高考申論題
110年
[航空器維修] 航空發動機基本原理
第 四 題
在渦輪螺旋槳發動機（Turboprop）中，請繪圖說明自由式渦輪發動機（Free Turbine Engine）與固定式渦輪發動機（Fixed Turbine Engine）的構型，並詳述啟動時各別的優點或缺點？（20 分）
📝 此題為申論題
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看到這題，首先應聯想到渦輪螺旋槳發動機的核心差異在於『軸的連結方式』。解題策略上，先以區塊圖(Block Diagram)畫出兩者機械構型的差異：固定軸是『一軸貫通』，自由渦輪則是『氣動耦合』。接著，將此物理構造對應至『啟動負載（轉動慣量與空氣阻力）』，即可輕鬆推導出兩者在啟動馬達功率需求、螺旋槳槳距限制及啟動超溫風險上的優缺點。
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【破題】 渦輪螺旋槳發動機（Turboprop）依據驅動螺旋槳的機械傳動設計，主要分為固定式（Fixed Turbine / Direct Drive）與自由渦輪式（Free Turbine）。其根本差異在於渦輪段是否與壓縮機共軸，此結構設計直接決定了發動機啟動時的轉動慣量（Moment of Inertia）與氣動力負載。 【論述】
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渦輪螺旋槳發動機構型
💡 依渦輪與螺旋槳是否共軸，區分為固定式與自由式設計。
| 比較維度 | 固定式渦輪 (Fixed) | VS | 自由式渦輪 (Free) |
|---|---|---|---|
| 機械結構 | 單軸/剛性共軸連接 | — | 雙軸/獨立氣動耦合 |
| 啟動負荷 | 極大 (含螺旋槳慣性) | — | 極小 (僅核心機) |
| 槳距限制 | 嚴格平槳 (Start Lock) | — | 無限制 (可順槳啟動) |
| 油門反應 | 直接，無延遲 | — | 有氣動傳遞延遲 |
| 超溫風險 | 較高 (加速緩慢) | — | 較低 (轉速提升快) |
💬自由式因啟動優勢與操作彈性成為現代主流，固定式則保留反應迅速的優點。
