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高考申論題 109年 [航空駕駛(選試直昇機飛行原理)] 航行學

第 一 題

📖 題組:
請回答下列各小題。(每小題4分,共40分) (一)真北與磁北之夾角稱為? (二)全球定位系統(Global Positioning System, GPS)之工作原理以及特性為何? (三)氣動式空速錶可提供何種資訊? (四)飛機F/D(flight director),A/P(autopilot)系統姿態資料來自於何處? (五)當一航空器在晴空萬里且地障平坦之5000呎上空時,VHF無線電通話範圍大約為多遠? (六)羅盤卡(compass card)顯示於何儀表? (七)飛機VOR/LOC偏航(deviation bar)顯示於何儀表? (八)測量地圖距離時,緯度之每一分之距離為多少? (九)ACARS之英文全名為何? (十)RVR之英文全名為何?
📝 此題為申論題,共 10 小題

小題 (一)

真北與磁北之夾角稱為?

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看到此題應直接聯想地球磁場與地理網格座標系統的物理差異。在航行推算中,必須將羅盤感測到的磁北參考轉換為地圖上的真北參考,這兩者之間的角度差即為基礎導航名詞。

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「磁偏角」(Magnetic Variation 或 Magnetic Declination)指真北(地理北極)與磁北(地球磁場北極)之間的水平夾角。特徵包含:(1)其數值會隨地球上的地理位置與時間不同而產生變化;(2)具方向性,分為偏東(East)與偏西(West)。實務應用為飛航推算定位(Dead Reckoning)時,作為真航向(True Heading)與磁航向(Magnetic Heading)之間的轉換補償誤差值,以確保航機能正確沿航空圖表上之真北航線飛行。

小題 (二)

全球定位系統(Global Positioning System, GPS)之工作原理以及特性為何?

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看到 GPS 工作原理,首要想到的核心概念是「偽距測量」與「三維三角定位」,並強調解算三維座標及時間誤差所需的最少衛星數(4顆)。特性部分則需從導航系統的性能指標(精度、覆蓋率、限制)切入,並帶入與其他感測器融合的實務見解。

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【破題】全球定位系統(GPS)是一種基於中軌道衛星的被動式絕對導航系統,透過量測無線電訊號的傳播時間來計算接收機之空間位置。 【論述】 一、工作原理

小題 (三)

氣動式空速錶可提供何種資訊?

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看到「氣動式空速錶」,應聯想到皮托-靜壓系統(Pitot-Static System)的伯努利定律應用,透過測量動壓來計算速度。答題時除了指出最直接的測量結果(指示空速 IAS)外,也可補充儀表板上常見的速度限制色帶資訊,使答案更完整。

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「氣動式空速錶」主要提供航空器的指示空速(Indicated Airspeed, IAS)。其原理為利用皮托-靜壓系統測量總壓與靜壓之差值(即動壓),並將其轉換為速度顯示。 實務應用上,其儀表表面通常還會標示不同顏色的色弧與標線(如白弧、綠弧、黃弧及紅線),提供飛行員各階段的操作速度限制資訊(包含失速速度、最大襟翼伸展速度、正常操作速度範圍,以及絕不可超越速度 Vne 等)。

小題 (四)

飛機F/D(flight director),A/P(autopilot)系統姿態資料來自於處?

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考生看到此題應聯想飛機飛控系統的硬體架構與感測器資料流。F/D 與 A/P 需要精確且連續的三軸姿態(俯仰、滾轉、偏航)來計算並下達飛控指令,因此核心在於指出負責感測與解算飛機空間姿態的導航儀器或感測器融合系統。

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飛機 F/D(飛行導引儀)與 A/P(自動駕駛)系統的姿態資料主要來自於慣性基準系統(Inertial Reference System, IRS)或姿態航向參考系統(Attitude and Heading Reference System, AHRS)。傳統或小型飛機則來自垂直陀螺儀(Vertical Gyro)。 實務應用上,這些系統利用加速度計與雷射/微機電陀螺儀進行感測器融合(Sensor Fusion),持續計算並輸出高精確度、高更新率的俯仰(Pitch)、滾轉(Roll)與航向(Heading)等姿態資訊給飛航控制電腦。

小題 (五)

當一航空器在晴空萬里且地障平坦之5000呎上空時,VHF無線電通話範圍大約為多遠?

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看到 VHF (極高頻) 無線電通話範圍,應立刻聯想到其「視線傳播 (Line of Sight)」的物理特性。利用無線電視距經驗公式 D ≈ 1.23 × √H (D 為海里,H 為英呎) 即可推算出最大通訊距離。

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【解題關鍵】利用 VHF 視線傳播(Line of Sight)的經驗公式:D = 1.23 × √H 進行計算。 【解答】 計算:

小題 (六)

羅盤卡(compass card)顯示於何儀表?

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看到這題,首先回想飛機駕駛艙中提供「航向資訊」的基礎飛行儀表。羅盤卡帶有360度的方位刻度,最傳統存在於磁羅盤中,而現代或進階飛機則將其顯示於航向指示器或整合型導航顯示器上。

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「羅盤卡(compass card)」主要顯示於磁羅盤(Magnetic Compass)以及航向指示器(Heading Indicator / Directional Gyro)。 在現代飛機的整合式航電系統中,羅盤卡的資訊亦會結合其他導航數據,顯示於水平狀態指示器(Horizontal Situation Indicator, HSI)或導航顯示器(Navigation Display, ND)上,以提供駕駛員精確的即時航向與方位資訊。

小題 (七)

飛機VOR/LOC偏航(deviation bar)顯示於何儀表?

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看到此題應先聯想傳統飛航儀表與現代玻璃座艙的差異。傳統儀表專門顯示 VOR/LOC 偏航的是航向偏差指示儀(CDI),而現代航電系統則將其整合顯示於水平狀態指示儀(HSI)或主飛行顯示器(PFD)上。

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飛機的 VOR/LOC 偏航(deviation bar)主要顯示於「航向偏差指示儀」(Course Deviation Indicator, CDI)或「水平狀態指示儀」(Horizontal Situation Indicator, HSI)上。 在現代配備電子儀表(玻璃座艙)的航空器中,此偏航資訊則被整合顯示於「主飛行顯示器」(Primary Flight Display, PFD)下方的羅盤視窗,或是「導航顯示器」(Navigation Display, ND)之中。

小題 (八)

測量地圖距離時,緯度之每一分之距離為多少?

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看到此題應立刻聯想航空與航海中距離單位「海浬(Nautical Mile)」的幾何定義。地球大圓上緯度每一角分的弧長即對應為1海浬,這是導航圖表測距的核心基礎。

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測量地圖距離時,緯度之每一分(1 minute of latitude)的距離為 1海浬(Nautical Mile, NM)。 在航空與航海導航中,1海浬的幾何定義即為地球大圓上1角分的弧長(國際標準定義為 1852 公尺)。實務上,駕駛員或領航員在測量航圖距離時,會使用分規量取圖上兩點距離,再移至圖表左右兩側的緯度尺規上讀出對應的「分」數,藉此直接得出海浬數。

小題 (九)

ACARS之英文全名為何?

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看到 ACARS,應聯想到現代商用航空器使用的數位資料鏈路系統,主要用於飛機與地面站之間的文字訊息與資料傳輸。作答時直接寫出其精確的英文全稱,並可簡述其功能以展現對航行通訊系統的理解。

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ACARS 的英文全名為 Aircraft Communications Addressing and Reporting System(航空器通訊尋址與報告系統)。 它是一種數位資料鏈路系統,特徵包含:(1) 透過甚高頻(VHF)或衛星通訊(SATCOM)進行傳輸;(2) 可自動或手動發送航機狀態、氣象資訊及系統維護數據;(3) 降低飛行員語音通訊的工作負荷。 實務應用為航空公司簽派中心與航機間的營運管理通訊,以及部分飛航管制資料之傳遞(如起降時間、飛機性能數據等)。

小題 (十)

RVR之英文全名為何?

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看到 RVR,應立即聯想航空氣象與機場儀器起降標準中的關鍵指標,即「跑道視程」。此題單純測驗考生對基本航空與導航縮寫的熟悉度。

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「RVR」之英文全名為 Runway Visual Range(跑道視程)。

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