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高考申論題 106年 [航空駕駛(選試直昇機飛行原理)] 載重平衡

第 一 題

📖 題組:
一、請敘述下列名詞之意涵:(每小題 5 分,共 20 分) (一) 重心極限(Center of gravity limits) (二) 配平狀態(Trim condition) (三) 負載文件(Load manifest) (四) 壓艙油(Ballast fuel)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

重心極限(Center of gravity limits)

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看到此題,應先點出『重心極限』包含前限(Forward limit)與後限(Aft limit),並定義其為允許重心的合法移動範圍。接著必須從空氣動力學角度切入,分別論述重心『超越前限』(阻力增、耗油、機首重)與『超越後限』(縱向不穩定、易失速)對飛安與經濟效益的具體影響。

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「重心極限」(Center of Gravity Limits,簡稱 CG Limits)指飛機在起飛、飛行與降落等各操作階段中,其總重心被製造商允許變動的安全前後範圍,主要由「重心前限」(Forward CG Limit)與「重心後限」(Aft CG Limit)所構成。 物理與氣動力特徵及影響包含: (1) 重心前限:當重心超越前限時,飛機機頭過重,水平尾翼需產生更大的下壓力來維持俯仰平衡。此舉會增加飛機總重量負荷與誘導阻力,導致巡航速度降低、耗油量增加(經濟性降低),且起降時需更大升降舵控制力,可能導致拉機首(Rotate)困難。

小題 (二)

配平狀態(Trim condition)

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看到「配平狀態」,首先要聯想到飛機在特定姿態下,各項空氣動力與重力達到力矩平衡,使飛行員無須持續施力的狀態。作答時必須點出重心(CG)與升力中心(CL)的相對關係(水平尾翼下壓力),並說明其如何影響配平阻力(Trim Drag),進而扣合飛行安全(減輕駕駛疲勞)與經濟效益(後重心較省油)的關聯性。

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【破題】 「配平狀態」(Trim condition)是指飛機在飛行過程中,各項空氣動力與重力矩達到平衡,無需飛行員持續施加控制力,即可保持特定姿態、高度與速度的穩定狀態。 【論述】

小題 (三)

負載文件(Load manifest)

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看到「負載文件(Load manifest)」時,應直指其「法定文件」與「載重平衡最終產物」的雙重性質。答題時須涵蓋其包含的數據內容(如各項重量、重心位置),並強調其在航班起飛前由機長/簽派員確認簽署的安全把關與查核功能。

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「負載文件(Load manifest)」指航空器於每次飛航前,依民航法規要求必須編製、簽署並攜帶之法定載重與平衡紀錄文件。特徵包含:(1)詳列航空器之基本空重、操作空重、客貨載酬(Payload)、各項燃油重量及預估之起飛與降落重量。(2)明列該次航班之重心(CG)位置,並證明其總重與重心均落在飛機飛行手冊(AFM)所規範之安全極限範圍內。(3)需經由簽派員與機長(或授權之裝載管制員)共同確認並簽署,以示對該次航班裝載安全負責。實務應用為地勤裝載作業之最終核對依據、確保飛行操作安全(提供起飛速度及配平計算之基礎),並交由地面留存及機上攜帶,作為後續飛安查核或航空事故調查之重要官方憑證。

小題 (四)

壓艙油(Ballast fuel)

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看到「壓艙油」應立刻聯想到「載重平衡的最後手段」。作答時需點出其操作定義(裝載於特定油箱且禁止消耗的燃油),並從力矩平衡角度解釋其如何將重心拉回安全極限,最後必須補充其對飛行安全(確保縱向穩定度)與經濟效益(增加死重、增加油耗)的雙面影響。

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「壓艙油(Ballast Fuel)」指為使飛機之重心(Center of Gravity, CG)維持在安全的操作極限(CG Limits)內,而額外裝載於特定配重油箱且於該趟飛行中「禁止作為動力消耗」的燃油。特徵包含:(1) 視為死重:在載重平衡計算中,壓艙油不計入可用燃油,而是併入「零油重量(Zero Fuel Weight, ZFW)」中計算。(2) 力矩平衡原理:當飛機客貨分配導致重心超出安全極限(例如重心過後會縮短升力中心與重心距離,降低靜態縱向穩定度,增加失速風險),且無法重新調配實體酬載時,藉由在特定位置油箱注入燃油,利用其重量乘上力臂(Arm)所產生的力矩(Moment),將整體重心強制拉回合格範圍。(3) 經濟性影響:實務應用上,壓艙油確保了起降與巡航的俯仰控制安全,但因增加了飛機總重且無法提供航程動力,會導致產生額外的燃油消耗(燃油載重成本),大幅降低航班的經濟效益,故在飛航簽派與地面勤務中僅作為重量與平衡管理上的最後配平手段。

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