高考申論題 110年 [航空器維修] 定翼機及旋翼機基本原理

第一題

📖 題組：
關於失速（stall），試回答下列問題： (一)依飛行姿態與氣流間的關係，說明定翼機在何種飛行狀態下會發生失速。（10 分） (二)根據前述失速發生之原因，論述定翼機在飛行時發生「尾旋（spin）」現象的原因。（10 分）

📝 此題為申論題，共 2 小題

小題 (一)

依飛行姿態與氣流間的關係，說明定翼機在何種飛行狀態下會發生失速。（10 分）

本題測驗失速的空氣動力學核心概念。作答時應先定義「攻角（Angle of Attack）」並點出「臨界攻角」為失速的唯一判斷標準；接著運用流體力學的邊界層理論，解釋高攻角下「逆壓梯度」造成的氣流分離現象；最後再將此微觀氣流物理現象連結至巨觀的飛機姿態（如低速高仰角或大載荷機動）。

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【破題】定翼機發生失速（Stall）的唯一決定性空氣動力學因素，在於機翼的「攻角（Angle of Attack）」超過了「臨界攻角（Critical Angle of Attack）」，導致機翼表面的氣流發生嚴重的邊界層分離，使升力急遽下降。【論述】

根據前述失速發生之原因，論述定翼機在飛行時發生「尾旋（spin）」現象的原因。（10 分）

看到「尾旋（Spin）」，必須立刻聯想到「非對稱失速（Asymmetric Stall）」與「自轉（Autorotation）」的空氣動力耦合機制。解題時應先指出飛機在失速邊緣發生偏航時，兩側機翼『有效攻角』的差異，再解釋此差異如何造成升力與阻力的極度不平衡，進而產生持續的滾轉與偏航力矩。

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【破題】尾旋（Spin）在飛行力學上被定義為一種「伴隨自轉的非對稱失速（Asymmetric Stall）」狀態。其發生原因源於定翼機在接近或達到臨界攻角（失速邊緣）時，因側滑或偏航動作，導致兩側機翼的氣流場與空氣動力產生不平衡。【論述】