为什么民航飞机不飞直线?

哥本哈根31


现代民航飞机的飞行路线,是严格按照相关的民航管制系统制定和设计出的精准航线路径,进行飞行的,当然也是为了保证其民航飞机在飞行中的绝对安全。

这些飞行航线图,在其纸上看到就是一条直线,但受地球是一个曲面的原因,真正民航飞机飞行时的航线轨迹并不是一条笔直的直线。早期民航飞机飞行时,采用的是等角航线,是以通过两行路线间的等角线作为航线,只要挑定航线角,便可以一直保持该航线角飞到目的地,所以等角航线在地图上投影是一条直线。

但随着后来各种各样的外界条件的干扰和影响,其民航飞机飞行的航线图不是类似于直线线了。首先,随着世界航空业的飞速发展与壮大,民航飞机可以载着旅客去到越来越多很远的地方,当然这也让其航线制定者这样不得不开始考虑,如天气、地理条件以及空域限制。比如某些区域诸如:山峰、雷雨云、暴风雪,民航飞机为了确保安全,都需要进行绕行。而在某些的区域,是军用飞机领域的限制,也使得民航飞行必须绕行。而且对于国内的航线,基本都是本国空军自行制定的,在两地之间,只能按照军方规定的航线飞行,不然是严厉禁止的。

其次,民航飞机,需要在其飞行时时刻与其塔台保持联系和导航,也因此受制于现在通信导航技术,也可以说受导航台的限制。现在成熟的导航是IR(惯性导航)和VOR/DME(甚高频全向信标/测距机,又叫指向台)导航技术的叠加,在民航飞机飞行很长时间里,都要确保能将其导航台,将其正在飞行中的民航飞机的定位精度控制在2海里以内。但这个过程中的VOR需要依靠导航台,且民航飞机只有在航向面向或背向VOR台时才能获得比较高的精度,而导航台一般建立在机场旁边,所以飞机的航迹不会仅仅是两个地点间的连线这么简单,也需要考虑其他技术方面因素的干扰。

最后,也是最关键的,其民航飞机的飞行航线制定,是要符合有关适航规章的限定,主要是ETOPS的规定。通俗一点讲就是,当双发或多发的民航飞机出现单发失效时,为了要确保飞行中的民航飞机的绝对安全,降落到相对应的备降机场这样的一个规定。所以,如果民航飞机偏离相应的备降的机场距离过于太远而又出现单发失效这样的故障时,这样其自身飞机的风险就非常大了,当然对于现在先进的双发民航飞机而言,在单发失效时,仅靠一台发动机飞行的情况就已经可以确保继续安全飞行三小时,这个时间的长度足够民航飞机找到合适的机场安全降落了。


航空君


越来越多人选择境外旅行,赴美旅游也一直高涨不歇。去美国飞机是必不可少的交通工具,想想自己十几个小时就可以跨越太平洋抵达地球的另一边,内心是不是非常激动?但是,你真的以为自己是跨越太平洋飞行的,就像下图这样?

如果你这样想的话,那就大错特错了。 地球上任意两点之间的最短路径,是通过这两点和地心的平面与地球表面相交形成的一段劣弧。我们把这个最短路径称之为大圆航线。

劣 弧

圆上任意两点间的部分叫做圆弧,简称弧。圆的任意一条直径的两个端点把圆分成两条弧,所对圆心角小于180°的圆弧叫做劣弧,劣弧所对的圆心角是劣角;如图,圆O中,通过观察可知弧AB所对较小圆心角的那部分为劣弧。

所以,以上海飞往洛杉矶的直飞航线为例,从太空视角来看大圆航线是下面这样的,大圆航线距离约为10400公里。

■ 上海—洛杉矶大圆航线示意图(太空视角)

我们把地图按照平面展开,大圆航线在地图上就显示为一根弧线,像下面这张图这样。这也是为什么飞机上的航图显示从中国直飞美国的航线是弯曲的。

■ 上海—洛杉矶大圆航线平面示意图

■ 黄色为上海—洛杉矶的大圆航线,

白色为一般实际飞行路线示意

看到这里有人不禁要问了,这样不是绕远路了么?

说得没错,这样的话飞行距离的确会变长,但是总的飞行时间会缩短。

没有在逗你们,飞行时间变短是由于借助了风力的缘故。地理学得好的同学应该知道,在南北半球中纬度地区的高空,副热带高气压带与副极地低气压带之间,有一股比较强劲的大气环流,我们把它称之为盛行西风带。

这股西风带的风速平均时速在100公里以上,在冬季西风带的风速有时可以超过200公里/小时。因此从上海飞往洛杉矶,选择比大圆航线略微偏南一点的航路,借助这股高空的盛行西风,飞行时相对地面的速度可超过1100公里/小时,这样飞行距离虽然远了一点,但是时间上和燃油消耗上会更节省。 不过,从洛杉矶回上海肯定不能按原路线返回,这样一来路线长,二来还逆风肯定划不来。回程时飞行员一般会选择路线更短的大圆航线,从洛杉矶起飞后往西北方向,经过阿留申群岛和日本,再抵达上海。当然实际飞行路线会受天气、备降机场等因素而不会完全与大圆航线重合。

下面两张图分别为今年1月23日,美联航UA199航班(上海—洛杉矶)和UA198航班(洛杉矶—上海)的实际飞行路线图,我们可以从图中看出从中国直飞美国西海岸的往返飞行路线之间的差别。

■ 2018年1月23日,美联航UA199航班(上海—洛杉矶)

实际飞行路线图

■ 2018年1月23日,美联航UA198航班(洛杉矶—上海)

实际飞行路线图

由于西风带的影响,从上海到洛杉矶回程会比去程时间大约长2小时左右。这也是为什么从中国来回美国时间会不一样的原因。

文章的最后,想留一个问题和大家探讨。我们现在已经知道了从上海飞洛杉矶(美国西部)的航线,那从上海飞纽约(美国东部)的航线要怎么走呢?留言给包大人吧。。。


包大人玩科学


很高兴回答您的问题!

“两点之间直线最短”,这个几何原理,从小学开始,就深深地刻在我们的脑海里了。

然而,这句所谓的“真理”,是在平面几何中才成立的,放到立体几何当中,就不是那么回事儿了!

我们所在的地球,是一个椭球形。椭球形上的两点之间,最短的距离是经过两点的大圆的劣弧!

简单来说,就是经过这两点以球心为圆心在球面上画一个圆(即大圆),这两点会把这个圆分割成两个弧,短的弧叫劣弧,长的弧叫优弧,这个短的弧,就是球面上两点的最短距离(上图中的A这条线)

所以民航飞机从一个城市飞往另一个城市,并不是直线飞最近,而是尽量沿着劣弧飞才是最近的!


除此之外,民航飞机在跨国飞行时,除了考虑最短路线这个因素之外,还必须要考虑是否有进入他国领空的权限,如果没有,擅闯他国领空有可能会被当做“不速之客”击落的哦!


希望我的回答能对您有帮助!

如有不准确之处,望不吝赐教!


不服软的小软


1. 地球是圆的,地图是平的。

一般而言,距离超过400公里时,地球表面两点的最短距离,投影到地图上就和直线有了明显区别,在这种情况下,选择直航时,飞机在地图上的投影就是一条曲线。这个差别在长距离才会显得很明显。

早期来说,为了导航方便,一般采取等角航线,即测量出出发地和目的地之间的磁角夹角,然后只要保持飞机航线恒定就可以到达目的地了,此时航迹在地图上的投影就是一条直线。但是随着导航技术发展,就开始采用大圆航线,而大圆航线在地图上的投影就是曲线了。

参考下图,地图上的Great Circle Route(大圆航线)看似曲线,实际上的距离要比直线的Rhumb Line(等角航线)短得多。 更详细的数学解释可以参考:Great circle。


2. 导航技术限定,飞机只能向台或背台飞行。

目前最成熟的导航技术是IR(惯性导航)和VOR/DME(指向台)导航技术,这两种技术叠加可以保证飞机导航精度达到RNAV2,即在航行全过程中,95%以上的时间里定位精度在2海里以内,而VOR的一个缺点是依赖于导航台,且飞机只有在航向面向或背向VOR台时才能获得比较高的精度,因此飞机的航迹本质上就是从一个VOR台飞向另一个VOR台,在距离VOR台约10海里左右开始转向像一个VOR台继续飞行。

借用别人的一张图说明,十字星标就是不同的VOR台,粉红色的线就是飞机的轨迹,由于导航台的数量限制,飞机只能采取曲线飞行。

很多业内也说了,十字星不是VOR台,他的标准名字是Waypoint,为了省去解释为何在要在航路点之间直线飞行,我就简单描述为导航台了,便于业外理解。Waypoint 在航空业早期,实际上就是地上一个明显的地形/标志物等,又叫地标,飞行员就是靠目视对准地标飞来保证自己航路正确的。随着无线导航技术发展,VOR台就成为主要的Waypoint了。进一步的,随着GPS的应用,Waypoint理论上可以随机选取地球表面任一位置设置,只需要对该处进行GPS校准即可,这也就是RNAV的航路点设定来源了。在PBN运行前,飞机只能以直线在航路点直接飞行,因为:1. 只要在航路点确认高度符合要求,在两点之间的直线上飞行,一定没有触地风险;2. 沿航路飞行,空管只需要监控飞机的速度和顺序,就可以保证没有碰撞风险,加入偏置和单向高度层后,对飞也不存在碰撞风险。因此,目前为止,飞机只允许在Waypoint之间的直线上飞行。未来普及PBN后,才可以不依赖Waypoint飞行。PS:RNAV跟PBN的区别,业内了解就行了,我懒得展开了。关于GPS精度,静止状态下GPS精度可以达到10米级别,经过校准的可以达到1米甚至更低,飞机在停机坪上做导航校准时,可以达到分米级别。但是在高速运动状态下,一方面精度降低,另一方面就必须考虑系统延迟了:如果飞控计算机晚了一秒获得位置信息,或者操作指令晚了一秒,位置可就差了几百米了。

有人会问GPS呢?GPS直到第三代系统开始投入,约2005-2009年,才可能在全球范围内达到RNAV2精度。对此,国际民航组织从2008年开始,逐步开始对基于GPS导航的导航设备开始论证使用,目前在欧美大陆,通过认证的飞机已经可以开始实行PBN导航,即不依赖VOR台的自由设计航线,中国大陆规划在2013年开始,2016年全面在民航采取PBN导航。

3. 地形/气象/空管限制,某些区域必须绕行。

这个应该很好理解,比如山峰、雷雨云、禁飞区之类,就不多说了。

4. 适航规章限定,主要是ETOPS规定。

这个是由于早期飞机发动机可靠性不足引入的规定,当时双发飞机很容易在飞行过程中出现单发失效,此时会对飞行性能造成严重影响,同时也给飞行员带来额外的负担,因此规定飞机的全航路中,任何一点到最近的备降机场的距离不得超过60分钟的航程,以便在飞行员疲劳或飞机结构受损到不可接受前,飞机能够着陆。当然,现在随着发动机可靠性提升,ETOPS限制普遍提升到了120分钟,下一代的380和787都在申请150分钟的ETOPS限制。详见双发延程飞行。

这个限制主要体现在跨洋和北极航线上,内陆航线与各航空公司实力有关,对于长距离航线,有实力的航空公司可能会沿路各个机场都签有保障协议,此时ETOPS只在穿越沙漠和高原是有所影响。实力不足的航空公司则无法和所有机场签协议,只能选择性的挑选,就有可能受到一定的限制。


手撕机司机


所有的民航客机飞的都不是直线,国际航线的开通是由多国协商决定后,再报备国际民航组织归档,方能正式投入运营。为什么要多国协商呢?因为国际航线的开通要途经多个国家和地区,而且是由二个国家或地区相互对开的。在别国的领空上飞行要遐开主权国家的重要的军事设施与城市人口密集地区等,还要利用途经国家的导航设施甚至是机场设施。如果一个主权国家不同意你的航线通过其领空,那就只能绕道而行了。还有一些基于特殊的原因,比如中国大陆与台湾省的两岸直航,也不能够直接飞越台湾海峡,而是要在东海某区域进行折返方能进入对方的空域。

跨越四大洋的航线都会选择离陆地相对近一点的坐标串联,第一出现紧急情况下可以到兄弟机场申请备降,第二出事后搜救及时,岸基机场、港口的飞机和轮船到达搜救点省时又方便;第三,可以利用第三方的导航设备,快速获得航向、天气、坐标等重要信息。




鲍尔金vs巴特尔


美国是全球民用航空业发展最早的地方,在商业飞行发展的初期,飞机的确是可以在两地之间飞直线,确切地说,飞行员完全可以按照自己的意愿驾驶飞机飞行,最终只要安全达到目的地就行了。之所以那时飞行员可以这样飞,那完全是因为那时候民航刚刚起步,天上的飞机根本就不多。如果任由飞行员一直这么根据自己的心思飞下去的话,迟早有一天会出事,因为航空业是在不断发展,天上的飞机越来越多。

果不其然,1956年6月30日在美国出事了,而且是出大事了,两架飞机在大峡谷上空相撞,导致128人丧生,这起事故是当时航空史上最严重的一起空难。涉事的两架飞机一架隶属于联合航空718号航班,由洛杉矶飞往芝加哥,机型道格拉斯DC-7。另一架属于环球航空(环航)2号航班,由洛杉矶飞往堪萨斯,机型洛克希德L-1049超级星座客机。在当时坐飞机还是一件比较奢侈的事情,航空公司为了招揽生意,飞行员经常会驾驶飞机飞越著名景点上空,让乘客从空中包揽美景,科罗拉多大峡谷正是这样一个深受青睐的地方。最终结果两架飞机在大峡谷空中相撞,一架瞬间解体,另一架时空撞向地面。

大峡谷空难促进了民航管制系统和民机防撞技术的重大变革。从此以后飞机飞行规定有严格要求,飞机只能沿规定的空中走廊——即航路飞行。

飞行员在执行一个航班前,必须规划好起点到目的地的航路,所谓的航路跟我们地面上的公路其实有相似之处,只不过航路是在天上的无形的,在整个航路途中会经过一系列的导航点,飞机必须严格沿着航路和规定高度陆续飞过规划好的导航点,最终到达目的地。同时受天气、沿途备降机场、航路拥挤程度、风速、总飞行长度的影响,飞行员根据上述因素可以选择不同的导航点,就好比开车上班你可以根据地面拥堵情况选择一条最快捷的路径一样,这就导致从起点到终点飞机飞行一定不会是直线,但飞行员在选择航路时还是尽可能会选择近似大圆航线的航路,毕竟一般情况下飞行距离越短越省油越省时。

不过也有例外,比如上海飞纽约,最短的大圆航线是走北极的极地航线,但是北半球中纬度高空盛行西风,有时风速可以高达100km/h,因此去程时飞机一般会选择横穿北太平洋,借助风速更省时省油。回程时为避免大逆风,选择距离更短的穿越北极的极地航线。

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熊猫爱飞行


银川–上海是两个半小时。上海–银川是三个半小时。多出来一个小时。我问过空姐,解释说是风速影响。我感觉不对,又不是常年都刮西北风,即使高空常年刮风,每天的风速也不一样呀,为什么航班时刻表就是每天不变要多出来一小时。一个小时要飞900公里的。谁能解释?


一剑风情0127





user4085133121121


这个问题就有误导性,你首先就假设了飞机不是飞直线。这个是不对的。这里面有几点需要说明下。

第一:我们假设地球是个非常完美的球体,那么球体表面的直线就是一个大圆航线的一段。(不明白自己去百度大圆航线)。所以地球上任意一点到另一点的最短距离不是条直线,而是段圆弧。这点一点要搞清楚。

第二:作为航班运营者来说,他们恨不能每个航线都是最短的距离,因为这是最经济的,成本最低的选择。但是实际上并不能完全做到。因为目前飞机飞行都离不开地面导航台,飞机必须在导航台之间飞行。(沙漠或者大洋航线除外)。所以飞机的航线就跟导航台的地址有关系。如何选择具体的航线走向,总的来说大原则是,整个航线尽量选大圆航线,大原则确定后每个小航段尽可能选等角航线。


航空科普


与你的经验相反,其实民航飞机恰恰是尽可能走直线的。那为什么你还会觉得它在走曲线呢?这是因为,地球不是一个平面,而是一个球面。在球面上,直线仍然是最短的,但这里的直线可不是「地图上的直线」。

比如说赤道,我们在地图上看,会觉得是直线,但我们若在北极看,那它就是个圆。所以直线一定不是在地图上定义的。它就是根据距离定义的,我们称之为「测地线」。

举个例子,从上海飞到旧金山,会向北飞到日本、北太平洋,还会路过加拿大的海域,最后再向南飞到旧金山。看起来是绕了远路,但实际上是抄了近道。

因为地球是圆的,从上面的路线走,反而是最短的。只要换个角度去看,就能看出来门道。

但实际的飞行,还是与测地线有差异。这有很多因素影响。比如风速的影响,飞机就可能走一些顺风的道路,这样更省油;或者有的为了安全,会要求航线附近必须要有机场,以备迫降。


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