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高考申論題 112年 [航空駕駛(選試直昇機飛行原理)] 直昇機飛行原理

第 一 題

📖 題組:
三、
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

假設主旋翼是反時針旋轉,請說明直昇機在穩定氣流前進時的升力不對稱(dissymmetry of lift)現象。(15分)

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看到「升力不對稱(dissymmetry of lift)」,首先應利用向量疊加原理解釋前飛速度與旋翼切線速度的關係,區分「前行葉片(Advancing Blade)」與「後退葉片(Retreating Blade)」的相對氣流差異。接著,必須展現旋翼動態學的深度,解釋直昇機如何透過「揮舞運動(Flapping)」改變有效攻角來自動消除不平衡力矩,並提及陀螺進動效應對姿態的影響。

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【破題】 升力不對稱(Dissymmetry of Lift)是指直昇機在穩定向前飛行時,因旋轉葉片在不同方位角(Azimuth Angle)所感受到的相對氣流速度(Relative Wind Velocity)不同,導致旋翼盤左右兩側產生升力不均等的空氣動力現象。 【論述】

小題 (二)

有那些設計方法可以克服這種問題?(10分)

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面對未明示具體問題的題組後續題,應先根據直昇機飛行力學的兩大核心挑戰(升力不對稱與退行槳葉失速)進行拆解。答題時務必從「旋翼自由度(Rotor Degrees of Freedom)」與「空氣動力外型(Aerodynamic Configuration)」雙管齊下,精確點出物理機制(如揮舞鉸如何消除滾轉力矩、陀螺進動的相位差補償),以展現深厚的工程物理直覺。

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【破題】直昇機在前飛狀態下,最常遭遇嚴重影響飛行包絡線(Flight Envelope)的物理限制。由於題組前文未附,本解析針對直昇機旋翼動態學中最經典的兩大氣動力不平衡問題——「升力不對稱(Dissymmetry of Lift)」與「退行槳葉失速(Retreating Blade Stall)」,分別提出專業的設計克服方法。 【論述】 一、若待克服之問題為「前飛升力不對稱(Dissymmetry of Lift)」

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