民國115年 高考三級 航空器維修 航空儀電系統考古題
民國115年 高考三級 航空器維修 航空儀電系統收錄考選部官方試題，共 5 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
題目與答案
請詳述民航「甚高頻（VHF）通信」與「高頻（HF）通信」在波段範圍、
訊號傳播途徑及主要機載應用場景上的差異。（20 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、波段範圍：VHF 航空行動通信使用 118.000–136.975 MHz，屬超短波（VHF），通道間隔主要為 25 kHz，部分地區採 8.33 kHz；HF 使用約 2.8–22 MHz，屬短波（HF），波長較長。
- 二、傳播途徑：VHF 主要靠直線視距（line-of-sight）傳播，受地球曲率與地形遮蔽，通訊距離約 200–300 海里，航空器高度越高可視距離越遠；HF 則靠地波（ground wave）與天波（skywave），天波經電離層反射可達數千公里，但受日夜、季節及太陽活動影響，會出現衰落與跳躍區。
- 三、機載應用上，VHF 為民航主要短程通信，涵蓋 ATC 語音、ATIS、VDL Mode 2/4 數據鏈、ACARS 及 121.5 MHz 應急頻率；HF 則用於越洋、極區等偏遠航路之長程語音、SELCAL 選擇呼叫、HFDL 數據鏈，並可作為衛星通信失效時之備援。
- 四、設備與天線亦不同：VHF 多用刀形或鞭狀天線，收發機體積小、頻寬較寬；HF 需探針天線與天線耦合器（antenna coupler）進行阻抗匹配與調諧，頻寬窄、通訊程序較複雜。
- 五、兩者形成互補：VHF 音質穩定、即時性高但距離受限；HF 覆蓋遠但易受干擾、資料率低。現代民航以 SATCOM 補強長程通信，HF 仍為重要備援，飛航規劃須依航路與備援要求選用。
請詳述現代民航機之「無線電高度表（Radio Altimeter / Radar Altimeter）」
與「氣壓高度表」在量測原理與基準面上的根本差異，並說明無線電高
度表如何進行日常的環路自我檢測（Loop Test）。（20 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、無線電高度表：發射射頻訊號（常見 FMCW 或脈衝），接收地面反射，量測往返時間 Δt，高度 h = c·Δt/2；FMCW 則以差頻推算距離。其量測的是航空器至正下方地形或障礙物的真實高度（AGL），典型範圍約 0–2,500 ft。
- 二、氣壓高度表：量測靜壓孔（static port）之靜壓，依國際標準大氣（ISA）將壓力換算為高度；基準可為 QNH（海平面氣壓）、QFE（機場場壓）或 1013.25 hPa（標準氣壓）。顯示的是壓力高度，並非真實離地高度。
- 三、基準面根本差異：無線電高度表以「地面」為零基準，適合進場、自動落地與地形警告；氣壓高度表以「選定氣壓面」為基準，用於巡航高度層、艙壓與高度保持。前者不受氣壓設定影響，但受地形、天線姿態與多重路徑影響。
- 四、環路測試流程：駕駛艙或維護面板選擇測試後，內建測試（BITE）以射頻開關、延遲線或衰減器模擬已知高度之回波，注入接收機；系統檢查發射、接收、訊號處理、高度輸出、顯示及故障旗標。
- 五、判定與限制：測試時指標應顯示規定測試高度（依機型手冊，常見如 100 ft）且無 FAIL 旗標，測試後恢復正常。環路測試僅驗證電子鏈路與測試路徑，不能完全取代實際飛行校驗或天線輻射性能檢查。
請詳述自動駕駛系統（Autopilot）中「俯仰通道（Pitch Channel）」進行
高度保持（Altitude Hold）時，閉迴路控制（Closed-loop control）的完整
流程。（20 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、系統架構：自動駕駛俯仰通道之高度保持為典型閉迴路控制。外迴路以選定高度 h_ref 與大氣資料電腦（ADC）之氣壓高度 h 比較，產生高度誤差；內迴路以慣性參考系統（IRS）之俯仰姿態與垂直速度作為阻尼回授。
- 二、模式接通：於飛控面板（FCU/MCP）選定高度並接通 ALT HOLD；系統先同步（synchronize）當時高度，避免接通瞬間產生俯仰跳動。若由爬升或下降模式轉入，通常在接近選定高度之捕獲窗內預位，再切換為高度保持。
- 三、控制律：採比例—積分—微分（PID）或前置補償（lead-lag）。高度誤差 e_h = h_ref − h，比例項依誤差產生俯仰命令，積分項消除穩態誤差，微分項或高度率 h_dot 提供阻尼，抑制過衝與振盪；增益依高度與速度排程。
- 四、致動與回授：飛行控制電腦（FCC）將俯仰命令 θ_cmd 與內迴路俯仰速率回授比較，輸出升降舵（elevator）命令，經液壓或電動作動筒改變俯仰；飛機氣動力學使高度變化，ADC/IRS 再回授，形成閉迴路。配平系統與自動油門協同維持空速。
- 五、限制與保護：系統設有死區（deadband）、高度偏差過大、感測資料失效、操縱面速率與行程限制；失速、超速、風切保護具有優先權。若故障或無法保持，AP 會斷開並出現警告，設計須兼顧高度精度、旅客舒適與燃油效率。
請詳述在航電系統中，ARINC 429 和ARINC 629 匯流排在傳輸拓撲結
構（Topologies）與工作原理上有何本質上的不同？（20 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、ARINC 429 拓撲：採單向（simplex）、單發射器對多接收器之點對多點拓撲；一對屏蔽雙絞線由一個發射器驅動，最多可接約 20 個接收器。資料以 32 位元字組、12.5 或 100 kbps 速率週期性廣播，匯流排上不會有兩個發射器同時競爭。
- 二、429 工作原理：字組含標籤（label）、源/目的識別（SDI）、符號/狀態矩陣（SSM）、資料欄與奇偶同位（parity）；接收端依 label 過濾所需參數。因屬單向廣播，雙向通訊需兩條獨立匯流排，接線數量與重量較大，但協定簡單、成熟且具確定性。
- 三、ARINC 629 拓撲：採雙向、多發射器之線性匯流排拓撲；各 LRU 經匯流排耦合器（coupler）與短線（stub）並接於主匯流排，兩端設終端電阻。傳輸速率約 2 Mbps，採電流模式（current mode）耦合，可降低電磁干擾並支援較長匯流排。
- 四、629 工作原理：採時分多工（TDM），每個終端分配固定時槽，依序輪流發射，其他終端均可接收；因發射時序事先協調，避免碰撞，且無需中央控制器。除週期性資料外，亦可以非週期時槽傳送事件訊息，具較高頻寬與整合度。
- 五、本質差異：429 是「單向、點對多點、廣播式」；629 是「雙向、多發射器、時分多工匯流排」。429 簡單可靠但線束多、頻寬低；629 線束簡化、頻寬高、適合高度整合，惟協定與測試較複雜。波音 777 即採 629，較舊機型仍大量使用 429。
請詳述慣性參考系統（IRS）在起飛前為何必須進行「校準（Alignment）」？
校準過程中系統是如何確定地球自轉軸和本地水平面？（20 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、校準目的：IRS 以加速度積分求速度與位置，以陀螺積分求姿態；若初始姿態、航向及感測器偏差未知，誤差會隨時間累積。校準旨在建立初始姿態矩陣、求出陀螺漂移與加速度計偏差，並確認當地水平與真北。
- 二、校準條件：航空器須靜止、無晃動，且已知經緯度；緯度由飛航管理系統（FMS）輸入，作為地球自轉分量計算之依據。對準時間依機型與對準模式（全對準、快速對準、儲存航向）而異，期間不得移動航空器，否則會延長或失敗。
- 三、本地水平面之確定：加速度計量測比力（specific force），靜止時比力方向與重力方向相反；由三軸加速度計輸出可求得重力向量，與重力垂直之平面即當地水平面。平台式系統以平台調平（leveling）使平台水平；捷聯式系統則以數學方式建立水平參考。
- 四、地球自轉軸與北向之確定：陀螺量測地球自轉角速度向量 Ω 在機體座標之分量；將 Ω 分解為當地垂直分量 Ω sin φ 與水平分量 Ω cos φ，水平分量指向真北。陀螺羅盤（gyrocompassing）即調整航向，使東向分量為零；緯度 φ 可由垂直分量反算。
- 五、完成與誤差：由重力向量（垂直）與地球自轉向量（含北向水平分量）即可建立當地水平面與真北，完成初始對準。高緯度、晃動、對準時間不足或緯度輸入錯誤會降低精度；對準完成後系統轉入導航模式，並以卡爾曼濾波持續估測與補償漂移。