103年 專技高考 航空工程技師｜歷屆考題全文（機器抽取）
103年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試航空工程技師類科歷屆試題，含航空發動機、飛機結構學、飛行力學（包括自動控制與飛機性能）等 6 科。
共 6 份考卷｜資料來源：依政府資料開放授權條款（OGDL）第 1 版利用，資料集：考選部歷屆試題（data.gov.tw dataset 170565），103 年。
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航空發動機
下載：題目
官方不公布申論答案
103 代號 ： 01410 全一頁
年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題
等 別： 高等考試
類 科： 航空工程技師
科 目： 航空發動機
考試時間：
2 小時
※注意：
禁止使用電子計算器。
-
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。
-
一、一般氣渦輪噴射引擎之工作原理包括： 進氣壓縮 壓縮機壓縮 燃燒室加熱 渦 輪機作功降壓 噴嘴降壓加速。
-
請列舉五種可增加其推進效率之方法。（ 10 分）
-
請說明 中各種可增加推進效率方法之原理。（ 15 分）
-
二、 何謂旁通比（ bypass ratio ）？（ 5 分）
-
一般氣渦輪噴射引擎中需加入燃燒室之目的在於提升排氣溫度，以增加排氣之動 能用以推動渦輪葉片並增加從噴嘴排出之速度。然而現代氣渦輪噴射引擎（如一 般民航機所用之噴射引擎）中大都配屬較高旁通比值之旁通管，似與上述論點矛 盾，請解釋其原因。（ 15 分）
-
三、最早期的航空發動機是屬於往復式活塞氣缸之內燃機引擎，隨著渦輪噴射引擎的問 世，現代的飛機大都採用渦輪噴射引擎以求高飛行速度。但在渦輪噴射引擎類別中 又有一型為渦輪螺旋槳噴射引擎（ turboprop jet engine ）。
-
請比較渦輪螺旋槳噴射引擎與往復式引擎之優劣。（ 10 分）
-
請比較渦輪螺旋槳噴射引擎與渦輪扇噴射引擎（ turbofan jet engine ）之優劣。（ 10 分）
-
四、描述渦輪噴射引擎性能時，常使用熱或內部效率（ thermal or internal efficiency ）、 推進或外部效率（ propulsive or external efficiency ）、以及總效率（ overall efficiency ）， 請分別說明這三種效率之定義及三者間之關係。（ 20 分）
-
五、為求噴射引擎燃燒室內的燃燒穩定性，一般於引擎燃燒室內皆安裝有火焰保持器 （ flame holder ），請說明為何此一設施可增進燃燒穩定性的理由。（ 15 分）
座號：
飛機結構學
下載：題目
官方不公布申論答案
103 年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題 代號 ： 01420 全一張 （正面）
等 別： 高等考試
類 科： 航空工程技師
科 目： 飛機結構學
考試時間：
2 小時
※注意：
可以使用電子計算器。
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。
- 一、考慮一由桿件（ rod ）與剪力補強腹板（ stiffened shear web ）構成之平面結構承受 2000 N 之力量，如圖一所示，假設所有桿件均採銷接（ pin joint ）且桿件中無彎曲 力矩之存在，請計算所有腹板所承受剪力流（ shear flow ）。（ 25 分）
50 cm
50 cm
50 cm
25 cm 25 cm
2000 N
A
B
C
D
E
F
H
J
G
I
圖一
- 二、考慮一由直徑 3 cm 鋼線材製成之半徑 30 cm 鋼環，兩端承受 200 N 之拉力，如圖二 所示，請求此鋼環之彎曲力矩分布函數 M ( θ ) ，並指出承受彎曲力矩最大與最小位置。 （ 25 分）
30 cm
200 N
200 N
θ
圖二
座號：
103 年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題 代號 ： 01420 全一張 （背面）
等 別： 高等考試
類 科： 航空工程技師
科 目： 飛機結構學
- 三、考慮機簡化翼橫斷面由凸緣（ flange ）與腹板（ web ）構成，此斷面承受側向力 2000 N ，如圖三所示。且此側向作用通過此斷面剪力中心（ shear center ），凸緣面 積分別為 A 1 = A 2 = A 5 = A 6 =4 cm 2 ； A 3 = A 4 =2 cm 2 且腹板厚度均為 0.2 cm ，請計算各 腹板之剪力流（ shear flow ）。（ 25 分）
凸緣軸力梯度（ flange load gradient ）公式： Af 為凸緣面積， z f ， y f 為凸緣中心座標。
20 cm
20 cm
40 cm
2000 N
A
3
A
4
A
5
A
2
A
1
A
6
y
z
圖三
- 四、假設三明治複材柱（ sandwich composite column ）由鋼板與蜂巢核心組織 （ honeycomb core ）構成如圖四所示。若鋼板厚度與蜂巢核心厚度比值為 α ，鋼板 密度為 f ρ ，蜂巢核心密度為 c ρ 。此複合柱限制僅能在 x-y 平面上產生挫曲 （ buckle ），挫曲負載為 2 2 L EI P =π 。若此柱很長，僅考慮挫曲現象，且假設鋼板 厚度 f t 遠較蜂巢核心厚度 c t 為小（ c f t t << ），試求此複合柱最輕量化設計時鋼板厚 度與蜂巢核心厚度最佳比值 α 為何？（ c f t t α = ）（ 25 分）
y
L
B
x
z
t
f
t
f
t
c
飛行力學（包括自動控制與飛機性能）
下載：題目
官方不公布申論答案
代號：
01430
頁次：
4 － 1
103 年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題
等 別：高等考試
類 科：航空工程技師
科 目：飛行力學（包括自動控制與飛機性能）
考試時間：
2 小時
※注意：
可以使用電子計算器。
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。
一、某架大型無人飛機（ UAV ）具有下列物理特性及氣動力特性：
上列的符號意義為：
機翼及水平尾翼的升力 ( Lw , Lt ) 、阻力 ( Dw , Dt ) 及力矩 ( Mw , Mt ) 對飛機質心可以簡化成圖 一所示： l
e
w
0
α
t
0
α
w
α
V
∞
l
w
Lw
Mw
Dw
t
Lt
Mt
Dt
Fuselage Reference Line
ε
d
δ
V
∞
假設飛機在穩態飛行（ steady flight ）並忽略阻力對飛機俯仰（ pitch ）力矩的影響及 飛機飛行攻角很小，飛機的配平升力係數 ( trim L C ) 及相對質心的力矩係數 ( m C ) 可以表 示為：
座號：
上列式 (2) 中新增的符號意義為：
為簡化飛機的設計，選擇在海平面（ 3 / 1.225 kg m ρ = ）以速率 8.58 m /sec. 水平飛行， 機翼及水平尾翼相對機身參考線的裝置角的設計，可使得飛機的攻角及升降舵的角 度皆為零，同時，只有機翼提供升力而水平尾翼並不提供升力。假設水平尾翼的效 率為 1.0 以及在水平尾翼位置的下洗流角度 ( d ε ) 為：
上列式 (3) 中 L W C 為機翼升力係數， w AR 為機翼的展弦比（ aspect ratio ） 。運用式 (2) 、 式 (3) 及式 (1) 提供的數值計算下列各項：
-
飛機的配平升力係數（ trim L C ） 。 （ 5 分）
-
在設計點只有機翼提供升力，機翼相對機身參考線的裝置角（單位度） 。 （ 5 分）
-
在設計點只有機翼提供升力而水平尾翼並不提供升力，水平尾翼相對機身參考線 的裝置角（單位度） 。 （ 5 分）
機翼及水平尾翼的平均空氣動力弦（單位公尺） ，可以利用以下的式子求出：
式 (4) 中， λ 為漸縮比。 （ 10 分）
機翼空氣動力中心到飛機質心的距離（單位公尺） 。 （ 5 分）
相對飛機質心力矩係數斜率。 （ 5 分）
㈦ 飛機升力係數斜率。 （ 5 分）
-
㈧ 這架大型無人飛機的靜穩定裕度（ static stability margin ） 。 （ 5 分）
-
㈨ 假如這架無人飛機的質心移到機翼的空氣動力中心，計算此時的靜穩定裕度、配平 攻角（單位度） 、升降舵角度（單位度） 。 （ 15 分）
二、一個標準的二階欠阻尼系統（ underdamped system ）
其落入最終值 2% 的穩定時間（ settling time ） ， s T ，可以近似為：
響應的峰值時間（ peak time ） ， P T ，為：
以及百分比超越量（ percent overshoot ） ， . . PO ，為：
假設將上述的無人飛機安置在風洞中，並僅允許俯仰的動作（ pitching motion ） ，其 運動方程式為：
若給予 1 度的升降舵角，其攻角的響應如圖二所示，這個步階響應的部分特性為：
的響應可以寫成
Step Response
Time (seconds)
Amplitude
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-1.8
-1.6
-1.4
-1.2
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
-1
-2
-
試由攻角的響應求出式 (10) 中的空氣動力穩定導數（ aerodynamic stability derivatives ） ， ) ( α & M Mq + 、 α M 及 e M δ 。 （ 15 分）
-
假如穩定時間的需求為小於 5 秒及百分比超越量需求為小於 10% ，試證明系統特 徵根（ characteristic roots ） ， i 1.0 0.8 ± -，可以滿足需求。 （ 10 分）
-
將式 (10) 改寫成狀態空間形式（ state space ） 。 （ 5 分） 使用狀態回授（ ）使系統 能滿足所需求的系統特徵根， ± -
-
state-feedback (10) i 1.0 0.8 。 （ 10 分）
| m | 質量 | yy I | 相對體座標 y 軸的轉動慣量 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| w S | 機翼面積 | w b | 機翼翼展 | ||
| w r c | 機翼翼根弦長 | w t c | 機翼翼尖弦長 | ||
| w L C α | 機翼升力係數斜率 | 0 w L α | 機翼零升力攻角 | ac w m C | 機翼空氣動力中心力矩係數 |
| t S | 水平尾翼面積 | t b | 水平尾翼翼展 | ||
| t r c | 水平尾翼翼根弦長 | t t c | 水平尾翼翼尖弦長 | ||
| t L C α | 水平尾翼升力係數斜率 | e ε | 升降舵效率 | ac e m C δ | 升降舵對水平尾翼空氣動力中 心力矩係數的影響 |
| w l | 機翼空氣動力中心到飛 機質心的距離 | t l | 水平尾翼空氣動力中心到飛 機質心的距離 |
| W | 飛機重量 | ||
|---|---|---|---|
| ρ | 空氣密度 | V ∞ | 自由流速率 |
| α | 飛機攻角 | e δ | 升降舵角度 |
| 0 w α | 機翼相對機身參考線（ fuselage reference line ）的 裝置角 | 0 t α | 水平尾翼相對機身參考線的裝置角 |
| w c | 機翼平均空氣動力弦（ mean aerodynamic chord ） | t c | 水平尾翼平均空氣動力弦 |
| 0 d ε | 零攻角的下洗流（ downwash ）角度 | d d d ε α | 下洗流斜率 |
| t η | 水平尾翼效率（ tail efficiency ） | ||
| 0 L C | 飛機零攻角升力係數 | 0 m C | 相對飛機質心零攻角力矩係數 |
| L C α | 飛機升力係數斜率 | m C α | 相對飛機質心力矩係數斜率 |
| L e C δ | 升降舵對飛機升力係數的影響 | m e C δ | 升降舵對飛機力矩係數的影響 |
| 上升時間 （ rise time ） | 0.8346 sec. |
|---|---|
| 穩定時間 | 6.1174 sec. |
| 百分比超越量 | 27.57 % |
| 峰值時間 | 2.0124 sec. |
飛機設計
下載：題目
官方不公布申論答案
103 代號 ： 01440 全一頁
年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題
等 別： 高等考試
類 科： 航空工程技師
科 目： 飛機設計
考試時間：
2 小時
※注意：
可以使用電子計算器。
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。
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一、 試述有限翼展之飛機機翼如何產生翼尖渦流（ Wingtip Vortices ）？（ 6 分）
-
翼尖渦流對飛機性能有何影響？（ 6 分）
-
如何設計飛機機翼外型以減小翼尖渦流影響？（ 8 分）
-
二、列舉四項現有飛機機翼前後緣襟翼之高升力裝置設計，並說明其工作原理。（ 20 分）
-
三、假設一飛機之總阻力等於升力阻力與零升力阻力之總和，試說明在相同高度及重量飛 行下，飛機之升力阻力、零升力阻力及總阻力等對飛行速度之變化及關聯性。（ 20 分）
-
四、量測飛機飛行空速之皮托靜態水柱管如圖所示，量測之差壓為 Δ h = 10 cm 水柱高， 量測壓力之水密度為 1000 kg/m 3 、外界空氣密度為 1.22 kg/m 3 ，試問：
-
量測之差壓為多少 Nt/m 2 ？（ 10 分）
-
飛機飛行空速 V ∞ 為多少 m/sec ？（ 10 分）
h
P
∞
P
∞
Po
∆
-
五、一渦輪引擎飛機於 10000 公尺高空作等速平飛運動，若飛機機翼面積為 35 m 2 ，飛機總 重為 W = 10000 kg ，該飛機阻力係數關係為 CD = 0.018 + 0.118 CL 2 ，假設 10000 公尺 高空大氣條件為：空氣密度 ρ = 0.457 kg/m 3 ，試求下列問題：
-
飛機最大耐航之升力係數為何？（ 7 分）
-
飛機最大耐航之飛行速度為多少 m/sec ？（ 6 分）
-
飛機之推力為多少牛頓？（ 7 分）
座號：
空氣動力學
下載：題目
官方不公布申論答案
103 年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題 代號 ： 01450 全一張 （正面）
等 別： 高等考試
類 科： 航空工程技師
科 目： 空氣動力學
考試時間：
2 小時
※注意：
可以使用電子計算器。
-
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。
-
一、考慮不可壓縮、非黏性流體之定常流動（ Steady Flow ）：
-
請寫出對應此情況之柏努利方程式（ Bernoulli's Equation ）之完整式。（ 6 分）
-
分別說明 全式以及式中各項所代表之物理意義。（ 10 分）
-
說明柏努利方程式應用於漩流（ Rotational Flow ）與非漩流（ Irrotational Flow ）時 之差異。（ 4 分）
-
二、請以附圖 A 、 B 兩機翼的升力曲線特點說明包含零攻角、失速前、失速點、失速特 性等情況，比較兩機翼之幾何與氣動力特性。（ 20 分）
CL
B
A
攻角
α
升力係數
-
三、在以無黏流假設為基礎的薄翼理論中，尖銳尾緣處 Kutta Condition 是一重要的條件。
-
請以 (a) 具攻角之翼剖面束縛渦（ Bound Vortex ）之形成、 (b) 一定夾角之尾緣 （ Finite Trailing-Edge Angle ）處之流況、 (c) 零度尖點尾緣（ Cusped Trailing Edge ） 處之流況等三種情況敘述 Kutta Condition 。（ 15 分）
-
請以渦面強度（ Strength of Vortex Sheet ） γ 寫出對應 Kutta Condition 的數學式， 並說明其物理意義。（ 5 分）
TE
TE
TE
Cusped
(c)
(b)
(a)
座號：
103 年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題 代號 ： 01450 全一張 （背面）
等 別： 高等考試
類 科： 航空工程技師
科 目： 空氣動力學
-
四、為獲得較真實的空氣動力特性數據，飛行體風洞試驗中常須考慮模型設計的限制， 堵塞效應（ Blockage Effect ）即是其一。
-
請說明此處所謂之堵塞效應。（ 5 分）
有一正三角形、邊長為 b 的三角翼：
-
請計算此機翼之展弦比。（ 5 分）
-
若你被指派進行此三角形之低速空氣動力試驗，風洞測試段（ Test Section ）截 面積為 Ats = 50 cm × 50 cm ，測試攻角為 0 至 30 度，考慮風洞堵塞效應限制為 Ats 之 5% ，則此三角翼風模型之 b 應取何值較適宜？（ 10 分）
-
五、於一擴張或收縮之變截面流道中，可壓縮流之加速或減速之趨勢會因局部馬赫數而 定。
-
試用以下所附公式推導出變截面流道中流速變化與流道截面積變化、馬赫數三者 之關係式。（ 15 分）
-
以 中導出公式說明次音速流進入一收縮 -擴張噴嘴（ Convergent-Divergent Nozzle ），出口處可得超音速流之原因。（ 5 分）
［提示：以下是可能用到的方程式。質量守恆式： ρ AV = constant ；無黏流動量微分 式： dp + ρ VdV = 0 ；音速： RT a γ = ；馬赫數 a V M / = ；等熵關係式（ Isentropic Relation ） γ ρ / p = constant ；理想氣體狀態方程式： RT p ρ = ；其中 ρ 為空氣密度， A 為截面積， V 為流速， T 為溫度， a 為音速， γ 為比熱係數比， R 為氣體常數， p 為 壓力。］
航電系統（包括航空儀表）
下載：題目
官方不公布申論答案
103 年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題
等 別： 高等考試
類 科： 航空工程技師
科 目： 航電系統（包括航空儀表）
考試時間：
2 小時
※注意：
禁止使用電子計算器。
-
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。
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一、大型民航機駕駛艙內的數位電子儀表系統（ Electronic Flight Instrument System, EFIS ） 主飛行顯示器（ Primary Flight Display ）在正副駕駛前方的什麼位置？會提供那些重 要數據？請列舉其中的十項且說明它的功能或意義，並指出它在畫面中的概略位置。 （ 30 分）
-
二、航電系統中有所謂的依賴性監視（ Dependent Surveillance ）及自主（獨立性）監視 （ Independent Surveillance ），請說明它的意義，並舉例說明，包含那種系統及運作 方式。（ 20 分）
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三、大型民航機上的航電系統會利用多組感測元件（ Sensor ）及轉換器（ Transducer ）來 設計成為多裕度備載系統（ Redundancy ），在正常條件下每個元件都會產生即時數 據，請說明飛行電腦如何選擇可能失效的數據，如何排除？發生問題的次系統會如 何處理及記錄在那裡？（ 20 分）
-
四、飛機的速度可能來自幾個不同的感測器或系統，請列舉三項速度數據的來源，並說 明它們對飛行控制、航路規劃、導航控制等的意義與價值。（ 15 分）
-
五、全球導航衛星系統（ Global Navigation Satellite System, GNSS ）是提供民航機導航通 訊的重要支援，它包含那些空中及地面的運行系統？（ 15 分）
代號 ： 01460 全一頁
座號：