109 高普考高考三級 航空器維修 航空器電氣系統 考古題詳解

一、核心觀念

變壓器依電磁感應原理工作：一次側電流產生的磁通量必須隨時間改變，才能在二次側感應出電壓。因此，變壓器可用於交流電路；穩定直流則不能直接用變壓器改變電壓。

三相交流轉為直流，可使用三相全波橋式整流器。其平均直流輸出電壓與二次側線電壓有效值的關係為

題目未指定 28 V 是電容濾波後的峰值或整流平均值，以下依三相全波整流的平均值計算；並以飛機三相 Y 接的 115 V 為相電壓（相對中性點）。

二、解題方法

（一）變壓器適用於 AC 或 DC？

**交流電路可以使用。**交流電流使磁通量持續改變，一次側磁通量變化會在二次側感應出電壓，並依變壓器圈數比升壓或降壓。

**穩定直流電路不能直接使用。**直流穩定後，磁通量不再改變，二次側便沒有持續感應電壓；直流接通瞬間只會有短暫的變化。直流若要經變壓器變壓，須先經開關電路轉成變動電流。

（二）115 V 三相交流轉為 28 V 直流

採三相 Y-Y 變壓器降壓，二次側接六顆理想二極體組成的三相全波橋式整流器。上排二極體由各相接往正直流母線，下排二極體由負直流母線接往各相。

一次側：三相 Y 接 二次側：三相 Y 接
A ──┐ a ──┬──變壓器──┐
B ──┼── 115 V、400 Hz ────── b ──┼──變壓器──┤
C ──┘ c ──┴──變壓器──┘
 每相圈數比 Np:Ns ≈ 9.60:1

二次側三相全波橋式整流：

a ──|>|──┐
b ──|>|──┼────────────── +28 V DC
c ──|>|──┘ │
 負載
a ──|>|──┐ │
b ──|>|──┼────────────── 0 V（−）
c ──|>|──┘

圖中上排二極體方向為「相線至正端」；下排二極體方向為「負端至相線」。變壓器每相一次側與二次側線圈均採 Y 接。

先由整流公式求二次側線電壓：

核心觀念

本題為航空器電氣系統之經典考題，涵蓋直流供電系統之電容量計算、二次電池（蓄電池）之充電特性與地勤維護規範。考點主要包含：

1. 電池電能與容量公式：

• 電池容量標稱以安培小時（$\mathrm{Ah}$）表示；所儲存之理論總電能 $E$ 為額定電壓 $V$ 與總容量 $C$ 之乘積（單位為瓦小時，$\mathrm{Wh}$）。
• 直流電功率公式：$P = V \times I$。
• 供電時間計算：$t = \frac{E}{P}$ 或 $t = \frac{C}{I}$。
• 飛機系統標準直流匯流排（DC Bus）電壓通常為 $28\ \mathrm{V}$。兩顆 $28\ \mathrm{V}$ 電池若同時直接供應系統，必須採「並聯」方式接入，以維持 $28\ \mathrm{V}$ 系統電壓並使總電容量倍增。

2. 鉛蓄電池充電原理：鉛酸電池在充電過程中，端電壓隨電量增加而上升（反電動勢 CEMF 提高）。不同充電工法主要取決於電源輸出端如何控制電壓與電流之互補關係。
3. 航空鉛蓄電池維護標準：依據美國聯邦航空總署（FAA）AC 43.13-1B 與航空維修手冊（AMM）規範，重點涵蓋電解液比重監測與溫度校正、純水添加時機、電極端子防蝕中和、排氣防爆機制、定期容量測試（$80\%$ 門檻），以及與鹼性（鎳鎘）電池之作業隔離。

解題方法

(一) 直流負載供電時間計算

1. 決定電池組配置與總容量： 飛機直流負載額定電壓為 $28\ \mathrm{V}$，題目指定提供兩顆 $28\ \mathrm{V} / 23\ \mathrm{Ah}$ 電池。為使輸出電壓符合負載需求，兩顆電池必須並聯連接：

• 系統輸出電壓：$V_{\text{sys}} = 28\ \mathrm{V}$
• 總放電容量：$C_{\text{total}} = 23\ \mathrm{Ah} \times 2 = 46\ \mathrm{Ah}$

2. 方法一：電流法（推導負載電流） 負載消耗功率 $P = 100\ \mathrm{W}$，直流負載電流 $I$ 為： $I = \frac{P}{V_{\text{sys}}} = \frac{100\ \mathrm{W}}{28\ \mathrm{V}} = \frac{25}{7}\ \mathrm{A} \approx 3.5714\ \mathrm{A}$

總供應時間 $t$ 為： $t = \frac{C_{\text{total}}}{I} = \frac{46\ \mathrm{Ah}}{\frac{25}{7}\ \mathrm{A}} = \frac{46 \times 7}{25} = 12.88\ \text{小時}$

3. 方法二：電能法（推導總功耗） 單顆電池總能量 $E_1 = 28\ \mathrm{V} \times 23\ \mathrm{Ah} = 644\ \mathrm{Wh}$。 兩顆電池總能量： $E_{\text{total}} = 644\ \mathrm{Wh} \times 2 = 1288\ \mathrm{Wh}$

在負載為 $100\ \mathrm{W}$ 時，可供應時間 $t$ 為： $t = \frac{E_{\text{total}}}{P} = \frac{1288\ \mathrm{Wh}}{100\ \mathrm{W}} = 12.88\ \text{小時}$

4. 時間單位換算： $12.88\ \text{小時} = 12\ \text{小時} + (0.88 \times 60)\ \text{分鐘} = 12\ \text{小時}\ 52.8\ \text{分鐘} \approx 12\ \text{小時}\ 53\ \text{分鐘}$（或約 $12.9\ \text{小時}$）。

(二) 鉛蓄電池的三種充電方法說明

航空器維修與地面電氣工場（Battery Shop）針對鉛蓄電池常用的三種充電方法如下：

1. 定電壓充電法（Constant-Voltage / Constant-Potential Charging Method）：

• 原理與特性：充電器輸出端維持固定電壓（通常為每槽約 $2.35\ \mathrm{V} \sim 2.45\ \mathrm{V}$，對應飛機 $24\ \mathrm{V}$ 鉛酸電池系統之充電電壓設定為 $28\ \mathrm{V} \sim 28.5\ \mathrm{V}$）。
• 充電過程：在電池放電完全初期，由於電池反電動勢低，充電初始電流極大；隨著電量回充、電池端電壓上升，充電電流會自動逐步衰減至微小電流，具備自我調節特性，不易發生過充。
• 應用場合：機載發電機／交流發電機整流系統之標準充電模式。

2. 定電流充電法（Constant-Current Charging Method）：

• 原理與特性：在整個充電過程中，透過手動調節或電路回授控制充電器輸出電壓，強迫充電電流全程維持在固定數值（通常取額定容量之 $0.1\mathrm{C}$，即 $10$ 小時充電率）。
• 充電過程：隨著電池荷電量提高，充電器電壓必須相應調高；當充至末期電解液劇烈產生氣體（冒泡出氣）且比重不再上升時即停止充電。此法充電時間長，若無專人監控易造成電解液過熱及水分電解流失。
• 應用場合：地面電池工場（Battery Shop）的定檢保養、深度充電、去硫化處理或串聯多顆電池進行均等充電。

3. 浮充／涓流充電法（Float / Trickle Charging Method）（或稱兩階段／定電流-定電壓混和充電法）：

• 原理與特性：先以微小定電流（通常為 $0.01\mathrm{C} \sim 0.03\mathrm{C}$）或維持略高於電池開路端電壓的精準浮充電壓（每槽約 $2.25\ \mathrm{V}$），抵消鉛蓄電池的內部自放電效應。
• 充電過程：維持在極小電流下長時持續充電，不使電解液劇烈發熱或失水，使電池能長效保持在 $100\%$ 飽足容量狀態。
• 應用場合：長期存放於庫房的備用電池、機庫地面待命航空器之維護保養。

(三) 鉛蓄電池的維護要點說明

依據民用航空器標準維修作業規範，鉛蓄電池維護必須確實執行下列核心項目：

1. 電解液液位檢查與純水添加原則：

• 嚴禁在放電狀態下補水：電池在充電狀態下電解液體積會膨脹。若在未充飽時加水至刻度，充電後將導致強酸電解液溢流；因此必須在電池充飽電後，方可進行液位判定與補充。

核心觀念

本題考的是外部交流地面電源如何接入飛機配電系統：地面電源車（GPU）提供三相交流電，經飛機外部電源插座及控制保護裝置接入交流匯流排；交流負載由交流匯流排供電，直流負載則由變壓整流器（TRU）將交流電轉為直流電後供應。

題目未指定機型，因此以下採用一般航空器的簡化架構。實際匯流排數量、接觸器配置及可供電負載，會依機型而異。

解題方法

沿電力傳遞方向作圖：先畫出地面電源車及外部電源插座，再接上電源監控與保護、外部電源接觸器，最後接至交流匯流排。由交流匯流排分出交流負載支路，以及經 TRU 供應直流匯流排的支路。

方塊圖

地面電源車（GPU）
三相交流電源
115/200 V、400 Hz
 │
 ▼
飛機外部電源插座
 │
 ▼
外部電源監控與保護
（電壓、頻率、相序等）
 │ 確認電源合格並收到接通指令
 ▼
外部電源接觸器
（具發電機隔離／防並聯互鎖）
 │
 ▼
交流匯流排 ─────────────► 交流負載
 │
 ▼
變壓整流器（TRU）
三相交流電轉為直流電
 │
 ▼
直流匯流排 ─────────────► 直流負載
 │
 └────────────────► 電池充電支路（依機型配置）

若飛機採分離式交流匯流排，可在交流匯流排間加畫匯流排聯絡接觸器；外部電源模式下哪些匯流排接通，依該機型的配電設計而定。

各方塊功能

核心觀念

本題評量航空器電氣系統中「燈光照明系統（ATA Chapter 33: Lights）」之系統架構、光學與電氣特性、以及維護與操作限制。涉及的核心觀念與規範包含：

1. 航空器照明系統三大分類：依據民航法規（如交通部民用航空局《航空器飛航作業管理規則》AOR、美國 FAA 14 CFR Part 23 / Part 25 精神）與飛機維護手冊（AMM）標準規範，全機照明劃分為「外部照明（Exterior Lights）」、「內部照明（Interior Lights）」及「應急照明（Emergency Lights）」。
2. 光學與發光特性：著陸燈與滑行燈在光通量（Luminous Flux）、光束角（Beam Spread）、照距（Range）之物理差異，以及對應的飛行階段需求。
3. 電氣與熱力學運轉限制：大功率白熾／密封光束（Sealed-beam）及高強度氣體放電（HID）燈具之冷態電阻與湧浪電流（Inrush Current）、空氣動態冷卻（Slipstream/Ram Air Cooling）要求，以及對地勤人員與機組員之防眩目與防爆安全。

解題方法

本題為高普考三等工程類科典型之記憶與實務整合型申論題，採下列層次切入解題：

1. 子題 (一) 體系化分類：以「安裝位置、功能用途及電力備援等級」切入，明確區分外部、內部與應急三大系統，並列舉關鍵子燈組以充實內涵，展現對全機 ATA 33 章節的掌握度。
2. 子題 (二) 橫向對比法：將著陸燈與滑行燈之「任務目的」分述後，自「光束角度（焦距）」、「額定功率」、「安裝位置」與「冷卻依賴」四個維度製作對照矩陣，利於閱卷評分。
3. 子題 (三) 多維度限制分析：從「熱積蓄與地面運轉限制」、「電氣湧浪負載」、「氣動力學與空速限制」、「光學散射與眩光危害」、「拆裝維護人身安全」五大面向全面列舉著陸燈之注意事項。

解題技巧與常見陷阱

1. 分類盲點：切忌將燈光依「交流供電／直流供電」或「白熾燈／LED 燈」分類。考選部標準答案是以功能與裝機區域劃分的「外部照明」、「內部照明」、「應急照明」三大類。
2. 光學混淆：

• 著陸燈追求「照得遠」：光束夾角窄（約 $5^\circ \sim 15^\circ$），聚焦於跑道接地區（Touchdown zone）。
• 滑行燈追求「照得廣」：光束夾角寬（約 $30^\circ \sim 50^\circ$），覆蓋兩側滑行道邊線（Taxiway edge）。

3. 地表操作陷阱（必考點）：高功率傳統密封光束著陸燈在地面缺乏迎風氣流冷卻時極易燒損，此為航空維修人員必須熟記的經典限制。
4. 答題結構化：申論題條列各點時務必搭配專業英文術語（如 Sealed-beam、Inrush Current、Squat Switch），提升作答專業度。

【答案】

(一) 飛機燈光照明系統主要分類共有哪三種？

飛機燈光照明系統依據安裝區域、使用目的及電力安全等級，主要分為下列三大類：

1. 外部照明系統（Exterior Lighting System）

• 定義與功用：安裝於飛機機身外表面，用於提供飛行員在夜間或低能見度天候下的跑道與地面照明、確保飛機在空中與地面的目視辨識度，以及監控機翼積冰狀態。
• 代表燈具：著陸燈（Landing Lights）、滑行燈（Taxi Lights）、航行／位置燈（Navigation/Position Lights，左紅、右綠、尾白）、防撞燈（Anti-Collision Lights，包含紅色閃光標燈 Beacon 與白色高亮度閃光燈 Strobe）、機翼與發動機檢視燈（Wing and Engine Scan/Ice Inspection Lights）、標誌燈（Logo Lights）。

2. 內部照明系統（Interior Lighting System）

• 定義與功用：安裝於封閉艙間內部，用於提供機組人員監控儀表、執行飛行操作，以及提供客艙乘客舒適便利的照明環境。
• 代表燈具：
• 駕駛艙（Flight Deck）：儀表板背光（Panel Lights）、主儀表泛光燈（Floodlights）、地圖閱讀燈（Map Lights）、風暴照明燈（Storm Lights）。
• 客艙與服務區（Cabin & Service Areas）：客艙天花板與側壁主照明燈、旅客個別閱讀燈（Passenger Reading Lights）、廚房（Galley）與盥洗室（Lavatory）照明、貨艙照明（Cargo Compartment Lights）。

3. 應急照明系統（Emergency Lighting System）

• 定義與功用：獨立於主電氣系統之外，配置專屬備用蓄電池（EPSU，Emergency Power Supply Unit）。當主電源失效或發生迫降事故時，自動或手動啟動，引導機內人員迅速尋找逃生路徑與出口。