112 高普考普通考試 航空器維修 航空發動機概要 考古題詳解
第 一 題20 分
關於噴射發動機，請回答下列問題：
(一) 一般發動機的溫度以量測尾管溫度較多。以渦輪風扇型（Turbofan）為例，量測溫度一般採用熱電偶（Thermocouple），請詳述熱電偶的原理。
(二) 採用可變定子與可變進氣導葉片的目的與功能為何？
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核心觀念
本題考查噴射發動機的排氣溫度量測原理，以及壓縮機採用可變進氣導葉片（Variable Inlet Guide Vanes, VIGV）與可變定子葉片（Variable Stator Vanes, VSV）的目的。
解題方法
第一小題從熱電偶的「不同金屬、接點溫差、熱電動勢」說明量測原理，再連結到渦輪風扇發動機的尾管溫度指示。第二小題則從壓縮機在不同轉速下的氣流方向與葉片攻角變化切入，說明可變葉片如何維持穩定的壓縮機運轉。
（一）熱電偶原理
熱電偶由兩種不同金屬導線接合而成，形成量測接點與參考接點。當兩接點處於不同溫度時，因兩種金屬的熱電性質不同，導線迴路會產生熱電動勢；其大小與兩接點的溫度差相關。此現象稱為塞貝克效應（Seebeck effect）。
在發動機上，量測接點置於尾管排氣氣流中，受排氣加熱；參考接點則維持在已知或經補償的溫度。儀表量測熱電偶輸出的微小電壓，依熱電偶的校正特性換算成溫度，再顯示尾管溫度（Exhaust Gas Temperature, EGT）。
實際量測時，儀表讀值取決於量測接點與參考接點的溫差，因此必須採用參考接點補償或冷端補償。熱電偶的極性與接線材料也須正確；若接反或接線錯誤，輸出電壓與溫度的對應就會失準。
渦輪風扇發動機常以多支熱電偶分布在排氣流道周圍，將訊號整合為溫度指示。這可減少單點氣流溫度差異造成的影響，並供飛行員監控發動機熱狀態。尾管溫度是排氣位置的量測值，與渦輪入口溫度並非同一測點；後者通常更高，且實務上常以排氣溫度作為監控及限制發動機運轉的依據。
（二）可變定子與可變進氣導葉片的目的與功能
第 二 題20 分
在噴射發動機的壓縮器（Compressor）中，常使用離心式與軸流式兩種壓縮器，請說明兩種形式的優缺點為何？
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核心觀念
本題比較噴射發動機常用的兩種壓縮器：離心式壓縮器（centrifugal compressor）與軸流式壓縮器（axial-flow compressor）。兩者都是藉由轉子對空氣做功，提高空氣的壓力與能量；差別主要在氣流方向、壓縮方式，以及單級壓力增益、體積與流量特性。
離心式壓縮器使空氣由軸向進入葉輪，經葉輪加速後向外徑方向流動，再由擴壓器降低流速、提高靜壓。軸流式壓縮器則讓空氣大致沿發動機軸線流動，交替通過轉子與靜子；轉子增加空氣能量，靜子減速並將部分動能轉為壓力。
解題方法
以「流向與結構、壓力增益、體積與流量、操作特性、構造複雜度」為比較項目，即可有系統地整理優缺點。作答時須同時說明兩者的取捨，不能只列單一形式的優點。
| 比較項目 | 離心式壓縮器 | 軸流式壓縮器 |
|---|---|---|
| 氣流方向與構造 | 空氣由軸向進入，再向外徑方向流出；葉輪、擴壓器構造相對簡單 | 氣流大致平行發動機軸線，經多列轉子與靜子；級數較多，構造較複雜 |
| 單級壓力增益 | 單級可提供較大的壓力增益，所需級數較少 | 單級壓力增益較小，通常需多級串接達到所需總壓縮比 |
| 尺寸與迎風面積 | 氣流向外徑擴散，發動機直徑通常較大，迎風面積較大 | 可採細長、多級配置，對於大流量發動機較易維持較小的迎風面積 |
| 空氣流量與適用性 | 適合較小流量的發動機；流量增加時，葉輪直徑與發動機截面也會增加 | 適合大流量與高總壓縮比的需求，常見於大型渦輪噴射及渦輪風扇發動機 |
| 效率與性能 | 級數少、結構堅固； |
第 三 題20 分
渦輪噴射發動機的燃油系統是重要的系統之一，提供運轉所需的燃油，請回答下列問題：
(一) 請詳述燃油系統中燃油噴嘴（Fuel Nozzle）的功能與分類。
(二) 請說明加壓漏放閥瓣（P&D valve）的功能。
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核心觀念
本題考查燃油噴嘴如何把計量後的燃油送入燃燒室，以及加壓漏放閥瓣（Pressurizing and Dump Valve，P&D valve）如何配合燃油壓力控制供油與停車後排油。
燃油噴嘴的主要功能，是將燃油霧化並形成適當的噴霧形狀，使燃油能與燃燒室內的空氣迅速、均勻混合，維持穩定燃燒。噴嘴的霧化品質與噴霧分布會影響起動、慢車、加速及燃燒效率。
解題方法與作答重點
依序說明噴嘴的用途、常見種類及運作差異，再沿著發動機起動、運轉、停車的順序交代 P&D 閥瓣功能，即可完整回答。
（一）燃油噴嘴的功能與分類
功能
- 將燃油以細小液滴噴入燃燒室，提高燃油與空氣接觸面積。
- 控制噴霧的方向、角度與分布，使燃油集中在適當燃燒區域。
- 讓燃油在各種供油量與發動機工況下，仍能與燃燒室空氣良好混合並穩定燃燒。
分類
- 單式噴嘴（Simplex nozzle）：以單一噴孔供油，構造較簡單。燃油流量較低時，噴嘴內壓力與霧化品質不足，因此低轉速或起動工況的霧化較差。
- 雙式噴嘴（Duplex nozzle）：具有主、副兩個供油通道或噴孔。低流量時先由副（主級、primary）通道供油，維持較好的霧化；燃油流量與壓力增加後，主（次級、secondary）通道投入供油，以供應較大流量。通常須配合分流或加壓閥控制兩級供油。
第 四 題20 分
關於噴射發動機的功能與運作，請回答下列問題：
(一) 請說明渦輪之主要功用為何？渦輪噴嘴葉片（Nozzle Guide Vanes）之功用為何？
(二) 如何防止進氣導片結冰？排氣閥（Bleed Valve）的功用為何？請說明之。
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核心觀念
本題考查渦輪噴射發動機中「渦輪如何驅動壓縮機」、「渦輪噴嘴導片如何引導燃氣」，以及「進氣防冰與排氣閥的用途」。渦輪從燃燒後的高溫、高壓燃氣取得能量，驅動壓縮機等附件；渦輪噴嘴導片則在燃氣進入轉子前調整流向與速度。
解題方法
依氣流通過發動機的順序理解各部件：壓縮機提高空氣壓力，燃燒室加入熱能，渦輪從燃氣中取出部分能量以維持壓縮機運轉，剩餘燃氣再經排氣系統產生推力。進氣防冰與排氣閥則分別處理結冰風險，以及低轉速時壓縮機氣流穩定性的問題。
（一）渦輪與渦輪噴嘴葉片
**渦輪的主要功用：**燃燒室排出的高溫燃氣流經渦輪時，渦輪葉片將燃氣的熱能與動能轉換為軸功，帶動壓縮機旋轉，並可同時驅動發動機附件。對渦輪噴射發動機而言，渦輪所取出的功率主要用來維持壓縮機及附件運轉；燃氣剩餘的能量則供排氣噴流產生推力。
**渦輪噴嘴葉片（Nozzle Guide Vanes, NGV）的功用：**NGV 固定於渦輪轉子前方，將燃燒室排出的燃氣加速，並以適當的角度導入渦輪轉子葉片。適當的流向與速度可使燃氣有效衝擊轉子、產生轉矩，提升渦輪的能量轉換效率。NGV 本身不旋轉，也不是用來直接驅動壓縮機的轉動件。
第 五 題20 分
關於發動機潤滑油系統，請列舉兩種潤滑油規格。當發動機運轉時，潤滑油系統中的壓力產生擺盪（Fluctuating Oil Pressure）現象，請列舉四項並說明該現象可能發生的原因與解決的方法。
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核心觀念
潤滑油系統以壓力泵將潤滑油送至軸承、齒輪等需要潤滑與冷卻的部位，再由回油泵將油送回油槽或油箱。油壓擺盪是指發動機運轉時，油壓指示值持續或不規則地上下變動。成因可分為供油不穩、調壓部件異常、油路或油量問題，以及儀表指示故障。
潤滑油規格可舉例為：
- MIL-PRF-23699：常見航空渦輪發動機合成潤滑油規格。
- MIL-PRF-7808：另一種航空渦輪發動機合成潤滑油規格。
實際使用時須依發動機製造商手冊指定的規格、黏度等級及適用條件選用，不可只因符合某一規格便互相替代。
解題方法
題目要求列出四項「原因與解決方法」，作答時宜依照供油系統由油槽、泵、調壓裝置、油路到指示器的順序檢查。每一項都寫清楚「故障原因 → 造成擺盪的機制 → 排除方法」，即可涵蓋故障分析與維修處置。
原因與處置
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油量不足或吸油端吸入空氣 油槽油量不足、吸油管接頭鬆脫或管路漏氣，會使油泵吸入油液與空氣，造成供油不連續及壓力指示擺盪。 **處置：**檢查油量並補充符合規格的潤滑油；檢查吸油管、接頭與密封件，修復漏氣或鬆脫處，再依維修手冊程序確認系統已充油並正常供油。
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油泵磨損或供油能力不穩 油泵齒輪、轉子或泵體磨損，會使泵的輸出流量不穩；泵的驅動部件鬆脫或損壞也會造成間歇供油。