免費開始練習
高考申論題 113年 [航空器維修] 航空發動機基本原理

第 一 題

📖 題組:
根據 ARP 755A 定義渦輪發動機各站位定義如下: 請試說明: 註:站位定義阿拉伯數字乃依主要組件介面而訂定,如有不足,如第 1 級渦輪葉片的位置可加註為 4.1 站。
題組圖片
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

渦輪發動機最高溫度的位置(以「X 組件進口/出口+站位」來描述)。(5 分)

思路引導 VIP

回想渦輪發動機的熱力學循環(布雷頓循環),熱能的輸入集中於燃燒室。氣流在燃燒完成準備進入渦輪作功前會達到最高溫,對照 ARP 755A 站位圖即可鎖定燃燒室與高壓渦輪的交界處(站位 4)。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

渦輪發動機最高溫度的位置為:燃燒室出口 / 高壓渦輪(HPT)進口,站位 4。 補充說明: 在布雷頓循環(Brayton Cycle)中,高壓空氣於燃燒室內與燃油混合燃燒,吸收熱量達到系統最高溫,隨後進入渦輪膨脹作功導致溫度下降。因此,站位 4 的溫度通常被稱為「渦輪前溫度」(Turbine Inlet Temperature, TIT 或 $T_4$),這也是決定發動機熱效率、推力性能以及渦輪葉片材料耐熱設計極限的最關鍵參數。

小題 (二)

渦輪發動機最高壓力的位置(以「X 組件進口/出口+站位」來描述)。(5 分)

思路引導 VIP

回想燃氣渦輪引擎的實際熱力循環過程,氣流在經過壓縮機階段時壓力會持續上升,並在壓縮系統的末端達到峰值;進入燃燒室後,因流體摩擦阻力會產生微小的壓降,隨後在渦輪階段膨脹降壓。對照附圖的站位標示,找出壓縮機的最後一級位置即可解答。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

高壓壓縮機出口(或燃燒室進口),站位 3。

小題 (三)

渦輪發動機最高氣流速度的位置(以「X 組件進口/出口+站位」來描述)。(5 分)

思路引導 VIP

首先理解渦輪發動機中各組件的氣動力學功能。排氣噴嘴(Nozzle)的作用是將氣流剩餘的壓力能與熱能轉換為動能以產生推力,因此氣流在完全膨脹離開發動機時速度最快。接著對照圖片中 ARP 755A 的站位定義,尋找排氣噴嘴最終出口的站位編號即可得出答案。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

噴嘴出口,站位 9(Nozzle exit, Station 9)。 【補充說明】 渦輪發動機中,排氣噴嘴(Nozzle)負責將氣體的高溫高壓能量轉換為動能以產生推力,氣流在此持續膨脹加速。因此,整個發動機流道中,氣流速度的最高點會落在氣流最終排出發動機的位置,即噴嘴出口處(站位 9)。

小題 (四)

渦輪發動機若具有後燃器時,其可能最高溫度與速度的位置是否發生變化?(請以「X 組件進口/出口+站位」來描述)(10 分)

思路引導 VIP

考生看到此題應先回想布雷頓循環中各站位的熱力學狀態,並區分『開啟後燃器』與『未開啟後燃器』的差異。思考核心在於:渦輪機有材料耐溫限制,而後燃器沒有渦輪葉片限制,可達到更高溫度;而速度最大值必定發生在氣體完全膨脹的排氣終端。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【破題】若渦輪發動機具有後燃器並開啟時,發動機內部的「最高溫度位置」會發生變化,而「最高速度位置」則不發生變化。 【論述】 一、最高溫度位置:發生變化

升級 VIP 解鎖