110 高普考普通考試 航空器維修 航空發動機概要 考古題詳解

核心觀念

噴射發動機啟動時，啟動機先帶動壓縮機旋轉，使燃燒室有足夠氣流；達到規定轉速後，才依程序供油並點火。燃燒建立後，發動機應持續加速，最後達到自持轉速及慢車轉速。

• 緩慢啟動（hung start）：發動機已點火、轉速也有上升，但加速停滯在低於正常慢車的轉速，無法自行加速至慢車。
• 熱啟動（hot start）：啟動時排氣溫度（EGT、TGT 或 ITT，依機型而定）超過規定的啟動限制。其基本原因是燃燒熱量相對於通過發動機的冷卻氣流過多，常見情況是供油過多、氣流不足，或兩者並存。

兩者是不同的故障判讀：hung start 著重於轉速未能正常加速；hot start 著重於溫度超限。兩種情況也可能同時發生。

解題方法

按啟動流程逐段檢查：

1. 啟動機是否提供足夠轉速與氣流：轉速不足會使通過壓縮機及燃燒室的氣流不足。
2. 供油時機與油量是否合宜：轉速尚未達規定值便供油，或油量控制異常，會使燃燒熱量過多。
3. 點火與燃燒是否正常建立：點火延遲會讓燃油累積，點火後形成過量燃燒。
4. 燃燒後轉速是否持續上升、溫度是否在限制內：轉速停滯是 hung start 的指標；排氣溫度超限是 hot start 的指標。

（一）緩慢啟動（hung start）

可能原因

1. 啟動機輸出不足：啟動機故障、供電或氣源不足、啟動系統壓力不足，或啟動機接合不良，使壓縮機轉速達不到所需值。
2. 發動機內部阻力過大：軸承、轉子或其他部件阻力增加，或發動機處於不利的溫度狀態，使啟動機帶轉困難。
3. 壓縮機氣流受限或效率不佳：進氣受阻、壓縮機或相關部件異常，降低燃燒所需的空氣流量。
4. 供油或燃油控制異常：燃油控制器、計量裝置或供油系統故障，造成供油量或供油時機不合適，燃燒建立後仍無法產生足夠功率加速。
5. 啟動程序不當：未依機型程序操作，例如啟動機帶轉不足便供油，或啟動機過早停止輔助。

解決方法

• 依機型手冊操作，監控轉速、燃油流量及排氣溫度；未達規定供油轉速前，不得提早供油。
• 若轉速停滯，依手冊立即中止啟動並切斷燃油；不可持續供油等待轉速自行上升，以免燃油累積或造成熱啟動。
• 檢查啟動機、供電或氣源、啟動系統壓力與接合狀態；確認進氣通道及發動機轉子轉動狀況。
• 依維修手冊檢查燃油控制器、燃油計量與供油系統，以及壓縮機和相關部件。

核心觀念

燃油消耗率（specific fuel consumption, SFC）是發動機每單位輸出所需消耗的燃油量，用來比較發動機將燃油轉換為推力或軸功率的效率。SFC 越低，表示在相同輸出下燃油消耗越少。

依發動機輸出型態，常用的 SFC 有兩種：

• 推力燃油消耗率（thrust specific fuel consumption, TSFC）：用於渦輪噴射、渦輪風扇等以推力為主要輸出的發動機。
• 功率燃油消耗率（power specific fuel consumption, PSFC）：用於活塞、渦輪軸等以軸功率為主要輸出的發動機。

解題方法與公式

令 $\dot{m}_f$ 為燃油質量流率，$F$ 為發動機推力，$P$ 為發動機軸功率，則：

推力燃油消耗率：

常用單位為 $\mathrm{kg/(N\cdot h)}$ 或 $\mathrm{lb/(lbf\cdot h)}$。若以燃油重量流率 $\dot{W}_f$ 表示，則可寫成 $\mathrm{TSFC}=\dot{W}_f/F$，但必須在符號定義及單位上保持一致。

功率燃油消耗率：

常用單位為 $\mathrm{kg/(kW\cdot h)}$ 或 $\mathrm{lb/(hp\cdot h)}$。

兩者的分母分別是推力與軸功率，代表不同的發動機輸出型態，不能混用。題目若未指定發動機型式，應先定義所採用的輸出量，再說明對應的 SFC。

解題技巧

核心觀念

本題考查乾式油底殼潤滑系統中回油路徑的配置、磁性金屬屑偵測，以及恆速傳動器的轉速調節功能。作答時應分別說明「滑油回到油箱前是否經過冷卻器」、「磁性堵頭如何收集並指示金屬屑」，以及「CSD 如何把變動的輸入轉速轉換成穩定輸出轉速」。

解題方法

以滑油流動順序區分熱、冷油箱；再從磁性堵頭的吸附與電氣指示作用說明金屬屑偵測；最後說明 CSD 輸入軸與輸出軸的轉速關係，並連結至交流發電機的定頻需求。

（一）熱滑油箱與冷滑油箱的區別

乾式油底殼系統以獨立油箱儲存滑油，供油泵將滑油送至軸承、齒輪等潤滑部位，回油泵再將使用過的滑油抽回油箱。熱油箱與冷油箱的主要差異，在於回油進入油箱前是否先經過滑油冷卻器。

簡化流程如下：

「熱」與「冷」是依據回油進入油箱前是否經冷卻命名，並非表示油箱內滑油永遠維持某一固定溫度。

（二）探測金屬碎片（chip detector）之磁性堵頭的功用

磁性堵頭通常裝在滑油系統的回油區、齒輪箱或油底殼等位置。其功用是：

1. **吸附鐵磁性金屬屑：**堵頭上的磁性部分吸附滑油中的鐵屑、鋼屑等鐵磁性磨耗物，避免這些碎屑繼續在系統內循環。

核心觀念

本題考查扇型發動機的流量定義、發動機壓力比（$EPR$）的取壓位置，以及布萊頓循環的理想熱力過程。

解題方法

（一）旁通比（Bypass Ratio）

旁通比是旁通氣流質量流率與核心氣流質量流率之比：

核心氣流進入核心機，經壓縮、燃燒及渦輪等過程；旁通氣流則由風扇加速後，沿核心機外圍通道排出。旁通比是質量流率之比，不是兩股氣流的速度比或推力比。

（二）$EPR$ 儀表

$EPR$（Engine Pressure Ratio，發動機壓力比）是發動機排氣總壓與發動機進氣總壓之比，常用的量測位置為排氣端與進氣端：

其中 $P_t$ 表示總壓（滯止壓）。實際取壓位置依發動機設計而定；此處的定義不是燃燒室壓力與進氣壓力之比，也不是靜壓比。

（三）布萊頓（Brayton）循環

理想布萊頓循環由以下四個過程組成：