110 民航特考三等 適航檢查 飛行原理 考古題詳解

核心觀念

本題考查空氣密度、靜壓、動壓、指示空速（IAS）與真空速（TAS）之間的關係。

動壓為

其中 $\rho$ 為空氣密度，$V$ 為空速。理想情況下，空速表依皮托管量得的總壓與靜壓之差（即動壓）指示空速；同一架構的空速表在相同 IAS 下，代表兩機的動壓相同。

真空速與動壓的關係為

因此，在動壓相同時，空氣密度較低的飛機必須以較高真空速飛行。

解題方法

（一）飛航高度

甲機所在空氣密度為 $0.8\ \mathrm{kg/m^3}$，乙機為 $0.9\ \mathrm{kg/m^3}$。在標準大氣中，空氣密度隨高度增加而降低，因此甲機飛行高度較高。

（二）靜壓與動壓

兩機 IAS 相同，空速表量得的動壓相同，因此兩機動壓相同。由

核心觀念

將圖中的壓力分布視為每單位翼展的分布載重。壓力乘上弦向長度，得到每單位翼展的力，單位為 $\mathrm{kN/m}$；再以各分布載重的形心求合力作用位置。

依圖示箭頭，壓力合力沿翼面法線方向向上。攻角為 $\alpha=10^\circ$，因此法線方向合力可分解為升力與阻力：

其中 $N$ 是上下翼面壓力合力的總和。

解題方法與計算

1. 上翼面壓力合力及形心

上翼面壓力分布為：前端長 $0.6\ \mathrm{m}$ 的三角形、中段長 $1.4\ \mathrm{m}$ 的矩形，以及後端長 $0.4\ \mathrm{m}$ 的三角形；各分布的最大壓力均為 $120\ \mathrm{kN/m^2}$。

以上翼面壓力圖形面積計算合力：

以前緣為 $x=0$，各部分形心分別位於 $0.4\ \mathrm{m}$、$1.3\ \mathrm{m}$、$2+\frac{0.4}{3}\ \mathrm{m}$。因此上翼面合力形心為：

2. 下翼面壓力合力及形心

圖示下翼面壓力在長 $1.6\ \mathrm{m}$ 的區段內，由 $50$ 線性增加至 $80\ \mathrm{kN/m^2}$。以梯形面積計算：

依圖示位置，該段由前緣後 $0.4\ \mathrm{m}$ 處起算。梯形載重形心相對該段起點的位置為：

核心觀念

引擎喘振（Engine Surge）是壓縮機在氣流與轉速、壓力比等運轉條件不匹配時，發生的嚴重非穩定流動。壓縮機無法持續建立所需壓力，可能出現氣流大幅脈動，甚至短暫倒流。喘振是整部壓縮機的不穩定現象；若失速只局限在部分葉片或葉片區域，則稱為旋轉失速（Rotating Stall），兩者相關但不相同。

（一）發生位置及對性能、安全的影響

發生位置

渦輪發動機的喘振通常發生在壓縮機段，可能涉及軸流式壓縮機的多級轉子與定子，也可能發生於離心式壓縮機。喘振並非只限於某一級；當壓縮機整體工作點越過穩定工作範圍時，壓縮機內的壓力與流量會劇烈振盪，氣流甚至由下游向上游倒流。

對性能與安全的影響

• 推力或功率驟降： 壓縮機送入燃燒室的空氣流量與壓力不穩定，燃燒及渦輪輸出受到影響，造成推力下降。
• 燃燒不穩或熄火： 氣流脈動、倒流可能擾亂燃燒室供氣，使火焰不穩，嚴重時造成熄火。
• 機械負荷增加： 壓力及氣動負荷快速變化，會使葉片、軸承、轉子及機匣承受額外振動與應力；嚴重時可能造成葉片損壞或部件失效。
• 排氣溫度與噪音異常： 燃燒及流場不穩會引起排氣溫度波動，並伴隨爆裂聲、低頻轟鳴或振動。
• 安全與可用性降低： 喘振可能導致發動機性能大幅喪失；若持續或反覆發生，可能進一步損壞發動機，影響飛行安全。

（二）防止或降低喘振的方法

1. 維持穩定的壓縮機工作點

喘振的根本防制，是讓壓縮機在其穩定工作範圍內運轉，並保留足夠的喘振裕度。發動機設計及控制系統會依轉速、壓力與流量等狀態調整運轉條件，避免工作點越過壓縮機穩定界線。

2. 使用可變幾何機構調整氣流

可變進氣導葉（Variable Inlet Guide Vanes）及可變定子葉片（Variable Stator Vanes）可隨轉速或運轉狀態調整角度，使各級壓縮

核心觀念

本題考查飛行力學中「穩定性」的兩個層次，以及橫向動態穩定的三種典型模態。靜態穩定性描述航空器受擾動後，初始氣動力矩的方向；動態穩定性描述航空器隨時間發展，運動反應是否衰減、維持或增大。

三種橫向模態中，滾轉收斂與螺旋模態以滾轉運動較明顯；荷蘭滾則是偏航與滾轉耦合的振盪模態，以偏航振盪較明顯。

（一）靜態穩定性與動態穩定性的涵義

1. 靜態穩定性（Static Stability）

航空器在某一平衡狀態受到微小擾動後，若其初始反應所產生的氣動力或力矩，具有使航空器回復原平衡狀態的趨勢，稱為靜態穩定。

以俯仰方向為例，若迎角受到擾動後，產生使迎角減小、回復原平衡迎角的俯仰力矩，表示具有靜態穩定性。靜態穩定只看擾動後的初始趨勢，不代表航空器一定會在時間推移後回到平衡狀態。

依初始反應可分為：

• 靜態穩定：初始反應趨向恢復平衡。
• 靜態中立：初始反應沒有恢復或偏離趨勢。
• 靜態不穩定：初始反應使偏離量進一步增大。

2. 動態穩定性（Dynamic Stability）

動態穩定性描述航空器受到擾動後，隨時間發展的整體運動反應。若擾動所引起的運動振幅或偏離量隨時間逐漸減小，並回到原平衡狀態，稱為動態穩定；若反應不衰減而持續存在，為動態中立；若反應隨時間增大，則為動態不穩定。

因此，動態穩定性考慮了運動過程與阻尼效應。航空器可以有恢復平衡的初始趨勢，卻因阻尼不足而產生不衰減或增大的運動；所以靜態穩定不必然代表動態穩定。

（二）橫向動態穩定的三種運動模態

解題方法

橫向動態穩定的模態，是將擾動後的運動分解為不同時間特性與主要運動分量。判別題目所問的「偏航或滾轉哪一方面比較明顯」，重點在於辨認各模態的主要運動特徵：