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、
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)
思路引導 VIP
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。
小題 (二)
有那些設計方法可以克服這種問題?(10分)
思路引導 VIP
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。
直昇機升力不對稱
💡 前飛時因葉片相對氣速不同產生升力差,須由揮舞補償平衡。
| 比較維度 | 前行葉片 (Advancing) | VS | 後退葉片 (Retreating) |
|---|---|---|---|
| 相對氣流速度 | Vr + V (兩速相加) | — | Vr - V (兩速相減) |
| 揮舞動作 | 向上揮舞 (Flap Up) | — | 向下揮舞 (Flap Down) |
| 有效攻角變化 | 攻角減小 (減低升力) | — | 攻角增加 (補償升力) |
💬透過揮舞機制自動調節攻角,使旋翼盤兩側升力達到動態平衡。