普考申論題 108年 [航空器維修] 旋翼機原理

第一題

📖 題組：
針對一架正處在懸停滯空（hovering）狀態的旋翼機，試回答下列問題：

📝 此題為申論題，共 2 小題

小題 (一)

如何從該旋翼機的懸停姿態判斷其重心位置是屬於「重心位置適中」、「重心位置過前」以及「重心位置過後」等三種情況？本題須配合以繪製簡圖的方式輔助說明之。（10 分）

本題測驗直升機靜力平衡與旋翼動力學。懸停時直升機必須滿足力矩平衡，即主旋翼推力向量的延長線必須通過直升機重心。考生應從飛行員為對抗重心偏移而改變旋翼盤面傾角（操縱週期距）的物理現象切入，推導出機身俯仰姿態的變化，並以文字清晰描述力向量與機身的幾何圖形關係。

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【破題】直升機處於懸停（Hovering）狀態時，為維持力矩平衡，主旋翼的總推力向量作用線必須精準通過機身重心（CG）。因此，縱向重心的偏移將直接反映在旋翼盤面的傾斜需求上，進而改變機身整體的俯仰（Pitch）姿態。【論述】

當重心位置持續在「重心位置過前」與「重心位置過後」等兩種情況下持續飛行，飛行員可能會面臨怎樣的不利情況？（10 分）

看到此題，應先聯想直升機的「力矩平衡」與「操縱裕度（Control Margin）」。思考：重心偏移會產生哪種俯仰力矩？飛行員為了抵銷此力矩，必須往哪個方向推拉駕駛桿（週期距控制）？當該方向的操縱行程被大量消耗後，在遇到特殊飛行狀況（如陣風、減速、自轉降落）時會發生什麼致命危險。

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【破題】直升機的重心（CG）位置決定了旋翼推力向量與機身重力之間的力矩平衡。當重心超出容許極限持續飛行時，為了維持姿態，將大量消耗週期距駕駛桿（Cyclic stick）的操縱行程餘裕（Control margin），進而在遭遇突發狀況時失去姿態控制能力。【論述】