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普考申論題 110年 [航空器維修] 航空發動機概要

第 一 題

📖 題組:
關於扇型發動機(Turbofan),請回答下列問題:
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

請定義扇型發動機之旁通比?(10 分)

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作答時應先明確給出旁通比的物理定義與數學比例(冷氣流質量流率 ÷ 熱氣流質量流率)。接著,身為航空工程從業人員,必須結合流體力學中的動量定理與推進效率觀念,補充說明高旁通比對發動機耗油率(TSFC)、推力貢獻分配及噪音抑制的實務影響,以獲取完整分數。

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「旁通比」(Bypass Ratio, BPR)指在燃氣渦輪扇發動機(Turbofan Engine)中,未進入發動機核心(即不經過高壓壓氣機、燃燒室與高壓渦輪段),僅流經風扇與外罩旁通道之「冷空氣質量流率」(m_cold),與流經發動機核心參與布雷頓熱力循環(Brayton Cycle)之「熱空氣質量流率」(m_hot)兩者間的比例。 數學定義為:旁通比 = m_cold / m_hot。 其氣動力設計與熱力學意義之特徵包含:

小題 (二)

發動機之 EPR(engine pressure ratio)儀表是指那兩處的壓力比值?(10 分)

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看到 EPR(發動機壓力比),應直覺聯想其為燃氣渦輪發動機推力的主要指示參數。利用熱力循環「輸出與輸入」的概念,並結合航空發動機標準站位編號(Station numbers),即可精確指出是「渦輪段排氣總壓」與「壓縮段進氣總壓」的比值。

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【破題】發動機壓力比(Engine Pressure Ratio, EPR)儀表所指示的,是發動機「渦輪排氣總壓」與「壓縮機進氣總壓」兩處的壓力比值。 【論述】 一、量測站位定義

小題 (三)

請寫出布萊頓(Brayton)循環的四個熱力循環過程。(10 分)

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看到布萊頓循環,應立刻聯想燃氣渦輪發動機的理想熱力學模型(P-v圖與T-s圖)。解題時須將抽象的熱力學變化(等熵、等壓)精確對應至發動機的四大實體作動區段(壓縮機、燃燒室、渦輪、排氣),並點出壓力與溫度的相對變化。

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【破題】布萊頓循環(Brayton Cycle)為燃氣渦輪發動機(包含扇型發動機 Turbofan)之理想熱力學循環模型,其核心由兩個等熵過程與兩個等壓過程所構成。 【論述】 一、過程 1-2:等熵壓縮(Isentropic Compression)

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