民國115年 高考三級 航空器維修 定翼機及旋翼機基本原理
第3題
試述翼型的「邊界層」（Boundary layer）的定義？層流（Laminar flow） 與紊流（Turbulent flow）在邊界層之阻力與分離特性上有…
題目
試述翼型的「邊界層」（Boundary layer）的定義？層流（Laminar flow） 與紊流（Turbulent flow）在邊界層之阻力與分離特性上有何差異？（20 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、邊界層（boundary layer）是指物體表面附近，因黏滯性（viscosity）與無滑移條件（no-slip condition）而使流速由壁面零逐漸增至自由流速度的薄層。一般以流速達自由流99%處的垂直距離定義邊界層厚度（δ），層內速度梯度大，剪應力（shear stress）與摩擦阻力主要由此產生。
- 二、層流邊界層（laminar boundary layer）流線平順、質點分層運動，動量交換主要靠分子黏滯，故表面摩擦阻力較小；但其近壁動能低，遇到逆壓梯度（adverse pressure gradient）時較早發生分離（separation），分離點靠近前緣，易形成寬廣低壓尾流。
- 三、紊流邊界層（turbulent boundary layer）充滿渦流與隨機擾動，動量交換強烈，近壁速度剖面較飽滿，故表面摩擦阻力較高；然而其高動量可抵抗逆壓梯度，分離點通常較後，尾流較窄，壓差阻力（pressure drag）反而較小。故總阻力須視摩擦阻力與壓差阻力之取捨。
- 四、雷諾數（Reynolds number）低、表面光滑且逆壓梯度小時，層流比例較高；雷諾數高或表面粗糙時，邊界層較早轉捩（transition）為紊流。層流翼型（laminar flow airfoil）藉延後轉捩降低摩擦阻力，但對表面汙染、昆蟲與雨滴敏感，維護不當會使效果大打折扣。
- 五、工程上可用渦流產生器（vortex generator）、吹氣（blowing）或吸氣（suction）等方式補充邊界層動能，延後分離；亦可藉襟翼（flap）與縫翼（slat）改變壓力分布。設計時須在低摩擦與抗分離之間取得平衡，並考慮起降、巡航與高攻角等不同操作狀態。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。