113 民航特考三等 適航檢查 飛行原理 考古題詳解

核心觀念

本題考查大氣溫度垂直分布與大氣分層的區別，以及平流層臭氧的形成作用如何連結航空器消防設備的適航與環境要求。

「同溫層」描述的是某一高度範圍內的溫度垂直變化特徵；「平流層」則是依大氣溫度結構劃分的大氣層次。兩者不是互斥、並列的兩個大氣層。臭氧層主要位於平流層，臭氧吸收太陽紫外線，使平流層部分高度的氣溫隨高度上升而升高；航空器使用的海龍滅火劑則涉及臭氧消耗與消防安全的平衡。

解題方法

第一小題先找出題幹敘述的分類錯誤：它把「溫度保持不變的區域」當作平流層之外、位於其上方的獨立大氣層。再以大氣分層及標準大氣的溫度變化說明正確位置和關係。

第二小題沿著「臭氧層位於平流層 → 海龍到達平流層後破壞臭氧 → 航空器仍須具備有效滅火能力」說明航空關連性，最後落在適航檢查重點：滅火系統須符合設計、性能、維修及環境要求，替代劑須兼顧消防效能與人員安全。

（一）上述內容需補充說明之處（10 分）

1. 同溫層不是正式的大氣分層名稱。 大氣通常依溫度垂直分布區分為對流層、平流層、中氣層、增溫層等。「同溫層」是指某一段高度內氣溫大致不隨高度改變的區域或溫度狀態，並非必然獨立於平流層之外的一整個大氣層。

2. 同溫區段的位置不能一概說在平流層頂部以上。 依標準大氣模型，對流層頂附近的溫度可在一段高度內近乎不變；平流層下部也有近似等溫的區段。標準大氣中，約 11 公里至 20 公里附近可視為近等溫區，之後氣溫才隨高度增加。實際高度會隨緯度、季節及天氣而變化。

3. 平流層位於對流層上方，而非同溫層下方。 平流層大致由對流層頂延伸至約 50 公里高度，頂界稱為平流層頂。其溫度不是從底部到頂部都持續上升：下部可近似等溫，上部則因吸收太陽紫外線而呈現氣溫隨高度升高的趨勢。

4. 溫度逆轉是溫度垂直變化的描述，不是另一個大氣層。 對流層通常隨高度增加而降溫；平流層上部則有隨高度增溫的區段，這種溫度遞增常稱為逆溫或溫度逆轉。稱「平流層內有溫度逆轉」較精確，不宜把整個平流層說成每一處都呈現同樣的增溫率。

5. 臭氧層與平流層增溫有關，但兩者不是同義詞。 臭氧層是臭氧濃度較高的區域，主要位於平流層，大致集中在約 15 至 35 公里高度。臭氧吸收紫外線並轉化為熱，使平流層部分區域的溫度隨高度上升；

核心觀念

本題考查飛機阻力的分類、阻力方程式，以及構形改變時升力係數與阻力係數的關係。阻力係數不是固定常數；它會隨外形構形、升力需求及飛行狀態改變。

解題方法

（一）震波阻力以外的阻力種類

飛機阻力常依成因分為：

1. 摩擦阻力（skin-friction drag）：空氣黏性使氣流與機體表面摩擦而產生。
2. 壓差阻力／形狀阻力（pressure／form drag）：機體前後壓力分布不平衡所形成；流動分離與尾流會加重此阻力。
3. 誘導阻力（induced drag）：機翼產生升力時，翼尖渦流及下洗改變氣流方向，使升力帶有向後分量而形成。
4. 干擾阻力（interference drag）：機翼、機身、短艙等部件交接處的氣流互相干擾所增加的阻力。
5. 寄生阻力（parasite drag）：不直接用來產生升力的阻力總稱，通常包括摩擦阻力、形狀阻力與干擾阻力。

依教材分類方式不同，部分項目會被合併或列為次分類；作答時清楚說明阻力來源即可。題目已排除震波阻力，故列出上述其餘主要種類。

（二）計算阻力所需數值

阻力方程式為：

其中：

• $D$：阻力；
• $\rho$：飛行高度的空氣密度；
• $V$：相對於空氣的速度；
• $S$：參考面積，飛機通常採機翼參考面積；
• $C_D$：阻力係數。

因此，除阻力係數外，還須知道空氣密度、空速及參考面積。式中的 $\frac{1}{2}\rho V^2$ 為動壓，亦可先求動壓，再乘以 $S C_D$ 得到阻力。

（三）兩組阻力係數的理由

核心觀念

本題考查飛機重量與平衡的基本計算：

• 總重量：將飛機及所有裝載項目的重量相加。
• 力矩：每一項重量乘以該項相對基準面的力臂，即 $M=W\times A$。
• 重心位置：全部項目的總力矩除以總重量，即 $\bar{x}=M_{\text{總}}/W_{\text{總}}$。

其中，重量以磅（lb）計，力臂以呎（ft）計，力矩單位為磅呎（lb·ft）。本題未涉及法條。

解題方法

先將飛機本體、前後座乘員、燃油及行李視為五個重量項目。各項重量直接相加得到總重量；再分別以重量乘上對應力臂，將五個力矩相加；最後用總力矩除以總重量求重心位置。

（一）總重量

（二）全部項目的總力矩

逐項計算力矩：

核心觀念

本題考查風洞模型與實際飛機之間的相似律。模型尺寸雖然較小，只要模型與實機的流場滿足適當的相似條件，模型測得的氣動特性便可用來推估實機。

主要分為：

• 幾何相似：模型與實機的外形比例一致，相關角度與形狀比例相同。
• 運動學相似：模型與實機的流線形態及速度分布比例一致。
• 動力相似：流場中各種力的比例一致。對低速、黏性影響不可忽略的外流，主要須匹配雷諾數（Reynolds number）；若可壓縮性顯著，還須考慮馬赫數（Mach number）等相似參數。

雷諾數定義為

其中 $\rho$ 為空氣密度、$V$ 為流速、$L$ 為特徵長度、$\mu$ 為動力黏度。雷諾數代表慣性力與黏滯力的相對大小；模型與實機的雷諾數相同，才能使兩者的黏性流動效應相似。

解題方法

題目指定模型與實機的空氣密度及黏度係數相同，故以雷諾數相等作為速度換算條件：

因此

約去相同的 $\rho$ 和 $\mu$，得

模型為 $1:6$ 縮尺，所以 $L_{\text{模型}}=L_{\text{實機}}/6$。代入後：