，高度表有两种，一为机械式的压力高度表，另一为较精准的无线电/雷达高度表。压力高度表顾名思义就是利用前述的国际标准大气压力与高度的关系，只要设法量测到大气的压力，高度便可以知道了。它的机械原理是利用一个在受到力量时会收缩或膨胀的微小金属膜盒，将它放置在一个较大的密封盒中，而这个较大的盒子有一个开口，大气的压力经由皮托管或飞机的静压口可通到这个开口进入较大的盒中，(这个较大的盒子实际上即为这个高度表的壳子)，如果外界的大气压力有所改变(高度增加或减少)，这个金属膜盒因此产生收缩或膨胀，而收缩或膨胀的量再经由机械齿轮原理，依照国际标准大气压力与高度的关系传动至高度表的指针，飞行员再读取指针所显示的高度值。因为这种高度表为利用国际标准大气的压力与高度关系，除非你是在国际标准大气情况下飞行，高度表所量出的高度才会等于真正的飞行高度，但是这种情况真是少之又少。
　　
此类的压力表通常尚有一个功能，称为压力调拨值，它最主要的目的是在非国际标准大气压力状况下，让高度表显示出以另一个压力面作为量测起点的高度值。举个例子，若有一个高度表是依照前述国际标准大气压力与高度的关系制成的，把压力调拨值设定在29.92英寸汞柱高，若你在甲机场起飞，甲机场的标高为0高度(海平面高度)，当时机场的大气压力刚好符合国际标准大气状况(29.92英寸汞柱高)，这个时候你在跑道头看你的高度表，其指针显示的指示高度为0英尺。

你飞行一段距离后降落在乙机场，它的标高为1000英尺，若乙机场的大气压力也正好符合国际标准大气状况，这个时候你的高度表就会侦测到乙机场的大气压力为28.86英寸汞柱高，你落地后看你的高度表，其指针显示的指示高度为1,000英尺！亦即海平面之上1,000英尺。

现在假设乙机场的大气压力不再是国际标准大气状况，由28.86英寸汞柱高降至27.82英寸汞柱高，这个时候你的高度表指针显示的指示高度为2,000英尺，不再是正确的1,000英尺！言外之意，在乙机场落地后你的高度表显示出来比跑道真正的高度要高出1,000英尺，这难道不是一件不好的事情吗？这个时候压力调拨值便发挥功能了，它有办法让你的高度表显示出正确的高度值，只要把压力调拨值设定在机场的大气压力即可。

其机械原理很简单，当你改变压力调拨值时，亦改变了金属膜盒大小，同时亦让高度表的指针有所改变，而且两者均依照高度每改变1,000英尺，压力改变1英寸汞柱高的比例来变动。

再举一个例子，如果你在标高为1000英尺的乙机场，高度表的压力调拨值先设在标准的29.92英寸汞柱高，并且注意到高度表的指示高度为1,300英尺，显然高度表的指示高度与机场真实高度有300英尺的误差，解决的方式便是把压力调拨值拨到29.62英寸，(每减少0.1英寸汞柱高，代表100英尺的高度变化)，高度表的指示便回到1,000英尺了。
　　
还有，压力高度表显示的高度是以压力调拨值为量测起点的高度，如果你在乙机场的上空飞行，高度表的指示高度为15,000英尺，表示你在海平面上方15,000英尺的高度飞行，由于乙机场的高度为1,000英尺，你离乙机场的高度只有14,000英尺。
　　
无线电/雷达高度表的原理为经由飞机上发射一束电波，这个电波到达地面后被地面反射回到飞机，在测量所花费的时间之后，便可以利用电波速度和时间算出与地面的高度。
　　
高度定义
　　
有些读者或许会问，怎么一会儿高度是15,000英尺，一会儿又是14,000英尺，飞机还在原在位置没动呢。由于地球表面除了海平面之外，其它的地方或许是高山、平原、深谷、高原、湖泊等等，它们都不见得是海平面高度。当我们说高度的定义时，必须说明是从哪个基准面开始计算，常用的基准面有三种：一为海平面，一为地表面，另一为标准参考面。前两种无须多加解释，第三种是一个理论上的基准面，具体而言就是29.92英寸汞柱高的压力面。在了解压力高度表以及高度的基准面之后，就可以再来看看不同的高度定义以及它们的用途：
　　
1、指示高度：由压力高度表所显示出来的高度，基准面为海平面，但是压力调拨值为当地大气压力值。英文中常用平均海平面的缩写MSL来表示指示高度的基准面。例如：你在台北中正机场上空飞行，就把中正机场的大气压力值定为压力调拨值；若在上海浦东机场上空飞行，就把浦东机场的大气压力值定为压力调拨值。再以美国为例，在18,000英尺以下的仪表飞行规则的空域高度分配以指示高度为准，因此在美境内长途飞行时，飞行员必须注意收听航管中心的广播，航管中心会持续播报各地方的大气压力值，当飞机通过定点时，就把当地的大气压力值定为压力调拨值。
　　
2、压力高度：由压力高度表所显示出来的高度，基准面为标准参考面，也就是压力调拨值不论是在那里都设定为29.92英寸汞柱高。以美国为例，美国联邦航空法规要求若在18,000英尺以上的高度飞行，必须是仪表飞行规则，同时规定压力高度表的压力调拨值须设定在29.92英寸汞柱高。虽然在这种情况下所显示的高度不是真实的飞行高度，但是所有的飞机高度表都使用同一个参考面，大家的误差都一样，因此飞机之间仍可以保持所规定的安全距离。
　　
3、密度高度：将压力高度值对温度校验后的高度。如果大气温度符合国际标准大气的状况，密度高度等于压力高度。密度高度最主要的目的是让飞行员以及飞机设计制造公司计算及了解正确的飞机性能值，并不是来作为高度的参考。
　　
4、绝对高度：通常是指经由无线电波/雷达高度表所显示出来的高度，基准为地面，但没有压力高度表的压力调拨值问题。英文中常用地面以上的缩写AGL来表示。飞机在通过或降落高山地区的空域时，使用绝对高度作为参考就比使用指示高度或压力高度来得安全。
　　
在美国联邦航空法规第91.121章节的内容中，针对一般飞机在飞行时设定压力调拨值的规定为：在平均海平面18,000英尺高度以下时，以当时飞行途径上100海浬之内的航管中心为准；在平均海平面18,000英尺高度以上时，一律设在29.92英寸汞柱。
　　
由于高度表有相当的重要性，因此在美国联邦航空法规第43章「航空器的维修」附录E的内容中，特别规定了高度表的测试与检修有关事项。而在第91.411章节里则规定，若飞机的高度表没有依照第43章附录E的测试检修规定执行的话，这架飞机是不允许飞行的；同时亦规定谁有资格来执行高度表测试与检修，由于条文较多，不在此赘述。
　　
结语
　　
由于压力高度表所量测出来的高度并不是一个真实的高度值，因此当我们在谈论飞机的飞行高度时，并不是我们想象中那样简要，除了要了解高度表的原理和其限制外，同时要清楚各种高度的定义以及航管规定，才会有一个安全的飞行间隔距离。

下次你在搭乘飞机听到飞行员广播飞机的飞行高度时，想必会发出会心一笑，飞行高度原来是这个意思！