112 高普考普通考試 航空器維修 旋翼機基本維修概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查旋翼機前進飛行時的受力平衡，以及旋翼葉片在使用與維修檢查中常見的損傷。前進飛行可視為穩定直線飛行：旋翼產生的總升力向量向前傾斜，分解為垂直分量與水平分量，分別平衡重力與飛行阻力。

「翼尖徑面」是旋翼葉片翼尖運動所形成的平面。前進飛行時，旋翼盤（翼尖徑面）向前傾斜，使旋翼總升力具有向前的水平分量，形成推力。

解題方法

以飛行方向為水平軸、垂直方向為垂直軸，將旋翼總升力分解：

• 垂直分量向上，平衡向下的重力。
• 水平分量向前，平衡向後的阻力。

穩定、等速直線前進飛行時，合力為零，因此：

$L_v = W,\qquad T = D$

其中 $L_v$ 為升力的垂直分量，$W$ 為重力，$T$ 為推力，$D$ 為阻力。若以旋翼總升力 $R$ 及其相對垂直方向的前傾角 $\theta$ 表示，則：

$L_v = R\cos\theta,\qquad T = R\sin\theta$

因此 $R\cos\theta=W$、$R\sin\theta=D$。若飛行速度或高度正在改變，受力未必平衡；上述關係適用於穩定等速前進飛行。

旋翼前進飛行時的力之關聯

1. **翼尖徑面與旋翼總升力：**翼尖徑面前傾，旋翼總升力方向也隨之向前傾斜。
2. **升力與重力：**旋翼總升力的垂直分量向上，與重力方向相反；等速、定高飛行時兩者大小相等。
3. **推力與阻力：**總升力的水平分量朝前，構成推力；空氣阻力朝後。等速前進時，推力與阻力大小相等、方向相反。
4. **合力與運動狀態：**垂直方向的升力分量與重力互相平衡，水平方向的推力與阻力互相平衡，故飛機維持定高、等速直線前進。

旋翼葉片常見故障

核心觀念

本題考查旋翼機用渦輪引擎的基本構造，以及各部位如何將燃料的化學能轉換為旋翼所需的軸功率。旋翼機常用渦輪軸引擎（turboshaft engine）：空氣經壓縮、與燃油混合燃燒後，形成高溫高壓燃氣；燃氣推動渦輪，渦輪再經傳動系統輸出功率，帶動旋翼。

渦輪軸引擎的主要氣流路徑為：

進氣道 → 壓縮機 → 燃燒室 → 燃氣產生器渦輪 → 動力渦輪 → 排氣系統

其中，燃氣產生器渦輪主要供應壓縮機運轉所需功率；動力渦輪則從燃氣中取出能量，經輸出軸與減速齒輪箱帶動旋翼。

解題方法：先畫氣流路徑，再標傳動與輔助系統

作圖時沿引擎軸線由左至右排列主要部件，箭頭表示氣流方向。渦輪軸引擎常採用自由動力渦輪：動力渦輪與燃氣產生器的壓縮機、燃氣產生器渦輪不共用同一根軸。圖中再補上燃油、滑油與附件系統，即能同時呈現引擎的工作流程與輸出方式。

構造示意圖

 燃油系統
 燃油箱 → 燃油泵／控制器 → 燃油噴嘴
 ↓
氣流方向 → [進氣道] → [壓縮機] → [燃燒室] → [燃氣產生器渦輪] → [動力渦輪] → [排氣管]
 ↑ │ │
 └──────燃氣產生器軸──────┘ │
 （帶動壓縮機） ↓
 輸出軸／減速齒輪箱
 ↓
 旋翼

 附件傳動機構：由引擎軸帶動燃油泵、滑油泵及發電機等
 滑油系統：油槽 → 滑油泵 → 軸承／齒輪等潤滑部位 → 冷卻／過濾 → 油槽

各部位名稱及功能

1. 進氣道（Inlet） 導引外界空氣進入引擎，並使氣流較均勻地流向壓縮機。進氣品質會影響壓縮機運轉與引擎性能。

2. 壓縮機（Compressor） 對進入引擎的空氣加壓，提高空氣壓力與密度，以供燃燒室使用。常見型式有軸流式、離心式或兩者組合。

3. 燃燒室（Combustion chamber） 將燃油噴入壓縮空氣中並點火燃燒，使燃氣溫度與能量增加。燃燒室須維持穩定燃燒，並將燃氣導向渦輪。

4. 燃氣產生器渦輪（Gas-generator turbine） 從高溫燃氣取得能量，經燃氣產生器軸帶動壓縮機；若引擎採單軸核心，也可能同時帶動其他核心附件。它的主要任務是維持燃氣產生器運轉。

核心觀念

主旋翼軌跡（blade track）是指旋翼旋轉時，各片槳葉槳尖所形成的飛行路徑。軌跡校正的目標，是使各片槳葉在規定的飛行狀態下，沿著彼此接近的軌跡運轉，避免槳葉高度差異過大。

解題方法與目的

回答時可從「旋翼運轉品質」切入，說明軌跡校正的主要目的：

1. 減少振動與噪音： 槳葉若上下軌跡不一致，會使旋翼盤氣動力分布不均，造成機身振動與噪音。
2. 降低槳葉及機體負荷： 軌跡不一致會增加槳葉、旋翼頭、傳動系統與機體結構承受的交變負荷。
3. 改善操縱與飛行平順性： 各槳葉產生的升力較為一致，有助於旋翼平順運轉及直升機穩定操縱。
4. 減少疲勞與維修問題： 降低不必要的振動及循環應力，可減緩零件磨耗與疲勞，並有助於維持旋翼系統可靠性。

軌跡校正與平衡校正相關，但目的不同：軌跡校正著重槳葉槳尖的運轉路徑是否一致；平衡校正著重旋翼系統的質量分布及動態振動。

（二）如何克服主旋翼所產生之反扭矩

核心觀念

引擎與傳動系統帶動主旋翼旋轉時，主旋翼對空氣施加扭矩；依作用與反作用，機身會受到方向相反的反作用扭矩。若沒有抵銷此扭矩，機身便會繞垂直軸朝與主旋翼相反的方向轉動。

解題方法與作用機制

核心觀念

本題考旋翼機震動的頻率分類，以及各頻率範圍常見的振動來源。頻率通常以主旋翼每轉一周的頻率為基準，記作 1/rev：

• 1/rev：每主旋翼轉一周發生一次。
• n/rev：每主旋翼轉一周發生 n 次。
• 若主旋翼轉速為 $N$ rpm，則主旋翼頻率為 $N/60$ Hz，n/rev 的振動頻率為 $nN/60$ Hz。

依一般旋翼機維修教材，常分為極低頻、低頻、中頻及高頻振動；各機型的實際故障判斷仍應依該機維修手冊及頻譜資料確認。

解題方法與各類振動成因

作答時先列出頻率類別，再由振動與旋轉部件的關係說明成因：低頻多與旋翼每轉一次或數次的載荷變化有關；中頻常與多葉片旋翼的葉片通過頻率有關；高頻則常見於高速傳動或引擎旋轉部件。

一、極低頻振動：低於 1/rev

頻率低於主旋翼每轉一次的頻率，常稱為塔架搖擺（pylon rocking）。旋翼與傳動系統的反作用力會使傳動系統及其支承結構產生較慢的擺動。懸置、阻尼或支承狀況異常，以及傳動系統激振力過大，都可能使這類振動加劇。

二、低頻振動：1/rev 或 2/rev

低頻振動通常與主旋翼或尾旋翼直接相關。

• 1/rev 振動：常見原因為旋翼不平衡、葉片不在同一軌跡（out of track），或旋翼組件質量與氣動特性不一致。主旋翼的 1/rev 振動可呈垂直或橫向；振動方向可作為追蹤與平衡檢查的線索。
• 2/rev 振動：常見於雙葉片旋翼，也可能由每轉兩次的載荷變化、葉片軌跡或槳距差異、旋翼頭或阻尼器狀況不良引起。雙葉片旋翼每轉一周有兩次葉片通過事件，因此容易出現 2/rev 成分。

核心觀念

本題考旋翼機的重量名詞，以及裝載後如何確認重量與重心在安全範圍內。計算時以航空器的重量與平衡資料為準；各機型對淨重的計算基準可能不同，應依該機《飛行手冊》或經核准的重量平衡資料判讀。

名詞定義

• 淨重（Net weight）：旋翼機本身的重量，通常指已裝妥固定設備與必要作業液體，但不含酬重的重量。實際計算時，應確認機型資料對燃油、滑油及其他液體的納入方式。
• 酬重（Useful load）：淨重以外，可供載運的重量，包括機組員、乘客、行李、貨物，以及依該機重量定義應計入的可用燃油等。它是可用載重額度，不代表所有項目都能任意裝載。
• 總重量（Gross weight）：旋翼機在某一時刻的實際重量，包含機體、機組員、乘客、燃油、行李及貨物等已裝載項目。起飛總重量可表示為： $\text{起飛總重量}=\text{淨重}+\text{起飛時實際載重}$
• 最大總重量（Maximum gross weight）：經核准的旋翼機重量上限。總重量不得超過此值；此外，仍須符合該機的重心範圍、性能及操作限制。

解題方法：裝載重物時的注意事項

裝載不能只看貨物本身重量，而要逐項加總，再核對重量、重心與機型限制：