航機耗油分析與節油策略

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國立交通大學

管理學院(運輸物流學程)碩士班

碩士論文

航機耗油分析與節油策略

Aircraft Fuel Consumption analysis and Fuel Saving Strategy

研究生：盧姵伸

指導教授：汪進財教授

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航機耗油分析與節油策略

Aircraft Fuel Consumption analysis and Fuel Saving Strategy

研究生：盧姵伸 Student: Pei-Shen Lu

指導教授：汪進財教授 Advisor: Prof. Jinn-Tsai Wong

國立交通大學

管理學院（運輸物流學程）碩士班碩士論文

A Thesis

Submitted to Degree Program of Transportation and Logistics College of Management

National Chiao Tung University in Partial Fulfillment of the Requirements

for the Degree of Master of Science

in

Transportation and Logistics

July 2013

Taipei, Taiwan, Republic of China

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航機耗油分析與節油策略

研究生：盧姵伸指導教授：汪進財教授國立交通大學管理學院（運輸物流學程）碩士班

摘要

航空經營環境的瞬息萬變，燃油成本的變動和地球生存環境的不斷惡化，使得全球均致力於「節能減碳」議題。燃油成本為航空運輸業者最大宗的營運成本支出，較為老舊機型的燃油成本甚至可達營運成本 40%以上，透過減少燃油使用，除了能改善航機排放二氧化碳對環境的衝擊之外，事實上也一併提昇了航空運輸業者的獲利能力。本研究係以 A-320 Family 構型航機為對象，分析預期與實際油耗之差異，並透過真實飛航階段數據資料進行多元迴歸分析，建立航機耗油模式推估各飛航階段相關耗油因子之影響。研究結果顯示操作飛航計畫之準確度為影響航機燃油經濟性之一大因素，而實際飛航中滑行、爬升、巡航、下降、進場階段之油耗變數均有其差異，綜整各飛航階段迴歸模式得可控之操作變數為速度調節與航機主體減重最能達到節油之成效。關鍵詞：燃油消耗、飛航階段、多元迴歸、飛航計畫

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Aircraft Fuel Consumption analysis and Fuel Saving Strategy

Student: Pei-Shen Lu Advisor: Prof. Jinn-Tsai Wong Degree Program of Transportation and Logistics

College of Management National Chiao Tung University

Abstract

According to the huge variation in the environment of aviation operations, all global industries are devoted into Energy Conservation and Carbon Reduction. The fuel cost becomes the biggest expense in operations and it could be more than 40% in old aircraft configuration. Decreasing the fuel consumption not only reduce the impact of aircraft emission, but improve the revenue of airlines as well.

This study is considered and planed according to aim for A320 Family aircraft configuration. To analyzes the differences between flight planning and fuel consumption and organizes the true flight phase data into statistical database. The fuel consumption model will be founded on the multiple-regression analysis for identify the effect factors. The results indicated that flight planning accuracy will cause the influence of fuel economy. To conclude the models of Taxi, Climb, Cruise, Descent, Approach phases that speed adjustment and aircraft body weights reduced are the most effect factors in fuel saving.

Keyword: Fuel Consumption, Flight Phase, Multiple-Regression Analysis, Flight Planning

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誌謝

時間一晃眼就過了，在寫作論文的過程中，發現自己許多的不足及缺點，也希望從完成這篇論文開始，我能有所進步成長。首先要感謝的是汪老師，謝謝老師耐心的指導並教育我做事的方法，感謝交大所有教導過我的教授們，這些年讓我獲益良多，老師們的風範我均謹記在心。感謝口試委員劉得昌教授和鍾易詩教授的提點與指導，讓論文能更趨完整。感謝葉又青教官和郭滄龍經理對我的提攜與照顧，感謝 99 專班的所有同學，振烜、光華長官、政毅大哥、智誠大哥、天宇、麗貴姊姊、鍾姊、馨予、徵安、維彬、詩穎、倫弘、嘉鎂、育暉、琡婷，真的很榮幸也很開心能與大家成為同學。謝謝榮芳學長、詩瑄學姊、怡秋學姊和所有關心我的學長姊、學妹、朋友們的鼓勵及加油，還有何姊溫暖的協助。感謝世弘主任及姿杏提供 AIRFASE 資料，以及 MATLAB 高手宇軒的教學，讓我能完成資料庫的建立作業，最後是謝謝阿潘教官給我的寶貴建議，讓我又多學了一課。在這裡要特別感謝我的父母親，賜予我生命，以及無憂無慮的成長環境。心中有些話卻無法表達，也希望在天上的父親知道了，能感到開心。感謝我的姊姊，從小到大一同成長的快樂時光，總是對我照顧有加。最後，最要感謝的是我的母親，感謝您永遠的支持、相信及包容，成為我最大的動力來源，並給予我滿滿的愛及正面力量，讓我能帶著無比勇氣走到現在，謝謝您。盧姵伸謹誌於國立交通大學管理學院（運輸物流學程）碩士班中華民國 102 年 7 月

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目錄

中文摘要 ... i 英文摘要 ...ii 誌謝 ... iii 目錄 ...IV 表目錄 ...VI 圖目錄 ... VII 第一章緒論 ... 1 1.1 研究背景與動機 ... 1 1.2 研究目的 ... 4 1.3 研究範圍及對象 ... 4 1.4 研究流程 ... 6 第二章文獻回顧 ... 8 2.1 航空器製造商 ... 8 2.2 航空器使用人 ... 12 2.3 民航主管機關 ... 15 2.4 學術文獻 ... 17 第三章研究方法 ... 19 3.1 簽派油量計算方式 ... 19 3.2 實例說明 ... 23 3.3 研究方法 ... 29 第四章資料蒐集與處理 ... 30 4.1 資料蒐集 ... 30 4.2 飛航影響因素 ... 32 4.3 資料範例說明 ... 34 第五章航機耗油分析 ... 35 5.1 操作飛航計畫分析 ... 35 5.2 飛航階段分析 ... 40 5.2.1 地面滑出階段 ... 41 5.2.2 爬升階段 ... 48 5.2.3 巡航階段 ... 53 5.2.4 下降階段 ... 59 5.2.5 進場階段 ... 64

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5.2.6 地面滑入階段 ... 69 第六章結論 ... 75 6.1 飛航階段油耗表現 ... 75 6.1.1 地面滑出階段 ... 75 6.1.2 爬升階段 ... 75 6.1.3 巡航階段 ... 76 6.1.4 下降階段 ... 76 6.1.5 進場階段 ... 77 6.1.6 地面滑入階段 ... 77 6.2 結語 ... 77 參考文獻 ... 79 附錄一 ... 81 附錄二 ... 82 附錄三 ... 83 附錄四 ... 84 附錄五 ... 85 附錄六 ... 86 附錄七 ... 87 附錄八 ... 89

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表目錄

表 1 AIRBUS 機型節省之燃油數量(AIRBUS, 2004) ... 10

表 2 航空公司作法 ... 13

表 3 AAPA (Association of Asia Pacific Airlines)環境管理作業(牛詩淵，2010) ... 14

表 4 國際與航空環保法規(牛詩淵，2010) ... 15 表 5 特殊飛航作業 ... 16 表 6 A320F 航機構型階段耗油差異 ... 24 表 7 油量統計表 (單位：磅) ... 28 表 8 各階段定義表 ... 31 表 9 變數定義表 ... 33 表 10 資料範例 ... 34 表 11 實際與預期差異統計表 (實際＞預期)... 38 表 12 實際與預期差異統計表 (實際＜預期) ... 38 表 13 總平均滑行時間 (單位：分鐘) ... 39 表 14 地面滑出階段油耗相關係數 ... 42 表 15 地面滑出階段迴歸分析摘要表 ... 46 表 16 爬升階段相關係數表 ... 49 表 17 爬升階段迴歸分析摘要表 ... 52 表 18 巡航階段相關係數表 ... 54 表 19 巡航階段迴歸分析摘要表 ... 58 表 20 下降階段相關性分析表 ... 60 表 21 下降階段迴歸係數摘要表 ... 63 表 22 進場階段相關性分析 ... 65 表 23 進場落地階段迴歸係數摘要表 ... 67 表 24 地面滑入階段相關性分析 ... 70 表 25 地面滑入階段迴歸係數摘要表 ... 73

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圖目錄

圖 1 航空業燃油成本(IATA, 2009) ... 1 圖 2 人造二氧化碳排放(AIRBUS, 2008) ... 2 圖 3 二氧化碳排放量預估趨勢圖(IATA, 2009) ... 3 圖 4 原油價格變動趨勢(單位：美金／桶)(經濟部能源局，2012) ... 3 圖 5 研究架構圖 ... 5 圖 6 研究流程圖 ... 7 圖 7 飛航總油量 ... 19 圖 8 操作飛航計畫總油量 ... 22 圖 9 巡航圖表法示意圖 ... 26 圖 10 飛行階段示意圖 ... 32 圖 11 預期與實際油耗差異 ... 36

圖 12 成本指數(Cost Index)相關速度圖 (AIRBUS) ... 37

圖 13 滑行時間統計 (單位：分鐘) ... 40 圖 14 各飛航階段油耗比例 ... 41 圖 15 滑行油耗圖 ... 43 圖 16 地面停等時間滑行油耗圖 ... 44 圖 17 地速滑行油耗圖 ... 45 圖 18 爬升速率圖 (AIRBUS 2004) ... 48 圖 19 爬升階段相關變數油耗圖 ... 51 圖 20 巡航空層油耗率圖 ... 56 圖 21 巡航階段相關變數油耗率圖 ... 57 圖 22 下降速率圖 (AIRBUS 2004) ... 59 圖 23 下降階段相關變數油耗圖 ... 61 圖 24 不同下降速度階段示意圖 ... 62 圖 25 進場階段相關變數油耗圖 ... 66 圖 26 地面滑入階段相關變數油耗圖 ... 71 圖 27 地面滑入階段地速與油耗關係圖 ... 72

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第一章緒論

1.1研究背景與動機 2008 年上半年飆漲的國際油價及下半年的全球性金融海嘯讓航空運輸業遭受史無前例的重創，如圖 1 所示，國際油價波動劇烈，2008 年 7 月達歷史新高，大幅增加航空公司營運成本，也直接衝擊航空產業之獲利能力。經營環境的瞬息萬變，使得航空運輸業者必須重視龐大的燃油成本，如何減少燃油消耗增加營收成為航空業者面臨最為關鍵的課題。圖 1 航空業燃油成本(IATA, 2009) 在此同時，隨著地球生存環境的不斷惡化，「節能減碳」概念通行全世界，環保意識和環保要求也不斷提高，作為負責任的航空業者莫不苦思如何應變全球暖化與氣候變遷，有效減少燃油消耗，以肩負起節能減碳、綠色環保的社會責任。所有航空器操作對環境皆有影響，這些排放通常來自於航空器的發動機和噪音，另一些可能來自於航空器維修時處理或產生之廢棄化學物。噪音問題雖然並未直接的影響燃油效能，但卻會造成環境影響。當所有礦物燃料(氣體、煤炭，石油)在空氣中燃燒時，會發生化學反應產生氣體，這些氣體主要是二氧化碳(CO2)和各種各樣的氮氧化物(NOx)。《京都議定書》規定到 2010 年，所有已開發國家之二氧化碳等六種溫室氣

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體的排放量，要比 1990 年減少 5.2%。具體說，各已開發國家從 2008 年到 2012 年必須完成的削減目標分別為：與 1990 年相比，歐盟削減 8%、美國削減 7%、日本削減 6%、加拿大削減 6%、東歐各國削減 5%至 8%。新西蘭、俄羅斯和烏克蘭可將排放量穩定在 1990 年水準上。議定書同時允許冰島、澳大利亞和挪威的排放量比 1990 年分別增加 10%、8%和 1%。(台灣碳排放交易推廣協會 2006)。從圖 2 可以得知在航空業部份，按 IPCC 2007 年統計資料，航空業溫室氣體排放量佔全球人為溫室氣體排放總量的 2%(按 ICAO 1995 年資料，以渦輪噴射發動機每單位重量燃油產生 3.15 單位重量的二氧化碳排放量計算)，若按運量成長預估，到 2050 年將達到 3%。圖 2 人造二氧化碳排放(AIRBUS, 2008) 因此，如何「節能減碳」也成為現今全球航空業最為重視的議題。如圖 3 所示，根據 IATA 的宣示，全球航空業者的長期目標是至 2020 年之前，將航空燃油使用效率以每年 1.5%的目標進行提昇；至 2020 年達到碳排放零成長；到 2050 年，預計航空業的碳排放將減低至目前的一半。

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圖 3 二氧化碳排放量預估趨勢圖(IATA, 2009) 由於燃油成本為航空運輸業者最大宗的營運成本支出，較為老舊機型的燃油成本甚至可達營運成本40%以上，因此，油價的大幅波動已是航空公司所要面臨最艱鉅的挑戰。透過減少燃油使用，除了能改善航空器排放二氧化碳對環境的衝擊之外，事實上也一併提昇了航空運輸業者的獲利能力。從圖4經濟部能源局的資料顯示，原油價格在2008年漲幅為近年來最高，這也造成了國內外航空公司大量的虧損，更有許多國內外航空公司因此而歇業甚至倒閉。在能源越來越匱乏的現在，原油價格不斷波動，如何制定良好適當的節油策略已是航空公司必要的重點工作項目。圖 4 原油價格變動趨勢(單位：美金／桶)(經濟部能源局，2012)

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1.2研究目的基於「節能減碳」工作對於航空公司的重要性，以及「節能減碳」策略的研擬需有其依據之基礎，因此，本研究希望達成的目的有三： (一) 了解航機耗油因素透過航機耗油因素的探討，了解航機耗油原因以及可能的節油途徑與方法。航空器作業期間可區分為飛航操作和地面操作兩個構面。其中地面操作主要是指航機在地面上的所有行為，包含簽派員、機務人員、地勤人員等作業及滑行階段，而飛航操作是針對航機在起飛、爬升、巡航、下降、進場等過程，其中包含外界環境因素之影響，並探討如何在飛安的前提下，採取更為經濟有效的操作方式，以減少燃油消耗及降低碳排放。 (二) 建立耗油模式依據所蒐集到的飛航數據資料以及相關階段的燃油消耗資料，以統計計量方法進行研究分析，並應用影響耗油關鍵因素建立航機耗油模式。 (三) 節油策略制定確知航機耗油模式後，即可針對影響航機耗油之關鍵因素研討最適節油策略，提供航空運輸業者參考與建議。 1.3 研究範圍及對象本研究以A-320 Family構型之航機為探討對象，範圍則限於來往於桃園、松山、台中、上海浦東機場間之航線。本研究架構如圖5，針對所取得之原始資料進行油耗數據的統計評估分析，探討實際耗油差異的關聯性，進而歸納出影響燃油消耗之關鍵因素。

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圖 5 研究架構圖飛航數據資料庫 A320 F 影響因素分析實際耗油分析天候因素航機因素機場因素機場起降巡航離場滑行到場滑行起飛 / 爬升降落 / 進場統計分析 –關聯分析 –迴歸分析 –差異性檢定討論與結論

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1.4 研究流程本研究之流程步驟簡述如圖6： (一) 研究動機燃油價格波動劇烈，燃油成本可謂是航空公司生存之主要命脈，若能有效增加燃油使用效率，對於航空運輸業者的獲利能力也能隨之增加。再加上全球氣候環境的變遷，節能減碳成為現今最受矚目的議題，所有運輸業者皆應重視這個問題，並對於綠色環境運輸及環境保護盡一份心力。 (二) 確立研究主題進行航機耗油分析，以利節油策略之研究及制定。 (三) 界定研究範圍本研究範圍以 A320 Family 機型之飛航數據建立資料庫，對實際耗油進行統計分析，得出影響燃油消耗之關鍵因素。 (四) 文獻探討與資料蒐集研讀國內外相關文獻、期刊資料及飛機製造商之技術文件，將之理論基礎應用於本研究，並蒐集整理個案公司飛航數據資料。 (五) 資料分析使用多元迴歸分析方法進行資料統計分析與檢定。 (六) 耗油模式建立應用分析結果找出關鍵耗油因素，架構航機耗油模式。 (七) 結論建議依據耗油模式之結論，提供國籍航空業者參考建議。

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圖 6 研究流程圖確立研究主題界定研究範圍文獻探討資料蒐集資料分析統計檢定關鍵影響因素耗油模式建立結論建議 1. 飛航階段燃油消耗數值。 2. 影響耗油因子。可控制因素 1. 地面操作(人員) 2. 飛行操作(組員) 不可控制因素 1. 航管因素 2. 天候因素 3. 機械故障研究動機

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第二章文獻回顧

目前航空產業面臨難以預期的燃油價格變化，於是有效率的操作是全球航空公司所追求的目標。要達到航機有效率的操作需要許多因素仔細的整合完成，包含法規限制、航路、航管(Air Traffic Control, ATC)，和飛航組員訓練、有效率的操作飛航計畫和嚴謹的飛航操作，以及航空公司維修系統之配合，才能確認航機能持續有效率並且安全的執行任務。在燃油資源缺乏與溫室效應的雙重威脅之下，許多先進國家著手進行替代燃料的研發工作，在尚未成功之前，航空公司應致力於研擬燃油消耗最佳化及降低二氧化碳排放的方法。本章就航空器製造商、航空器使用人1_{及民航主管機關} 之作法進行研討。 2.1 航空器製造商現今兩大飛機製造商因應市場需求及節能減碳之考量，皆提出許多對於航機耗油及節油方式之技術文件，可作為本研究文獻之參考。根據空中巴士研究發現有許多因素會影響航機燃油的消耗，而這可成為航空公司潛在的收益或巨大的損失來源。其中大部分的因素可直接由航空公司員工所操控（例如：飛航組員、操作/調度、維修等）。節油的成效必定展現在操作環境中潛在增加成本與營運成本之間的一種平衡。例如用較低的速度飛行雖然能減少燃油消耗，但相對造成飛航時間的增加，更同樣地增加組員及其他相關成本。以下就原廠技術文件針對節油操作方面作重點式整理：

一、製作準確的電腦操作飛航計劃(Computer Flight Plan, CFP)。取得正確的飛航資訊，如高度、高空風(風速、風向、溫度)等，擬定良好的操作飛航計畫，其能準確地預測並達到性能之最佳化，高效率的電腦操作飛航計畫是達到燃油成本最小化的一個關鍵元素。

二、參照電腦操作飛航計畫輸入適當的參數於飛航管理系統(Flight Management and Guidance System, FMGS)，能使得直接操作成本

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最小化並建立飛航組員信心，以避免組員需求額外載油之情況發生。三、選擇最佳的飛航速度及高度是達到減低燃油消耗的二大因素。然而，在實際操作的環境下通常必須遵照航管的指示進行，很難確實執行或找到兩全其美的折衷方法，導致飛航速度及高度最佳化的目標很難達成。

四、成本指數(Cost Index, CI)是代表時間成本和燃油成本的一種比值。透過 CI 值可進行航機最經濟速度調整以達到總營運成本最小化，航空公司可透過趨勢分析制定其數值，以利飛航組員輸入至飛航管理系統中運算。成本指數計算公式如下： F T C C Fuel of Cost Time of Cost CI Index Cost ( )= = 由表 1 中 AIRBUS 原廠技術文件顯示，各機型於飛行前及飛航階段中，於各種不同條件下每航班可能節省之燃油數量，其可供本研究分析比較之參考。並從表 1 原廠技術文件資料可以得知每一特定機型皆有其適當之節油方法與相應可能之節油量。依據 AIRBUS 原廠文件說明(AIRBUS 2008)， A320 Family (A320 F)航機每個航班通常消耗大約 3.5 至 8 噸的燃油(大約為 1200 至 2700 US Gallons )，其燃油消耗依據飛行距離、酬載、特定機型和眾多參數影響而有所差異。改善地面及飛航操作的過程均有可能達到省油的良好成效。本研究旨在這些眾多參數中找出航空公司可控制之關鍵耗油因子，並探究使其燃油成本最小化之策略。

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表 1 AIRBUS 機型節省之燃油數量(AIRBUS, 2004) (a) 飛航前階段可能節省之燃油數量 (單位：公斤)

項目差異

變化

A300 A310 A320 A330 A340-200 /300 A340-500 /600 航程 2000 海浬 2000 海浬 1000 海浬 4000 海浬 6000 海浬 6000 海浬重心位置中間至後限 710 330 0 600 900 1550 航機重量少於最大起飛重 1％ 380 250 100 800 1520 1920 單發動機滑行 8 分鐘 50 40 25 50 50 70 輔助動力裝置使用 3 分鐘地源車 9 9 6 10 10 14 縫翼前之突出範圍每 15 公厘 90 90 60 270 270 270 表面去漆每 1 平方公尺 12 12 8 60 60 60

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(b)

飛航中階段可能節省之燃油數量 (單位：公斤)

項目差異

變化

A300 A310 A320 A330 A340-200 /300 A340-500 /600 航程 2000 海浬 2000 海浬 1000 海浬 4000 海浬 6000 海浬 6000 海浬起飛姿態最大到最小襟翼設定 15 15 10 24 - 50 爬升速度指示空速 330 到 300 節 10 15 70 35 25 -10 巡航高度低於最佳高度 2000 呎 65 80 80 100 95 135 巡航高度高於最佳高度 2000 呎 90 60 25 145 30 25 重心位置中間到後段 710 330 0 600 900 1550 下降速度從最大速度至 300 節 35 40 30 70 75 100 待命階段使用最大升阻比速度及最小外型 190 135 30 205 230 130

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2.2 航空器使用人航空器本身為複合性的高科技機械產品，所以在其運作中必然會經過性能衰減的過程。故航空公司應依據其特性制定良好的程序，不管是航務、機務等各個層面，以增進航空器在各個不同變化階段的有效性。燃油成本在航空產業來說為最大宗之支出，有採取燃油避險策略的航空公司或許可以延遲或減少油價上漲的影響，但其他的航空公司則會因此讓自己在油價波動一開始就完全暴露在衝擊之下。航空產業是一個高度競爭的市場，許多經營者多方找尋方法以避免將這些成本加諸在他們的消費者上。依據以往的趨勢經驗，節省時間可視為一種節省成本的方式。然而，節省時間必須使用較高的飛航速度，取而代之的則是耗油的增加。如何達到燃油經濟性應重新檢視其價值，並要在減少營運成本的議題上開創具體的新思維。例如在較長程的航路上，選擇在其航路上另一目的地作為中停機場，而非直飛至最後目的地機場，因為至中停點的燃油重量少於直飛至目的地機場，也可達到潛在省油的功效。同樣的，選擇非最佳飛行速度也可能導致不當的耗油，例如飛較快的速度雖然可以減少時間的延誤或是組員成本，但是，相對的不僅增加燃油消耗，更加速了航機性能的耗損。從這些例子可以明確知道，航空公司採用不當的作法或飛航操作方式，可能導致更為嚴重的耗油結果。以下整理多數航空公司採用之節油作法如表 2 提供參考。

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表 2 航空公司作法項目說明優化航路定期檢視航路最新公告資訊，選擇最近之飛航路線，提昇飛航效率。選擇較近之目的地備用機場若機場設施及地面輔助設備符合起降標準，即選擇較近的機場作為備降之用，減少燃油裝載及碳排放。航機減重 y 採用新型及材質較輕之餐車及餐具，減輕航機載重負荷。 y 採用新型及材質較輕之行李貨櫃，以汰換較重之舊型款式。 y 依航路特性及實際搭機旅客人數，調整機上用水量裝載。 y 將紙本手冊以電子式手冊取代。飛機重量和重心控制要求作業單位提供準確的旅客人數以及貨物重量訊息，以精確計算飛機重量和所需要裝載的油量，減少多餘的油量裝載。並計算最佳航機重心位置，以提昇燃油使用效率，減少二氧化碳排放。加強航機維修作業檢視飛機在飛航過程中會因外型阻力變大而使耗油量增加，故透過飛行前檢查或定期維修時，確保飛機外型及性能保持在最佳狀態。減少 APU 之使用使用場站固定電源和空調系統，以減少航機輔助動力系統(APU)的使用，除了降低溫室氣體排放外，更有效降低作業機坪上之噪音污染。但在實際狀況下，最佳操作程序會因航管需求(ATC)而有所妥協或讓步，節油成效是透過每次飛行一點一滴所累積而成的，這些妥協或讓步也可能使得節油的努力成為無效。例如持續在滑行道等候、因航管要求而受

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限在非最佳的高度層飛行，或是航管不允許點對點直飛(Direct)等等這些現象是航空公司所無法控制的部分。然而，各國航管也持續地進行革新及現代化。在短程航路上，航空公司經營者能與當地航管單位協調並檢視符合操作需求和容量，以找出最有利的航路(Route)及飛行時段(Slot)。在長程航路的部分，航空產業也不斷找尋航路改善方法、精進導航設備，以及減少飛行時間和增進操作效率之建議。雖然航空產業造成之二氧化碳排放不如其他產業來的多，但航空產業身為製造及運輸產業的一分子，對於造成環境傷害的二氧化碳排放責無旁貸，應給予高度的重視。故許多航空公司皆針對環境保護成立專責部門，表 3 所示亞太航空組織之各國航空公司作法：

表 3 AAPA (Association of Asia Pacific Airlines)環境管理作業(牛詩淵，2010)

項目說明汶萊皇家航空 (BI) 參與汶萊、馬國、印尼、WWF 之 HoB 拯救森林計畫。國泰航空(CX) 實施碳補償(飛向更藍天)；參與香港空氣清新約章。賈魯達印尼航空 (GA) 參與印尼政府實施造林作業。日本航空(JL) 執行 CME 作業(大氣觀測儀器)；與 Boeing 合作研究航空生質燃油。馬來西亞航空 (MH)

推行 SHEQ (Safety/Security, Health, Environment, Quality)；試行碳補償(員工公差)。

全日本(NH) 建立 CSR (安全與環保)管理；推行 Eco-flight。

紐西蘭航空(NZ) 建立 ISO14001 實施航機節油、能源管理、減廢等。

韓亞航(OZ) 建立 Energy Saving Committee 強化燃油管理。

菲律賓航空(PR) 與菲國政府合作研究機場車輛生質燃油。

澳洲航空(QF) 進行節油、減廢、節能、省水專項管理。

新加坡航空(SQ) 建立環保公關系統；與學校合作推展環保教育。

泰國航空(TG) 協助泰國政府研究清潔發展機制(Clean Development

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2.3 民航主管機關全世界面臨溫室效應與氣候變遷，各國及其相關國際組織均提出目標，並制定法規期能減緩二氧化碳排放的速度。以下就國際與環保法規進行整理如表4所示：表 4 國際與航空環保法規(牛詩淵，2010) 項目說明京都議定書 2008~2012 年溫室氣體排放量較 1990 減少 5.2%

UNFCCC COP15 之 Copenhagen Accord 漸為國際遵行準則

控制地表增溫 2℃之內 114 國同意，提報 2020 年減碳目標 2010.11.COP16 制定全球減量目標 ICAO 2010.10 召開 37th 會議，修訂 Noise 管制將增加 CO2/NOx減量規範、訂定環境管理(EMS)規範歐盟(2012) 碳排放交易計畫(ETS) 美國 Kerry-Boxer Bill(克斯曼–馬基議案) 2020 年減量 20% 南韓 2010 年起增減航機起降費(ICN、GMP、CJU、PUS) 英國法國愛爾蘭冰島機票徵收環保稅大陸宣布 2020 年溫室氣體排放減量 40-45% 由國家發展和改革委員會領導民航局、航空公司減排作業。進行碳交易區域聯盟(中、日、韓) 中華民國溫室氣體減量法草案 2008.12.31 立院一讀通過 2020 年目標「較 BAU(Business as Usual)至少減量 30%」將要求航空公司進行「碳盤查」與「碳揭露」 CAA 設定「每年提升 2%燃油使用效率」策略。

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國際間已有多家知名航空公司及機場當局設立專責環保管理單位，運用 ISO14000 執行節能環保管理作業多年；近期再推行航機進場程序 (Continuous Descent Approach, CDA) ，以取代傳統的階段性進場程序 (Step-down Approach)。美國聯邦航空署(FAA)指出，每飛航架次可節約 100~300磅燃油，亦可降低噪音及減少315至945磅的二氧化碳排放量(按 ICAO 1995年資料，每單位重量燃油產生3.15單位重量的二氧化碳排放量)。而1970年代中期的石油危機，燃油價格飛漲居高不下，更是促使航空產業認真思考如何更有效率的使用空域，以期航機能夠使用最佳空層，讓可容納航機數量最大化，不僅減少油耗，進一步降低成本。相關特殊飛航作業簡述如表5。表 5 特殊飛航作業項目說明垂直高度隔離作業(RVSM) 縮減垂直隔離 (RVSM) 空域是指在 FL290 與 FL410 (含) 間，飛機的垂直隔離由 2000 呎縮減為 1000 呎。提升可用空層效率，進而減少班機延誤之情況。性能導航 Performance Based Navigation (PBN) 區域導航 (RNAV) 可以讓飛機在地面導航設施 (VOR, DME, NDB…) 涵蓋範圍內、或利用飛機本身的導航能力、或同時使用上述二者，讓飛機可以在任何想飛航的路徑上操作。不需要受限於地面導航設施。導航性能需求 (RNP) 是一種具備導航監視及警示能力的 RNAV。也是一種在指定空域中必須達到的導航性能需求。 RNP AR將進一步提高班機的可靠性，飛航組員在離到場時選擇更為彈性，對機場而言，透過RNP有效利用機載設備和有限的空域、導航資源，可使高度間隔最小化，促進航路和終端區容量的增加，並在單位時間內增加航機安全起降的次數。此外，還可減少飛行距離，節省飛行時間和燃油，提高航空公司營運效益。雙渦輪發動機延展航程作業 (ETOPS) 雙發動機飛機延伸航程操作標準。依民航局規範可獲得 75、90、120、及180分鐘之作業時間。適航認證的時間限制意義，為航路中任一點，在單發機失效的條件下，所允許飛往航路備降機場最遠的飛航時間。適航認證的

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時間越長，表示在規劃越洋航線時所受的限制越少，航線也能越趨近於大圈。面臨地球上能源減少及匱乏的問題，許多機構目前正著手積極的研究減少環境影響的代用燃料。但在開發這些燃料技術之前，不僅需要耗費大量時間及成本，亦必須嚴格檢視其適用性的問題。航機作為大眾運輸載具的一種，其航線遍布全球，也時常需要在十分嚴苛的環境下操作，例如當前的這些代用燃料在高空操作時，冰點太高會有飛航安全的疑慮。此外，必須考量發動機及燃油系統的長期用途，代用燃油的穩定性、普遍性及通用性無疑是航空公司最大的考量重點。 2.4 學術文獻在飛機設計與燃油消耗的相關課題上，連魁文(2005)以計算流體力學的方式找出在翼尖加裝小翼最佳化的結果，不僅可改善航機空氣動力，並進而改善航機的誘導阻力，確實提升飛航效率及節省燃油。另外，耿驊(2001) 探討因航機燃油消耗的變化對巡航性能所產生之影響，並指出航線的長短、航路上不同的風速、風向、溫度、航空公司的經濟載油政策，亦或是在巡航階段使用發動機的除冰功能等，均會影響航機性能及巡航高度、速度之決定。 Filippone(2008)提到當前航空運輸業燃油消耗和二氧化碳排放的配置問題。研究中模型驗證從空氣動力學的觀點和酬載距離的效能來進行探討。航空器考量波音B737-500、B747-400、B777-300，和空中巴士A340-300 這幾種機型，參數化研究顯示就飛行距離、載客量、行李限重、中停及直飛航班而言，節油和減少碳排放是可以在最佳飛行距離中被達成的。 Ryerson等人(2010)協助航空產業在燃料價格的不確定性和環境管制之計畫下，利用總體成本運算方法評估3種代表性航機(窄體、區域型和螺旋槳) 的運作成本和旅客偏好成本。就每一種同質性機隊運作成本和客運成本，及其航路距離，和最小機隊成本進行研討。一般來說，隨著燃油價格的增加，螺旋槳航機在更廣泛的距離中，提供比其他兩種噴射機型航空器每座位較低的操作成本。其研究結論指出在同時考量燃料價格和距離下，螺旋

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槳航機能展現最低的客運成本與運營成本。研究分析顯示最低成本是高度敏感反應燃料價格及客運成本，並點出節油和旅客服務之間需達到重要的平衡。 Stroup等人(1992)基於燃料價格、場站限制和供應商限制找出最低經濟載油成本之模型。場站限制是在特定的場站購買燃油總量的一種上下界限。麥道公司使用此模型來估計多種機型在最佳油量管理政策之下的潛在利益。一般可節省燃油成本約在5到6％之間。 Abdelghany等人(2005)對於航空經營者是否依照各地油價的不同，在非起始航點載運多餘燃油及航路選擇的問題上做探討，並衡量航空業者在載運額外油料和節省燃油成本之間所造成的額外載重成本取捨問題。柯景文(2008)研究結果顯示各飛航階段操作方式均會影響油耗表現。並比較每個飛行階段節油操作油耗量與平均油耗量之差異，節油效果於短程航線平均每航班約可以節省2.5%至8.8%的總飛行油耗，估計使用節油操作之建議，一年可省下新台幣3,362,308元至11,832,570元之燃油成本。王鈺佳(2008)研究以相關性分析探討各飛航階段參數關聯性及趨勢，並提出不同階段操作因素之改善方式，依其節油操作建議，統計每航班可減少近6.3%的燃油量，約可節省27000元之燃油成本。油價高低對航空公司的直接營運成本與獲利有極大的影響。因此，在油價長期看漲的趨勢下，如何節省燃油成本，達到省油經濟並減碳之雙重功效，成為了全球航空公司面臨的巨大挑戰。本研究擬藉由航空公司之實際飛航數據資料，研究航機關鍵耗油因素並與操作飛航計畫之分析進行對照，透過分析結果獲得耗油因子，作為國籍航空運輸業者制定節油策略之參考依據。

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第三章研究方法

3.1 簽派油量計算方式簽派員依據預報天氣、飛航公告、起降機場跑道狀況、航機故障項目等作為製作電腦操作飛航計畫之參考依據，長程飛行的航線更應考量最佳路徑的選擇，以利減少燃油消耗。簽派員應對當天起飛機場、備用機場、目的地機場及航路的即時及預報天氣做一細部瞭解，針對如雷雨、大側風、降雪等危害天氣，事先進行研判及各項準備工作，並需掌握飛航公告發布之內容，如跑道、燈光、導航設施、地面裝備、機場營運時間等，另考量乘客及貨物、郵件、行李之重量，做好預加油料之準備。依據各項因素計算出最後起飛油量，以避免過多無謂的油量，增加航機載重。飛航組員依據產出之電腦操作飛航計畫，明確掌握最大和最小高空風之空層，在飛行前即能判斷航機最佳飛航高度。如圖7所示，在符合法規規範限制的條件下，可依公司政策制定油量政策，航機應攜帶足夠之燃油及滑油，計算油量時應考慮氣象預報情況、預期之航管延誤、於目的地機場做儀器進場及誤失進場、及其他可能延誤飛機降落之情形。圖 7 飛航總油量總油量航程油量法規油量額外油量備用油量待命油量應變油量依公司政策依機長需求

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簽派油量應包括下列各項：

(一) 地面操作及滑行油量(Ground operation and Taxi fuel)

輔助動力裝置(Auxiliary Power Unit, APU)為航機備用電力裝置，航機在發動機啟動之前，會使用 APU 作為航機內部電力使用及冷氣供應之來源。油量計算包含 APU 地面操作、發動機啟動及地面滑行至起飛位置所需之油量(此項目不包括於起飛重量內)。航空器使用人於制定公司政策時，常依據原飛機製造商統計數值給予滑行油量一個平均的固定值，雖各機種原始構型在基準上已有差異，但多數航空公司仍採用一體適用之油量政策，以本研究目標航空公司為例，其設定值不論航線均為 500 磅。 (二) 航程油量(Trip Fuel) 依據公司速度政策計算從起飛機場鬆煞車開始到目的地機場落地之間的油量。航程油量之計算應包含起飛、爬升至巡航高度、爬升最高點(TOC)至下降最高點(TOD)、此階段中任何爬升或下降之情況，及進場下降至目的地機場之總油量。航程油量應考量爬升、巡航、進場下降速度、距離、航機重量、溫度、飛航高度及相關儀器飛航程序所需之油量。其中爬升階段分為三個速度階段計算，第一階段以 250 海浬速度從 1500 呎爬升至 10000 呎，第二階段為 250 海浬到 300 海浬加速高度，第三階段為到達 300 海浬後再以 0.78 馬赫爬升至選擇高度。巡航階段以 0.78 馬赫計算，正常下降階段與爬升階段速度相同，唯另再包含遭遇緊急情況時，能以最大速度或最大馬赫數到達 1500 呎高度之油量。 (三) 應變油量(Contingency Fuel) 應變油量涵蓋無法預期之因素而產生的油量差異，例如無法申請達到操作飛航計畫巡航高度、或大於預期的頂風、不預期的航管延誤，及其他無法預期之各項狀況。應變油量依法規規範有以下兩種計算方式： (1) 在標準溫度下，在目的地機場上空 1500 英呎以待命空速飛航 15 分鐘所需油量。 (2) 5％之航程油量。航空器使用人應監控不同航線及航空器之燃油消耗變化，才

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能更適當地計算油量。 (四) 備用油量(Alternate Fuel) 備用油量是指自目的地機場之迷失進場點(MAP)起，完成迷失進場程序，爬升、巡航、下降、進場，然後降落於備用機場所需之油量。備用油量除應考量與航程油量相同之各項因素外，另需加入重飛程序之油量。若此航線於操作飛航計畫中必須製作第一及第二備用機場，則油量之計算應以油耗量多者為準。 (五) 待命油量(Holding Fuel) 待命油量是以最佳速度及最小外型為其計算基準。法規規範可分為以下兩種： (1) 需目的地備用機場者：標準溫度下，在目的地備用機場上空 1500 呎高度，以待命空速飛航 30 分鐘之油量。 (2) 不需目的地備用機場者：標準溫度下，在目的地機場上空 1500 呎高度，以待命空速飛航 30 分鐘之油量。 (六) 額外油量(Extra Fuel) 額外油量可分為機長需求及公司政策需求兩種。機長若有安全顧慮或其他合理之考量，可要求增加機載油量。以製作操作飛航計畫的角度來說，簽派員應考量天氣情況、飛航公告、航機裝備是否操作正常，機場設備及跑道狀況，及其他可能延誤航空器降落之情況等因素判斷所需增加之油量，以確保飛航安全，並降低轉降之機率。

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綜上所述可以得知油量(FQ)之總和可用下列式子代表： FQ = TXF＋TF＋CF＋AF＋HF＋EF 其中： TXF＝滑行油量 TF＝航程油量 CF＝應變油量 AF＝備用油量 HF＝待命油量 EF＝額外載油歸納其總油量計算方式如圖 8 所示：圖 8 操作飛航計畫總油量起飛滑行爬升巡航進場下降落地滑行備用油量航程油量 10000 呎使用時間飛航時間爬升巡航下降 1500 呎 30 分鐘應變油量

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除了計算出地面及飛航階段所需油量之外，製作操作飛航計畫必須考量所有與此趟飛行有關之重量，如航機本身空重(BW)、操作重量(DOW)(含機組員重量、餐車、侍應品、水等重量)、酬載(Payload)(乘客、貨物、郵件、行李之總和)均應被詳細的計算，因航機有其結構限制，必須滿足限制條件，才是最終可簽派之安全油量。簽派油量中應滿足之限制條件為： (1) 最大零油重。(DOW + Payload≦MZFW) 受限於機翼與機體之間連結的強度 (2) 最大起飛重2。(MZFW + Takeoff Fuel/RTOW/RLW+TF≦MTOW) 受限於升力大於重力之間的關係 (3) 最大落地重。(TOW - TF≦MLW) 受限於起落架的強度若此趟飛行受限於其中一項結構限重，在法規規範下地面及飛航階段所需之燃油是必需且不得減少之油量，換言之，就必須降低酬載重量以符合結構限制，降低酬載相對地即意味航空公司營收的減少，故如何能在限制之內達到最大酬載，取得酬載與油量之間的最佳平衡，是航空公司一致的課題。 3.2 實例說明目前航空公司均使用電腦操作飛航計畫計算之油量運作，不僅能將其考量之風向、風速、溫度、高度、距離、速度、發動機衰退率等變化計算的更為仔細及精確，也能確保飛航組員於操作時的穩定性，避免飛安事件的發生。但若發生電腦故障或任何特殊狀況(如轉降等)，導致電腦操作飛航計畫無法正常運作或傳遞時，簽派員或飛航組員必須自行計算所需油量來執行此次飛行任務。飛機製造商於航機出廠時，均會將航機相關性能數據派發給航空器使用人，並持續不斷地修訂最適的航機資料。以下簡要整理本研究目標航空器A320 Family構型航機油量計算之差異如表6所示，並概述兩種手動計算油量之方法。 2 最大起飛重量為：1.最大零油重加入起飛油量(MZFW + Takeoff Fuel) 2.跑道分析求得之最大起飛重 (RTOW) 3.落地重加入航程油量(RLW+TF) 三者取最小值。

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表 6 A320F 航機構型階段耗油差異航機構型耗油量項目 A320 A321 滑行油量 25 磅/分 30 磅/分輔助動力系統耗油 4.83 磅/分 4.83 磅/分航程油量 (含 6 分鐘儀器飛航規則程序耗油) 45 磅/分 (270 磅) 50 磅/分 (310 磅) 應變油量 1. 目的地機場上空 1500 呎高度飛航 15 分鐘。 2. 5% 的航程油量。 1. 目的地機場上空 1500 呎高度飛航 15 分鐘。 2. 5% 的航程油量。備用油量 (含重飛油量及 4 分鐘目視飛航規則程序耗油) 飛至目的地備用機場之油量 (220 磅／180 磅) 飛至目的地備用機場之油量 (270 磅／220 磅) 待命油量 (目的地備用機場上空 1500 呎高度飛航 30 分鐘) 依落地重量及高度而有所不同。 (2700 磅) 依落地重量及高度而有所不同。 (3200 磅) (一) 快速判斷法(Quick Determination) 在酬載重量已知之情況下，可利用此方法快速求得所需油量、最大起飛重量及各相關限制重量。以A321機型B目標航機為例，已知條件如下：航機操作空重：108,868 磅酬載重量：22,802磅至目的地機場空中距離：580 海浬計劃飛航空層：29000 呎馬赫數：M .78

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溫度：ISA3 目的地至備用機場空中距離：122 海浬目的地至備用機場飛航空層：6800 呎 (1) 步驟一首先進行航程油量及航程時間之計算。以至目的地機場空中距離 580 海浬查飛航操作手冊(如附錄一)，利用內插法可得油量為 9066 磅，航程時間為 1 小時 28 分鐘。 (2) 步驟二求兩個法定應變油量之較大值，故得 15 × (9066/88) ≒ 1546 磅。 (3) 步驟三已知航機操作空重 108,868 磅及酬載為 22,802 磅，兩者相加可得零油重為 131,670 磅。待命油量及時間之計算依據飛機製造商提供之統計數字 30 分鐘約為 3200 磅。(也可利用附錄二查表得知) (4) 步驟四將零油重加上待命油量及應變油量可得航機在備用機場之落地重量，故得 131670 + 3200 + 1546 = 136416 磅。 (5) 步驟五求備用油量及其時間。為便於計算，以 10000 呎查飛航操作手冊(如附錄三)，利用內插法可得油量為 2833 磅，時間為 29 分鐘。因附錄三表格之落地重量參考數值為 130000 磅，故修正實際落地重量增加耗油為 7 × (136－130)＝42 磅。故備用油量為 2833 ＋42 ＝ 2875 磅。 3

國際標準大氣(International Standard Atmosphere)是一項假設之大氣溫度、氣壓和密度之垂直分布情況，經國際公認，用為氣壓高度表校正、飛機操縱計算、飛機設計等用途上之大氣代表。

1. 零氣壓高度(平均海平面)，相當於支持水銀柱高度 760 毫米之氣壓。此項氣壓定為 1013.25 hPa 或 29.92 in Hg。

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(6) 步驟六將備用機場落地重量加入備用油量可得在目的地機場之落地重量，得落地重量為 136416 + 2875 = 139291 磅。 (7) 步驟七以落地重量加入航程油量等於起飛重量，故可得航機起飛重量為 139291 + 9066 = 148357 磅。依據公司政策計算地面操作及滑行油量為 500 磅。所需最終總油量為 FQ = 500＋9066＋1546＋2875＋3200 = 17187 磅。並確認起飛重及落地重均在其最大限重條件內。 (二) 巡航圖表法(Integrated Cruise Tables)

此方法主要應用在最大起飛重量固定或有所限制之情況，以求可容許之最大酬載。圖9說明巡航圖表法之計算邏輯，並依電腦飛航計畫之起飛重量149,200磅進行下列計算。 A FL 290 M.78 B DEP DEST 圖 9 巡航圖表法示意圖 (1) 步驟一進行巡航距離和時間之計算。依附錄四查表後以內插法得最大巡航距離為 3319 海浬，其時間為 431 分鐘。 Climb + fuel + time Descent –fuel + time

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(2) 步驟二以最大巡航距離減去航程空中距離可得目的地機場上之重量。故計算得 3319 – 580 = 2739 海浬。以 2739 海浬回附錄四，以內插法得對應之重量為 141,200 磅，時間為 356 分鐘。 (3) 步驟三將 A、B 兩點相減可得航程油量及其時間：油量：149200-141200=8000 磅時間：431 – 356 = 75 分鐘 (4) 步驟四以附錄五查爬升階段油耗修正數值為 1800 磅，時間修正數值為 3 分鐘。再以附錄六查下降階段油耗修正數值為 300 磅，時間修正數值為 10 分鐘。 (5) 步驟五得航程油量為 (149200–141200) + 1800 – 300 = 9500 磅航程時間為 (431–356) + 3 – 10 = 68 分鐘落地重量為 149200 – 9500 = 139700 磅 (6) 步驟六求備用油量及其時間。為便於計算，以 10000 呎查飛航操作手冊(如附錄三)，利用內插法可得油量為 2833 磅，時間為 29 分鐘。因附錄三表格之落地重量參考數值為 130000 磅，故修正實際落地重量增加耗油為 7 × (139.7－130)≒68 磅。故備用油量為 2833＋68 ＝ 2901 磅。 (7) 步驟七求兩個法定應變油量之較大值，故得 15 × (9500/68) ≒ 2096 磅。待命油量及時間之計算依據飛機製造商提供之統計數字 30 分鐘約為 3200 磅。(也可利用附錄二查表得知)

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(8) 步驟八依據公司政策計算地面操作及滑行油量為 500 磅。所需最終總油量為 FQ = 500＋9500＋2096＋2901＋3200 = 18197 磅。求零油重為落地重量減備用油量、應變油量及待命油量後得 139700–2901–2096–3200 = 131503 磅並確認落地重及零油重均在其最大限重條件內。允許酬載重量為零油重減航機操作空重得 131503–108868 = 22635 磅。以上述兩種手動計算油量方式整理如表7油量統計表，並比較其項目差異。表 7 油量統計表 (單位：磅) 計算方式油量項目快速判斷法巡航圖表法地面操作及滑行油量 500 500 航程油量 9066 9500 應變油量 1546 2096 備用油量 2875 2901 待命油量 3200 3200 總油量 17187 18197 以總體結果來說，巡航圖表法較快速判斷法較為接近電腦操作飛航計畫(如附錄七)，此誤差來自於各項參數修正的精確程度，如使用不同之速度基準計算油量，或飛航高度選擇、性能因子(Performance Factor) 、風向、風速之修正係數等，均會影響操作飛航計畫油量之運算結果。使用較為精確之電腦操作飛航計畫，可避免簽派油量過多或不足之情況產生。

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3.3 研究方法由前述航機油量的計算過程，可以瞭解航機在各個階段的油量需求與可能影響因素相當複雜。因此，除了透過敘述性統計方法描述資料的特性之外，將利用迴歸分析來進行研究。多元迴歸分析(multiple-regression analysis)是簡單相關的一種延伸應用，用以瞭解一組預測變項和一個效標變項的直線關係；而每個預測變項的預測能力，是研究者重要的參考指標。由兩個以上自變數對應變數的影響的分析即是多元迴歸分析。多元迴歸方程式一般表示方式為：其中 Y為應變數 1 β ……βk代表迴歸係數 2 X ……X_k代表解釋變數在多元迴歸分析中，可進行變異數分析求取判定係數，以衡量迴歸方程式的配適度，並進行迴歸方程式是否可接受的假設檢定。 R2 稱為判定係數，用來衡量迴歸方程式的配適度或是解釋能力，以檢定多元迴歸方程式是否可接受，此外多元迴歸分析更可利用 F 檢定來檢定迴歸方程式所有解釋變數對應變數是否有聯合解釋能力，換言之檢定該迴歸方程式是否可接受。在油耗部分，本研究使用多元迴歸分析，期透過模式之結果瞭解其中影響耗油顯著之因子。判定係數可表為實際觀測值Yi和估計值Yˆi之間樣本相關係數的平方： . 2 2 1 X X U Y =β +β +L+β_k _k + ] ) ˆ ˆ ( ][ ) ( [( ] ) )( ˆ ˆ ( [ 2 1 2 1 2 1 2

∑

− − − − = = = = n i n i n i n i n i n i n i Y Y Y Y Y Y Y Y R

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第四章資料蒐集與處理

4.1 資料蒐集本研究分為兩部分資料蒐集，其一為瞭解操作飛航計劃之油耗分析，就2012年01月至06月所有航班數量共3640次航班進行實際航程油耗與預期航程油耗之統計，另為確知各飛航階段耗油因子，就2012年1月至3月松山– 上海浦東、桃園–上海浦東及台中-上海浦東航線為研究母體，合計共64次航班樣本數，以其飛航真實數據進行統計並依其飛航階段定義，將發動機開車、滑出、起飛、初始爬升、爬升、巡航、下降、進場、最後進場及落地、滑入等飛航階段進行分析研究。其中未發生之階段，如重飛及TOUCH AND GO 階段，則在本研究中不討論。並依據相關變數彙整資料以探討省油條件及其方式，提供航空公司或機場單位於制定程序時之參考。飛航階段資料蒐集主要依據資料記錄器之定義，將飛行過程14個飛行階段(Flight phase)整理如表8，各階段定義如下： (一) 發動機開車階段：從第一個發動機開始運轉(Engine start)，亦即感測到發動機滾轉壓縮開始。 (二) 地面滑行(滑出)階段：

雙發動機均正常運轉速度超過 50% N2(The high-pressure rotor speed)開始。 (三) 起飛階段：雙發動機節流閥位置於彈性推力或最大推力位置超過 5 秒鐘開始。 (四) 初始爬升階段：至航機通過 35 呎(AGL4 )開始。 (五) 爬升階段：至飛行高度大於或等於 1500 呎(AGL)並爬升率大於每分鐘 420 ft/min 達 60 秒開始。 (六) 巡航階段：

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爬升階段後航機飛行高度大於 10,000 呎，並以 300 ft/min 爬升率達 120 秒後開始計算。 (七) 下降階段：航機飛行高度大於 3,000 呎(AGL)，並以超過 420 ft/min 下降率達 15 秒定義為下降階段之起始。 (八) 進場階段：航機在 3,000 呎至 1,000 呎(AGL)達 10 秒為進場階段之起始。 (九) 最後進場階段：從航機低於 1,000 呎(AGL)並以超過 300 ft/min 之下降率，發動機轉速小於 90%達 10 秒開始。 (十) 落地階段：從起落架開始壓縮的時間起算。 (十一) 滑行(滑入)階段：航機與落地航向偏差 15 度以上或地速低於 10 kts 開始至關車為止。表 8 各階段定義表飛航階段參數名稱備註 1 ENG_START 發動機開車 2 TAXI_OUT 滑出 3 TAKE_OFF 起飛 4 INI_CLIMB 初始爬升 5 CLIMB 爬升 6 CRUISE 巡航 7 DESCENT 下降 8 APPROACH 進場 9 FIN_APPROACH 最後進場 10 GO_AROUND 重飛 11 LANDING 落地 12 TOUCH_A_GO 重飛 13 TAXI_IN 滑入 14 ENG_STOP 發動機關車

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本研究將同質性階段進行歸納為六個飛行階層以利分析，如圖 10 所示：

圖 10 飛行階段示意圖

4.2 飛航影響因素

因每個飛航階段皆有其影響因子，本研究使用源自飛機上快速擷取紀錄器QAR(Quick Access Recorder)記錄下之飛行原始資料(Raw Data)，並利用 FOQA分析軟體(AIRFASE)介面輸出每航班每秒鐘之各種飛航參數變化，依表9變數之定義表，重新製作各飛航階段影響變數油耗資料庫以利統計分析，並找出關鍵耗油因子。離場及到場滑行階段受限於時間、距離、速度等變數之影響甚大，尤其現今航空產業的日益發達，擁擠的機場或是大型機場無不增加滑行的時間及成本，本研究針對航機重量、溫度、風向、風速、地速、時間、等候時間、距離及發動機耗油量進行分析。因電腦操作飛航計畫中滑行油量依據公司政策制定為一預估值，但各機場特性皆不相同，若能較為精準的預估其所需油耗量，就不致造成每趟次均承載過多的額外油量，造成航機重量增加，節油對於航空公司來說可視為是一項永續工作，必需持續不斷的累積，才能看出其成效。故檢視每個項目可能節省燃油之空間，對於航空公司來說是十分重要的。爬升及下降、進場階段因遵照民航主管機關頒布之離到場程序作業，滑出階段爬升階段巡航階段下降階段滑入階段進場階段

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平穩之階段，且本次飛航階段分析研究航程為中程航線，飛航紀錄器原始資料僅紀錄變動較大之時間點，故其變數以計算方式獲得數值。表 9 變數定義表編號變數名稱單位符號定義 1 高度呎(ft) A 飛行高度 2 距離海浬(nm) DG 地面距離 3 海浬(nm) DA 空中距離 4 時間秒(sec) TIN 滑入時間 5 秒(sec) TOUT 滑出時間 6 秒(sec) TCL 爬升時間 7 秒(sec) TC 巡航時間 8 秒(sec) TD 下降時間 9 秒(sec) TAPCH 進場時間 10 等候時間秒(sec) TGS=0 地速趨近於零之時間 11 航機重量噸(ton) W 各飛航階段航機重量 12 地速節(kts) VGS 地面滑行速度 13 真空速節(kts) VTAS 航機空速 14 溫度攝氏(0C) Temp 外界溫度 15 風速節(kts) Swind 尾風為正向、頂風為負向 16 風向度(°) WDIR 17 油耗量磅(LBS) Fuel 各飛航階段油耗量統計 18 延噸小時 (ton-hr) X 航機重量 × (距離/速度) 19 航程比 (nm/1000lbs) SR 每千磅燃油可行走之距離 20 高度比 (ft/1000lbs) SA 每千磅燃油可到達之高度 21 爬升率 (ft/min) RCL 22 下降率 (ft/min) RD

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4.3 資料範例說明

先透過 MATLAB 將 Raw Data 進行資料處理，資料庫分別記錄每筆包含航班日期、航班編號、飛航階段、飛航高度、距離、航機重量、地速、真空速、溫度、風向、風速、時間及油耗量等資料，資料庫以飛航階段區分，整理為 14 個飛航階段如表 10 範例所示。

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第五章航機耗油分析

5.1 操作飛航計畫分析要達到燃油有效的運用及經濟性，其基礎來自於精確的電腦操作飛航計畫。一個良好的電腦飛航計畫可謂是所有參數之最佳化，航路的選擇、速度、高度等均應符合操作者最為經濟之準則。飛航計畫中所需參考的資料，如溫度、風向風速、航機總重、酬載重量、機場及航路資訊等，會依據正確及良好品質的資料進行判讀，並加入公司速度政策及航機性能管控之條件而後製作使用，最後產出的油量不得低於民航主管機關之法定油量。在飛航安全的條件下，航空公司的政策即為影響油耗之首要因素，若採用寬鬆之油量政策，可能導致裝載多餘的油量，反而增加航機載重，不僅耗油更可能影響酬載的限制。一般來說承載最少所需的燃油應能達到最為節省並經濟的效果，然而藉著兩地間燃料價格的不同而利用價差以省下油價的支出，從油價便宜的場站多帶油量飛往油價貴的場站，也是航空公司為因應高油價，時常採用平衡油料成本的一種作法。既然額外載油必定會導致耗油量的增加，那麼在執行此項作業之前，就必須謹慎的考量。航空公司可依航線需求，透過計算起飛重量(不含其他燃油)，距離、巡航高度和油價等才能決定最適的乘載燃油容量(不可因多攜帶油量而超過航空器結構限制重量)，找出額外載油和實際耗油之間的最佳平衡。因本節主要探討如何避免過量之安全裕度，故對於經濟載油之航班不予討論。本研究為了解電腦飛航計畫估算之預期航程油量大於實際航程油量之航班數狀況，採用2012年01月至06月所有航班數量進行統計共為3640次。整理如圖11，並針對其中實際航程燃油消耗與預期航程油量差異之航班進行分析。

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圖 11 預期與實際油耗差異實際航程油耗小於預期航程油量之航班數為977次，另有2663次航班實際航程油耗大於預期航程油耗，將其差異製表如表11和表12所示，其中航機重量的部分均為計畫重量大於實際重量，實際航程油耗大於預期航程油量之平均重量差異為4588.83磅；實際航程油耗小於預期者為6653.67磅，顯示簽派員估算留有安全裕度，或是製作計畫之各項資訊來源並未能提供精確的數值，大預估重量意味著大航機載油，故可能導致航程油量剩餘的情形發生。電腦操作飛航計畫為預測之結果，並非所有的項目重量均能在進行油量預測時即可得知，例如乘客實際報到人數、行李重量等。為配合航機加油及各項運作，操作飛航計畫通常約於2小時前必須製作完成，故若是能透過歷史數據的統計提升預測資料精準度，那麼對於給油的條件就能更為確實。在油耗的表現上，因計畫重量均大於實際重量，理應實際航程油耗要小於預期航程油耗，但資料卻顯示實際航程油耗大於預期航程油量的航班數佔73%，比起實際航程油耗少於預期的27%多出許多。在表11和表12中，兩者靠檔與飛航時間並無顯著不同，顯示地面滑行時間穩定，但飛航時間在實際航程油耗小於預期航程油耗之樣本中，其平均飛航時間為02小時16 分鐘，遠高於實際航程油耗大於預期航程油耗樣本之01小時55分鐘，造成其油耗之差異可能來自於飛航空層的高低和飛航駕駛員操作速度的使用而

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有所不同。本研究於第二章曾經提到成本指數(Cost Index)的概念，成本指數是指時間成本和燃油成本的一種比值。由圖12可知速度的調節是造成時間最小化或燃油消耗最大化之重要條件。總成本可看成固定成本加上時間成本及燃油成本，因許多航空所需成本均以時間為單位計算，如組員飛時、維修、地勤代理及裝備使用等，故其均隱含在時間成本之計算定義。航機速度最大者表示所需航程時間最短，但也意味著油耗之最大化，其成本指數表示為999，反之則為燃油消耗最小，單位油量可行進之距離最長，且時間亦最長，其成本指數表現為0。由此可知，飛航時間較長者，可能選取較小之成本指數飛航，故造成飛航時間雖增長，但油耗表現卻較佳之情況。但如何取捨時間和燃油之間其成本最佳化，必須經由航空公司綜合統計分析來訂定。由此可知在各飛航階段中若能運用省油方式，進行飛航操作，亦有可能達到省油之條件。 TRIP COST SPEED (M)

圖 12 成本指數(Cost Index)相關速度圖 (AIRBUS)

航機實際飛航時，有時因空域擁擠，航管進行流量管制導致無法運作於電腦操作飛航計畫中之最佳空層，與其外在環境因素，如風向、風速的變化也會造成燃油消耗不如預期之影響。

CI=999 CI=0

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表 11 實際與預期差異統計表 (實際＞預期) 日期靠檔時間(分) 飛航時間(分) 實際油耗(磅) 計劃油耗(磅) 實際航機重量(磅) 計劃航機重量(磅) 油耗差異(磅) 重量差異(磅) 時間差異(分) 201201 02:24 02:06 13364.39 12950.56 145907 155439 413.83 -9532 00:18 201202 02:17 01:59 12675.98 12161.98 154294 164050 514 -9756 00:18 201203 02:11 01:52 12067.49 11478.77 147271 153349 588.72 -6078 00:19 201204 02:13 01:55 12324.03 11755.39 148483 154916 568.64 -6433 00:18 201205 02:11 01:53 12077.44 11554.49 142638 152044 522.95 -9406 00:18 201206 02:08 01:48 11834.52 11330.85 147320 153648 503.67 -6328 00:20 表 12 實際與預期差異統計表 (實際＜預期) 日期靠檔時間(分) 飛航時間(分) 實際油耗(磅) 計劃油耗(磅) 實際航機重量(磅) 計劃航機重量(磅) 油耗差異(磅) 重量差異(磅) 時間差異(分) 201201 02:28 02:10 13597.59 13940.63 142885 155065 -343.04 -12180 00:18 201202 02:38 02:20 14308.53 14718.72 150138 154899 -410.19 -4761 00:18 201203 02:43 02:25 15296.46 15704.46 152105 159299 -408 -7194 00:18 201204 02:29 02:12 13890.08 14285.03 155086 159489 -394.95 -4403 00:17 201205 02:31 02:12 14348.92 14761.58 155321 161153 -412.66 -5832 00:19 201206 02:36 02:17 14896.02 15322.35 154829 160381 -426.33 -5552 00:19

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電腦操作飛航計畫各階段油料之計算依航空公司標準作業程序及其限制來訂定，爬升、巡航和下降進場階段可能因外在環境因素(天氣)導致耗油之增加，然而滑行油量卻是受天氣因素影響最小的一項，故通常訂定滑行油量時僅以概略時間進行估算並採用固定數值。但因現今航空產業的發達，全球新建機場的規模遠遠大過於以往的舊機場，許多舊機場也因繁忙的網絡重新規劃整建，跑道及機場設備的維修均會造成停等時間的增加。以本研究樣本為例，統計2012年01月至06月桃園、台中、松山、高雄出發之航班平均滑行時間如表13所示。表 13 總平均滑行時間 (單位：分鐘) RCTP RCMQ RCSS RCKH 201201 15 13 11 8 201202 14 11 10 9 201203 14 12 11 9 201204 10 12 14 9 201205 14 12 10 9 201206 14 11 11 10 總平均滑行時間 13.5 11.8 11.2 9 從圖13可看出每月各機場航機滑行平均之油耗量，大致上均以桃園最高，台中次之，再者為松山及高雄，其中桃園機場之滑行時間短者為10分鐘，長者則達15分鐘，差異比例頗大。又以2012年04月為例，松山機場因部分滑行道維修，造成停等時間的增加直接反應於滑行油量，由此可知，機場跑滑道的配置以及擁擠與維修等因素均會對航機之油耗有所影響。機場滑行時間日期

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圖 13 滑行時間統計 (單位：分鐘) 依AIRBUS原廠飛航操作手冊中說明A320機型平均每分鐘耗油為25 磅，A321機型為每分鐘30磅，若以各機場2012年01月至06月之平均滑行時間概算，可得桃園機場A320約為350磅，A321為420磅；松山和台中機場A320 約為300磅，A321為360磅；高雄機場A320約為225磅，A321約為270磅。均低於樣本航空公司政策制訂之滑行油量500磅。若估計以A321桃園420磅比較，每航班可減少80磅之滑行載重，2012年01月至06月3640次航班約可減載約291,200磅燃油。燃油成本對於航空公司來說是一筆大支出，在節油工作上需透過各環節經年累月的累積，若忽視小環節，卻也可能造成無謂的過度浪費。後續小節將陸續分析各飛航階段之實際耗油係數，並探討各階段節油之空間。 5.2 飛航階段分析首先為了解航程中各個飛航階段其燃油消耗之情況，分別統計資料庫中各階段之平均耗油量，並計算各階段平均耗油量占整體之比例，其百分比分布如圖14所示。由於航線距離不大，本研究將同質之飛航階段合併共同研討，分別定義第01及第02為地面滑出階段，第03、04、05為起飛爬升階段，第06階段為巡航階段，第07階段為下降階段，而第08、09、11稱為進場階段，最後第13階段為地面滑入階段。其統計結果可以看出爬升、巡

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航、下降階段為佔比較大之階段。分別由巡航階段46.0%為最高，爬升階段 37.4%次之，下降階段6.6%為第三大類之油量消耗，而地面滑行階段則分別為滑出3.2%，滑入2.0%。圖 14 各飛航階段油耗比例以下針對各飛航階段之耗油因子進行分析及討論，並利用各項油耗影響變數與各階段油耗進行相關性分析，其主要目的為找出顯著之影響因子，建立迴歸模式以利探討省油之條件及其方式，提供航空公司或機場單位考量之建議。 5.2.1 地面滑出階段 (1) 相關性分析本節進行地面滑出階段相關性分析，為避免因滑行距離不同影響油耗表現，將以滑行油耗率(lbs/nm)作為變數探討。根據表 14滑行階段油耗相關係數顯示，分別為地面速度趨近於零的時間、延噸小時、滑行總時間及滑行地速達到顯著，其中地面速度趨近於零的時間對於油耗呈現高度正相關，表示停等時間越長則油耗增加，而滑行地速為高度負相關，代表航機滑行速度越大則燃油消耗量越小，延噸小時為中度正相關，顯示距離、滑行速度與航機重量之間的關係為影響油耗之條件。

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表 14 地面滑出階段油耗相關係數 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 滑出油耗率 (1) 1 地面速度趨近於零時間 (2) .852** 1 航機重量 (3) 0.19 0.145 1 延噸小時 (4) .452** .623** .345** 1 滑行總時間 (5) .437** .622** 0.165 .396** 1 滑行地速 (6) -.897** -.670** -0.165 .744** -.294* 1 溫度 (7) 0.005 -0.086 -0.107 -0.113 -0.105 -0.047 1 風速 (8) 0.059 -0.008 .268* 0.082 0.163 -0.06 0.097 1 平均值 171.732 22.340 74.190 7.888 382.070 11.752 17.260 54.640 標準差 55.055 47.481 3.659 1.952 88.821 3.052 3.281 105.580 ** p＜0.01 * p＜0.05

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(2) 影響變數滑行時間的多寡與其機場擁擠程度十分密切，繁忙機場容易造成航機地面等待時間的增加，首先依圖15可知滑行油耗與時間成正比，平均每秒燃油消耗介於0.40磅至0.61磅之間，平均值為每秒0.517磅。假設航機在地面的時間多1分鐘，則可能導致30磅之油耗量。圖 15 滑行油耗圖從圖16得知桃園、台中清泉崗機場停等時間較松山機場短，且較不易發生，松山機場則發生數次地面速度趨近於零之時間，自50至200秒之間不等，依整體趨勢來看，地面停等時間越長會導致油耗持續增加。

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圖 16 地面停等時間滑行油耗圖松山(RCSS)、桃園(RCTP)及台中(RCMQ)機場均有其慣用優勢跑道方向，松山(RCSS)為10跑道方向，台中(RCMQ)為18跑道方向，桃園(RCTP)則為05跑道方向，慣用優勢跑道方向之使用並非針對省油操作，絕大部分是因天候(盛行風)因素，或其跑道方向具有較優良之裝備，如跑道燈光、儀降設施等。不同跑道方向造成滑行距離之不同，也就直接反應在燃油消耗量的增加。而滑行地速屬操作因素，在符合航空公司規範之速度限制下，飛航駕駛員可操控地面滑行速度之快慢。由相關性分析可看出地速低時，耗油增加，地面速度高時，則較為省油。由圖17得知台中清泉崗機場和桃園機場可以獲得較大的滑行速度，松山機場因規模狹小，近幾年更是開放兩岸直航及陸續增加許多國際直飛航點，導致航班數量眾多而造成擁擠，故滑行速度無法提高。相較於場面規模較大的桃園機場，以及機場航班數較少的台中清泉崗機場，則可以達到比較高的滑行速度。以松山機場為例，油耗趨勢隨滑行速度增加而逐漸遞減，並從10kts後趨於平緩，而越慢的滑行速度則導致越多的油耗。

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圖 17 地速滑行油耗圖 (3) 模型定式依上述各條件可綜整多元迴歸式如式(1)： GS G GS b D bV T b b y= 0 + 1 =0+ 2 + 3 (1) 其中迴歸符號所代表之意義為： y為總油耗量，b0為常數，b1、b2、b3為迴歸係數。

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TGS=0為地面速度趨近於零之時間(sec) DG為地面滑出距離(nm) VGS為地面滑出速度(kts) 因總時間與距離、速度有共線性之影響，故以自變數地面速度趨近於零之時間、地面滑行距離、地速與油耗進行迴歸分析，表15可得各變數與燃油消耗之迴歸分析摘要表。表 15 地面滑出階段迴歸分析摘要表變數 B 之估計值 t 顯著性共線性統計量允差 VIF (常數) 146.185 12.842 .000 TGS=0 .395 6.449 .000 .461 2.171 DG 150.713 17.128 .000 .373 2.678 VGS -12.068 -8.909 .000 .226 4.430 R / R2 0.954 / 0.910 F檢定 175.502* 調整後R2 0.905 D-W 檢定 1.997 *sig .000 多元相關係數為0.954，聯合解釋變異量為91.0%，從迴歸係數來看，以地面速度趨近於零之時間係數來說，每秒增加0.395磅之燃油為一分鐘增加23.7磅油耗，故航機應避免過度的在地面等待，而滑行速度若以10節為一基準點，提高地速至15節，則可減少60.34磅之油耗，在滑行速度限制之規定下，應保持10節以上速度並適度提高滑行速度，以降低燃油消耗。迴歸方程式如式(2) GS G GS D V T y=146.185+0.395 =0 +150.713 −12.068 (2)

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(4) 小結以一般正常航班來說，製作電腦飛航計畫時，航空公司通常使用相同的滑行油量，但全球機場有其差異性，滑行時間因機場規模大小及機場容量擁擠狀況而相對增加，相同的滑行油量並不符每個機場狀況，故應監控和計算實際的滑行時間，以避免這些因素導致預先規劃燃油的浪費或不足。較低的滑行速度會造成燃油和時間的增加。在不超過公司標準作業程序之範圍內，應在航管許可下達到一定的滑行速度，有效減少航機燃油消耗。