115 高普考高考三級 航空器維修 航空儀電系統 考古題詳解

核心觀念

本題考查民航 VHF 與 HF 通信的三項差異：頻率範圍、傳播方式、機載使用情境。判斷重點在於：VHF 主要靠視距傳播，適合近距離、穩定的空地通信；HF 可藉電離層反射傳播至遠方，適合遠洋及偏遠地區的長距離通信。

民航航空移動通信常用的 VHF 頻段約為 118–137 MHz；航空 HF 通信常用頻率約在 2.8–22 MHz 範圍內，實際使用頻率依航路、時段及無線電配置而定。波長與頻率的關係為：

其中 $\lambda$ 為波長、$c$ 為電磁波在自由空間中的傳播速度，約為 $3\times10^8\ \text{m/s}$，$f$ 為頻率。頻率愈高，波長愈短；因此 VHF 波長短於 HF。

解題方法

依「頻率高低 → 傳播途徑 → 覆蓋距離與用途」整理即可。頻率本身不是唯一判準，還要把波如何傳播，連結到飛機所處的航路環境與通信需求。

核心觀念

本題考查兩種高度表的量測物理量與高度基準面，以及無線電高度表執行環路自我檢測時，如何用內部測試訊號確認系統功能。

• 氣壓高度表：由靜壓系統取得周圍大氣靜壓，利用壓力與高度的關係換算高度。讀值取決於所設定的氣壓基準，常見基準包括標準氣壓、海平面氣壓設定及場站氣壓。
• 無線電高度表（Radio Altimeter／Radar Altimeter）：發射電波並接收地面反射訊號，依發射與回波的時間或頻率差計算飛機至地面的距離，讀值是飛機正下方地形的離地高度（AGL）。

因此，氣壓高度表量的是相對於氣壓基準換算出的高度；無線電高度表量的是飛機與下方地表之間的幾何距離。兩者的數值不能直接視為同一種高度。

解題方法

先由「感測來源」判斷量測原理，再由「零點在哪裡」判斷基準面，最後說明環路測試所驗證的訊號路徑。

一、量測原理與基準面的差異

氣壓高度表的感測元件會隨靜壓改變而產生位移或電訊號，再透過刻度或運算關係顯示高度。其讀值不是直接量得飛機到地面的距離；調整氣壓設定，也會改變高度指示。氣壓高度表所表示的高度，須連同設定的基準一起解讀。

現代民航機的無線電高度表通常採用**調頻連續波（FMCW）**原理。發射頻率隨時間改變；地面反射訊號因往返傳播而延遲，接收時便與當下發射訊號有頻率差。若掃頻率為 $S$，回波延遲為 $\tau$，拍頻為 $f_b$，則：

因此高度為：

核心觀念

本題考查自動駕駛系統的高度回授控制：系統量測飛機實際高度，與高度保持模式啟動時所記錄的目標高度比較，依高度誤差修正俯仰姿態，再透過升降舵伺服機構改變飛機俯仰，使高度誤差逐漸縮小。

俯仰通道的基本閉迴路關係可表示為：

其中：

• $h_{\text{ref}}$：目標高度，通常在高度保持模式接通時取當時高度。
• $h_{\text{actual}}$：高度感測器量得的實際高度，通常來自氣壓高度資料。
• $e_h$：高度誤差，定義為 $e_h=h_{\text{ref}}-h_{\text{actual}}$

若 $e_h>0$，表示飛機低於目標高度，控制器會命令適當的抬頭修正；若 $e_h<0$，表示飛機高於目標高度，控制器會命令低頭修正。實際控制器也會利用垂直速度、俯仰姿態等訊號，使修正平順並減少高度超越或振盪。

解題方法：依訊號流程說明閉迴路

1. 選擇高度保持模式並設定目標值 飛行員接通高度保持模式時，系統將當時高度鎖定為 $h_{\text{ref}}$。若飛機正在爬升或下降，模式轉換時會先修正垂直運動，再進入穩定保持；其具體模式邏輯依機型而異。

2. 量測實際高度 氣壓高度資料送入自動駕駛飛行控制電腦（FCC）或自動駕駛控制器。系統持續取得 $h_{\text{actual}}$，而非只在模式接通時量測一次。

3. 比較目標高度與實際高度 比較器形成高度誤差： $e_h=h_{\text{ref}}-h_{\text{actual}}$

核心觀念

本題考查兩種航電資料匯流排在誰能發送、訊號如何連接，以及如何取得傳輸權上的差異。

• ARINC 429 是單向、單一發射端的匯流排：一條匯流排上只有一個發射器，可將資料送給多個接收器。
• ARINC 629 是雙向、多重發射端的共享匯流排：多個終端共用同一條匯流排，各終端都能發送與接收資料，並以分散式存取規則避免傳輸衝突。

解題方法

先比較兩者的拓撲，再說明各自如何傳輸：

1. 確認發射器數量及資料方向：這決定拓撲是單向的單發射端，還是多終端共享。
2. 確認終端如何連接：ARINC 429 是發射器分送到多個接收器；ARINC 629 則是多個終端接在共同匯流排上。
3. 說明傳輸權如何取得：ARINC 429 不需多個發射端競爭；ARINC 629 則由各終端依匯流排活動狀態及計時規則判斷何時能傳送。

拓撲結構與工作原理

ARINC 429：單向、單一發射端

一條 ARINC 429 匯流排由一個發射器向一個或多個接收器傳送資料。接收器可以監聽同一來源的資料，但不能沿同一條匯流排反向回傳；若系統需要回傳資料，須另設一條反向傳輸路徑。

核心觀念

慣性參考系統（Inertial Reference System, IRS）在起飛前必須完成校準（Alignment），目的是建立飛機的初始姿態與導航基準。系統須先知道機體各軸相對於本地導航座標系的方向，才能把陀螺儀與加速度計量得的機體座標資料，轉換成導航所需的速度、位置與航向資訊。

校準主要利用兩種物理量：

• 陀螺儀量測地球自轉角速度：地球自轉提供真北方向的參考。
• 加速度計量測重力所形成的比力方向：在飛機靜止時，可據此建立本地垂直方向，進而確定本地水平面。

校準也會用已輸入的位置（尤其是緯度），將感測器量值與地球模型比對，求得初始姿態並補償感測器偏差。

解題方法

題目分成兩部分作答：先說明為何起飛前要校準，再說明系統如何取得地球自轉軸與本地水平面的方向。

一、為何起飛前必須校準

IRS 的陀螺儀與加速度計量測的是相對機體座標軸的角速度與比力。若未先確認機體的初始姿態，系統便無法正確判斷這些量在地理座標系中的方向，後續計算的航向、速度及位置也會產生誤差。

校準時，系統建立機體座標系與本地導航座標系之間的初始方向關係，並估算或補償陀螺儀漂移、加速度計偏差等誤差。完成後，IRS 才能從已知初始條件開始積分角速度與比力，提供導航資料。

二、如何確定地球自轉軸與本地水平面

（一）利用地球自轉確定真北

陀螺儀在飛機靜止時量測地球自轉角速度。地球自轉角速度大小約為

在緯度 $\phi$ 處，以北、東、地心向下（NED）為座標軸，地球自轉角速度向量可表示為