最近發生的飛機失踪事故令人關注到飛機的設計及安全問題。今期Excel@PolyU邀請到工程學院副院長(業界關係)劉建德教授分享飛機設計的基本原理，闡明飛行規條、安全及監察系統的設計，並從科學角度，剖析引致飛機事故的可能原因。

飛機設計的基本原理是什麼？

飛行作用力分為重力、升力、推力和阻力四種。任何作用力的改變都會影響飛機的速度或方向。一般飛機的飛行高度距離地面三萬呎，約相等於額菲爾士峰的高度。而一些雀鳥的飛行高度亦跟飛機相約，這為飛機飛行構成一定的風險。此外，飛機越飛得高，其周邊環境的變化會越大。例如溫度下降至零下度數，直至到達對流層頂而變得平穩；氣壓下降，直至抵達溫層；以及空氣密度不斷下降。

機艙的設計是飛機設計重要的一環。機艙內的氣壓、溫度、氧氣量及濕度都必須控制在離地八千呎的狀態，方為人類及飛機結構可抵禦的狀態。此外，飛機的飛行原理亦取決於機翼的設計和運作，以符合起飛、爬升、巡航、下降及降落等不同階段的升力要求。飛機設計必須是一個自然穩定的系統，即使在沒有任何操控指令時，亦可以回復到穩定的條件下飛行。

一般飛機事故的成因包括什麼？

導致飛機事故的成因大致分為：天氣相關或機械相關的人為錯誤、其他人為錯誤、惡劣天氣、機械故障、蓄意破壞及其他原因。一九五零至二零一零年間，人為錯誤而導致的事故佔一半。最常見的人為錯誤包括：機尾著地、緊急著陸時沒啟動機輪等。其他由機件或引擎故障而引起的事故則包括：單引擎飛行、外物撞擊、機油滲漏、機油溫度過熱、機油壓力過低、緊急著陸、液壓制動器損壞、金屬腐蝕、硬著陸、維修問題等。人為錯誤涉及多方面的考慮，包括跑道狀況、維修質素、機師質素和態度，以及控制塔指示是否準確。

飛機內置的「黑盒」是甚麼？

飛機設有「黑盒」，可抵受3,400倍地心吸力、記錄17-25小時的資料、電池有效30天、在水深6,000米仍可傳送資料、抵禦攝氏1,000度高溫，以及每秒發出37.5Hz超音波頻率。然而，為保障記錄了的資料，黑盒並沒裝置即時傳送系統，故只能在事故發生後，搜尋出黑盒才可作資料分析。因此，飛機事故發生後，最重要是尋回黑盒，因為它記載著機上一切系統的資料和駕駛艙內機師的對話。