首頁 / 高考三級 航空駕駛(選試直昇機飛行原理)考古題 / 民國115年 高考三級 航空駕駛(選試直昇機飛行原理) 載重平衡 民國115年 高考三級 航空駕駛(選試直昇機飛行原理) 載重平衡考古題
民國115年 高考三級 航空駕駛(選試直昇機飛行原理) 載重平衡收錄考選部官方試題，共 4 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
題目與答案
請依序回答下列問題：（每小題5 分，共25 分）
航空器重心與力矩之關係為何？
為何重心超限會影響飛行穩定性？
前重心與後重心對操控特性有何不同？
為何直昇機對橫向重心特別敏感？
最大起飛重量之定義為何？
參考解答（AI 生成，非官方） 一、重心與力矩之關係：重心（center of gravity, CG）是航空器全部重量合力的作用點，其位置以自參考基準面（datum）起算的臂距（arm）表示。任一重量乘以臂距可得力矩（moment），全機各力矩之和除以全重即為重心位置；因此增減或移動載重都會改變力矩和，重心管理的本質就是力矩平衡。 二、重心超限對穩定性的影響：重心前移會使重心與中立點（neutral point）的距離加大，縱向靜穩定裕度增加，但操縱力變重；重心後移則使靜穩定裕度縮小，受擾動後的回復力矩不足，容易產生飄擺，失速後也難以低頭改出，甚至造成尾部失速。直昇機重心過後更可能出現無法控制之後仰。 三、前重心與後重心的操控差異：前重心需要較大的俯仰操縱力，起飛滾行距離較長，巡航阻力大而耗油，但失速改正與縱向穩定較佳；後重心操縱靈敏，巡航速度略高，但穩定裕度低、容易過度操縱，落地拉平時易仰轉，直昇機並可能出現操縱桿行程不足。因此須依各飛行階段分別檢查重心。 四、直昇機對橫向重心特別敏感：直昇機主旋翼推力集中於旋翼軸，橫向重心一旦偏移，即以短力臂產生側向力矩，須以橫向循環槳距修正，造成機身側傾、主旋翼桅桿彎矩（mast moment）增大、後退槳葉失速（retreating blade stall）與尾旋翼推力需求改變；其橫向重心範圍通常遠窄於縱向，側座乘客、燃油不平衡與吊掛側風均為主要來源。 五、最大起飛重量之定義：最大起飛重量（maximum takeoff weight, MTOW）指航空器依適航認證在起飛瞬間容許的最大總重量，受結構強度、煞車能量、爬升與單發失效性能等限制；實際作業另受密度高度、風與跑道長度形成的性能限重（performance-limited weight）約束，兩者取較小值作為放行上限。
某雙發動機直昇機於夏季執行山區救援任務，此時海拔9,000 ft，飛機外
部溫度30℃，機上搭載傷患2 名、醫療設備及搜救器材，懸停時發現扭
力接近限制、升力不足及操控反應遲緩。請依序回答下列問題：
（每小題5 分，共25 分）
密度高度對直昇機性能之影響。
為何懸停性能較固定翼飛機更容易受載重影響。
飛行員應如何調整任務載重。
若持續強行起飛，可能造成那些飛安風險。
若本案例直昇機於起飛後發生單發失效，請分析其對飛行安全之影響。
參考解答（AI 生成，非官方） 一、密度高度對性能之影響：密度高度（density altitude, DA）是氣壓高度依非標準溫度修正後所得的高度。夏季海拔9,000 ft、30℃會使DA遠高於實際高度，空氣密度下降，旋翼在同一扭力下產生的推力減少、誘導功率需求上升，發動機進氣量與輸出功率降低，尾旋翼效能與平移升力建立也變差，懸停升限與爬升率同步下降。 二、懸停性能更易受載重影響之原因：固定翼於巡航時由機翼產生升力，發動機僅需克服阻力；直昇機懸停時全部升力由旋翼提供，且無地面效應輔助，誘導功率與推力呈非線性關係（約與推力之二分之三次方成正比），盤載（disk loading）高。故同一重量增量在懸停階段所需功率增幅遠大於固定翼，性能餘裕迅速耗盡。 三、任務載重之調整：飛行員應先查性能圖（performance chart）求得該DA下之可用載重，採減油、減載醫療設備與非必要器材、傷患分批後送、增加架次或換裝高性能機等方式；並選擇清晨低溫時段、利用地面效應（IGE）與滑跑起飛、縮短懸停時間，完成重量與重心（weight and balance）核算後再行放行。 四、持續強行起飛之飛安風險：可能出現扭力超限與發動機過熱、無法離地或離地後無法懸停、動力沉降（settling with power）、尾旋翼失效（LTE）、操縱餘裕不足與反應遲緩，並衍生超重與重心超限；一旦於山區失去動力，迫降場地有限，將危及機組、傷患與地面人員安全。 五、單發失效之影響分析：起飛後單發失效須以單發失效（OEI）性能判斷，高DA下OEI懸停與爬升能力幾近於零，可能無法維持高度而進入自轉（autorotation）。處置應立即放棄任務、保持空速與旋翼轉速、選擇迫降區；若於低空低速，須依高度—速度圖（H-V curve）避開危險區，嚴防重著陸。
請試述下列名詞之意涵：（每小題5 分，共25 分）
酬載（payload）
重心範圍（CG range）
標準空重（Standard empty weight）
航段耗油量（TFW）
負載因數（Load Factor）
參考解答（AI 生成，非官方） 一、酬載（payload）：指航空器為執行任務而搭載之人員、貨物、行李、郵件等可產生收益或任務效益之重量，通常等於有用載重（useful load）扣除燃油重量。酬載並非固定值，須隨燃油、機場高度與溫度之性能限重調整，於重量平衡表中屬最後可裁量之項目。 二、重心範圍（CG range）：指原廠依適航規範認證、容許重心所在之前限（forward limit）與後限（aft limit）間之區間，通常以自參考基準面起算之距離（吋）表示，定翼機亦常以平均氣動力弦百分比（%MAC）表示。在此範圍內可確保縱向靜穩定、操縱力與失速改正；超出即為重心超限，須重新配置或減載。 三、標準空重（standard empty weight）：指航空器含機身、發動機、系統、固定裝備、不可用燃油（unusable fuel）與滿滑油，但不含選用裝備、酬載與可用燃油之重量。加入選用裝備後稱基本空重（basic empty weight），為計算重心之基準，須依實際構型修正。 四、航段耗油量（TFW, trip fuel weight）：指自起飛至落地整段飛行，含滑行、爬升、巡航、下降與進場所需之燃油重量，不含備用油與緊急油。用於推算落地重量（landing weight）與落地重心，並檢核航程中重心是否隨燃油消耗而移動，尤其油箱位於重心前後時。 五、負載因數（load factor）：指航空器所受總升力與重量之比值（n = L/W），以g表示。平飛時為1，協調轉彎時n = 1/cosθ，30度傾斜約1.15、60度約2.0。直昇機常見限制約+3.5至-1.0g，超過將增大旋翼葉片與桅桿負荷，並提高失速速度與失速風險。
某直昇機執行外部吊掛運輸任務時，吊掛物因側風產生擺盪。請依序回
答下列問題：（每小題5 分，共25 分）
何謂鐘擺效應？
吊掛物擺盪為何會造成動態重心變化？
飛行員應如何抑制擺盪？
地面人員應如何降低風險？
若吊掛物超重但重心正常，是否仍可能造成危險？理由為何。
參考解答（AI 生成，非官方） 一、鐘擺效應：吊掛物以吊索懸於直昇機下方，受側風或加減速擾動後如單擺往復擺盪，其回復力與位移成正比，週期約T=2π√(L/g)，吊索越長週期越長。若飛行員之修正輸入與擺盪同相位，將形成駕駛員誘發振盪（pilot-induced oscillation），振幅反而擴大。 二、動態重心變化：吊掛物擺離鉛垂線時，其重量對直昇機重心產生水平力臂，形成隨時間變化之力矩，使直昇機與吊掛物之組合重心（combined CG）持續移動；側風、吊索長度、吊掛物氣動阻力與旋翼下洗流均會加劇，形成縱向與橫向之動態重心偏移。 三、飛行員抑制擺盪之作為：應以平順、小幅且提前之操縱輸入「帶動」吊掛物，避免追逐擺盪；保持穩定空速與航向，利用加速與減速時機使吊掛物自然跟隨，採適當吊索長度與抗擺裝置，並由機外觀察員（spotter）協助目視回報，切勿急劇橫向循環槳距。 四、地面人員降低風險之措施：應劃設吊掛作業禁制區，嚴禁人員立於吊掛物下方或行進路徑，使用牽引繩（tag line）由側方控制旋轉，全程佩戴頭盔與高辨識背心，並以無線電或手勢與機組保持單一指揮；接近前確認靜電接地、吊掛點與吊索額定荷重，並預劃緊急脫離路線。 五、超重但重心正常仍具危險性：仍可能危險。重心正常僅表示力矩平衡，未保證結構與性能安全；超重將使旋翼桅桿彎矩、傳動系統與吊掛鉤額定荷重（SWL）超限，懸停與單發失效性能不足，擺盪時動態負荷更可達靜重數倍，並可能因無法脫離地面效應而動力沉降，故不得以重心正常為由放行。