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高考申論題 114年 [航空器維修] 航空發動機基本原理

第 一 題

📖 題組:
關於發動機的推力,試回答以下問題:
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

何謂「固定額定推力(Flat-Rated Thrust)」?(6 分)

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本題為核心名詞解釋題。看到「Flat-Rated Thrust」應立刻聯想到發動機推力與外界溫度(OAT)之關係圖。答題時需點出「恆定推力」的溫度範圍(Corner Point以內),並說明限制推力的主要目的(避免低溫時機械應力過載,以及高溫時熱應力/EGT超限),最後帶出對發動機壽命的實務意義。

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「固定額定推力(Flat-Rated Thrust)」指燃氣渦輪發動機在特定的環境溫度範圍內(通常為海平面低溫至某個設計參考溫度,即 Corner Point),透過控制系統(如 FADEC)人為限制其最大推力輸出,使其保持一個恆定額定值的設計。 其核心特徵與原理包含: (1) 內部壓力與機械應力限制:在低溫環境下,空氣密度大,發動機本可吸入更多空氣並產生更大推力,但為避免壓縮段壓力過高及結構機械應力超載,故限制其推力輸出,形成「平坦(Flat)」的推力曲線。

小題 (二)

發動機製造商制定「固定額定推力」的目的為何?(6 分)

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看到「固定額定推力(Flat Rating)」,應立即聯想「環境溫度、空氣密度與發動機推力」之間的熱力學關係。解題時需點出低溫環境下推力過大可能導致的機械/結構極限問題,並從「保護引擎結構」、「飛機操作安全性(不對稱推力控制)」及「延長壽命」三個維度來完整闡述其制定目的。

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【破題】 固定額定推力(Flat Rated Thrust)是指在特定的環境溫度(稱為額定溫度或轉折溫度,例如 ISA + 15°C)以下,透過發動機控制系統(如 FADEC)主動限制燃油流量,使最大輸出推力保持為一固定值,而不隨環境溫度降低(空氣密度增加)而無限上升。 【論述】

小題 (三)

渦輪扇發動機(Turbofan Engine)在運轉時,推力之相關數據值是如何顯示在駕駛艙中?(8 分)

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本題測驗對於現代渦輪扇發動機儀表系統的了解。考生應先聯想到推力本身無法直接被測量,因此駕駛艙儀表必須透過間接參數來代表推力大小。作答時需明確列出兩大主流指標:引擎壓力比(EPR)與低壓轉子轉速(N1),並解釋其物理意義與代表推力的原因。

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【破題】 渦輪扇發動機在運轉時,由於實際推力(Thrust)無法直接且準確地被感測器測量,因此駕駛艙內並不會直接顯示「推力磅數或牛頓」。取而代之的是,推力數據會透過測量發動機內部的氣動力參數來間接表示,主要透過以下兩種參數顯示於駕駛艙的 EICAS(發動機指示和機組警告系統)或 ECAM(電子集中式飛機監控系統)螢幕上: 【論述】

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