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高考申論題 109年 [航空器維修] 定翼機及旋翼機基本原理

第 一 題

📖 題組:
四、某旋翼機以速度V 前飛(Forward Flight),根據俯視圖設機頭在12點鐘位置、機尾在6點鐘、主旋翼轉速為Ω且以逆時針(Counterclockwise)旋轉、旋翼葉盤(Rotor Disk)半徑為R。請作答下列子題:
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

旋翼最大與最小相對風(Relative Wind)出現在何處?速度分別為何?(8分)

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本題考查旋翼機前飛時的非對稱氣流場特性。考生應利用相對速度的向量疊加原理,結合主旋翼逆時針旋轉的幾何關係,找出前飛速度與旋轉切線速度同向疊加(前進側)與反向抵銷(後退側)的特定方位角及徑向位置。

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【解題思路】利用運動學中的向量疊加原理,分析旋翼旋轉切線速度與直升機前飛速度在不同方位角的合成效應。 【詳解】 一、相對風速模型建立:

小題 (二)

何謂後進側葉片失速(Retreating Blade Stall)?應如何改正之?(12分)

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作答此題應先建立旋翼機前飛時的「相對氣流速度不對稱性」概念,並結合升力公式與揮舞運動(Flapping)解釋為何後進側葉片必須增加攻角。接著,指出當所需攻角超越臨界攻角時引發的氣流分離(失速)現象,最後根據物理參數(前飛速度、空氣密度、旋翼轉速)推導出降低攻角或增加相對動壓的具體改正操作。

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【破題】 「後進側葉片失速(Retreating Blade Stall)」是限制旋翼機最大前飛速度($V_{NE}$)的核心空氣動力學現象,肇因於前飛時旋翼兩側相對氣流不對稱,導致後進側葉片攻角過大而引發氣流分離。 【論述】

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