109 高普考高考三級 航空駕駛(選試直昇機飛行原理) 載重平衡 考古題詳解

核心觀念

載重—航程圖呈現酬載與航程的取捨。計算酬載時，須先分清楚空重、燃油與酬載：

• $\mathrm{OEW}$ 是營運空重，包含飛機營運所需的設備與項目；酬載是乘客、行李、貨物等營收載重。
• $\mathrm{BEW}$ 是製造商基本空重，與 $\mathrm{OEW}$ 的涵蓋項目不同。計算本題的酬載時，應以 $\mathrm{OEW}$ 為基準。
• $\mathrm{MZFW}$ 限制無燃油時的最大重量；$\mathrm{MTOW}$ 限制起飛重量；$\mathrm{FW}$ 是不含滑行油的燃油槽容量重量。

解題方法

A 點：最大酬載

A 點受最大零燃油重量限制。飛機無燃油時，重量由營運空重與酬載組成：

因此：

C 點：燃油槽容量限制開始生效

C 點代表已達燃油槽容量限制；依圖示的典型載重—航程圖，C 點同時以最大起飛重量作為重量基準。起飛重量由營運空重、酬載及燃油構成：

因此：

核心觀念

本題考查航空器的靜穩定性、操控性，以及重心位置對飛行配平與燃油消耗的影響。判斷時先區分兩個問題：

• 穩定性：航空器受擾動後，是否會自行產生回復趨勢。
• 操控性：飛行員能否透過操縱裝置，使航空器按需要改變姿態或飛行狀態。

重心（Center of Gravity, CG）與升力中心（Center of Lift, CL）的相對位置會影響氣動力矩。對一般固定翼飛機而言，縱向穩定分析也常以平均氣動弦（Mean Aerodynamic Chord, MAC）及中性點（Neutral Point）描述；升力中心會隨迎角等條件改變，因此不宜把 CG 與升力中心的相對位置視為所有飛行狀態下都固定不變。

（一）穩定性與操控性的涵義

穩定性（Stability）

穩定性是航空器受到外界擾動後，對原有平衡狀態的反應能力。以縱向姿態為例，若陣風使飛機迎角增加，航空器能否產生使迎角減小的力矩，便是判斷縱向穩定性的重點。

• 靜穩定性（Static Stability）：擾動發生後，航空器最初產生的趨勢。若力矩使航空器回向原平衡狀態，為正靜穩定；若偏離原狀態，為負靜穩定；若沒有初始回復或偏離趨勢，為中性靜穩定。
• 動穩定性（Dynamic Stability）：擾動後航空器隨時間的運動變化。振盪或偏差逐漸減小，為動穩定；逐漸增大，為動不穩定；維持不變，為動中性穩定。

因此，靜穩定性描述「一開始往哪裡動」，動穩定性描述「之後隨時間如何變化」。

操控性（Controllability）

操控性是飛行員透過操縱桿、方向舵、升降舵等操縱裝置，能否使航空器產生所需的姿態或飛行狀態變化，以及變化是否足夠、靈敏且可預期。操控性良好的飛機應能在可接受的操縱力與行程內，完成爬升、下降、轉彎及配平等操作。

穩定性與操控性並非同一概念：穩定性著重於航空器受擾後的自然反應；操控性著重於飛行員能否主動改變其狀態。

（二）重心與升力中心對穩定性及操控性的影響

解題方法與力矩觀念

以一般固定翼飛機的縱向運動說明。升力作用線與重心若不在同一位置，就會形成力矩，其大小可用下式概念表示：

其中 $L$ 為升力，$d$ 為升力作用線至重心的力臂。力矩方向取決於作用點位於重心前方或後方，以及升力方向。

重心在升力中心前方

當重心位於升力中心前方，升力通常在重心後方作用，會產生使機頭上仰的力矩。飛機的水平尾翼須提供相應的配平力矩，常見情況是尾翼產生向下作用力，以平衡機翼與機身的力矩。

核心觀念

本題考核飛機重量限制與酬載的計算。酬載是飛機可用於載運旅客、行李及貨物的重量；計算時須同時符合最大零燃油重量、最大起飛重量及最大降落重量等限制。

• 最大結構酬載：在不超過最大零燃油重量（Max Zero-Fuel Weight, MZFW）的前提下，可增加的最大酬載。
• 任務酬載：加入該航線所需燃油後，還能攜帶的酬載；須同時滿足起飛與降落重量限制。
• 題目提供的 Operational Empty Weight（OEW）是任務重量計算的空重基準；Basic (Manufacturer) Empty Weight 是製造商基本空重，不能取代 OEW 作為本題任務計算基準。

（一）最大結構酬載

最大結構酬載受最大零燃油重量限制：

代入題目數值：

因此，該機在結構上所能承受的最大酬載為 47,200 LBs。

（二）特定航線任務酬載

解題方法

任務起飛重量由 OEW、酬載與起飛燃油組成；任務降落重量則再扣除航程中消耗的 Trip Fuel。起飛重量不得超過最大起飛重量，降落重量不得超過最大降落重量，酬載也不得超過最大結構酬載。

起飛重量限制所容許的酬載：

降落重量限制所容許的酬載：

航線任務酬載取上述限制與最大結構酬載三者中的最小值。

計算

核心觀念

飛機稱重時，應依該機維修手冊指定的水平基準面或水平基準點調平。水平狀態是計算縱向重心的基準；飛機傾斜時，各起落架秤重點所受的支撐反力會改變，因此雖可得到秤上讀數，卻不能直接當成水平狀態下的讀數來計算重心。

飛機總重量為各秤重點淨重量之和，縱向重心則由總力矩除以總重量求得：

其中 $W_i$ 是各秤重點扣除墊板等皮重後的淨重量，$x_i$ 是該秤重點相對基準面的縱向距離。

（一）停放位置不水平時的誤差及理由

• 飛機重量：​理想靜力條件下，各支撐點反力的垂直分量總和仍等於飛機重量，因此理論上總重量不因飛機傾斜而改變。不過，實際稱重時，秤具、墊板和支撐面的傾斜可能造成秤具讀值誤差；因此秤得的總重量仍可能有誤差。
• 縱向重心位置：​會產生誤差，且誤差方向取決於飛機前後傾斜方向及重心高度。飛機傾斜會改變各起落架支撐反力，若仍使用水平狀態的秤重點力臂計算力矩，所得重心便不代表水平基準下的縱向重心。一般而言，重心高於支撐點平面時，機頭上仰會使計算重心偏後，機頭下俯則使計算重心偏前。

因此，不能只以「各秤讀數相加」推論不水平時的重量與重心都沒有誤差；重量的理論合力與實際秤具讀值，以及重心計算所依據的力臂，須分別判斷。

（二）量測稱重位置是否水平

先查該機維修手冊，確認指定的水平基準點或基準面。再依手冊指定位置使用水平儀（氣泡水平儀），或使用手冊認可的量測方法，檢查飛機的縱向及必要的橫向水平狀態；