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107 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。

•  本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。

• 一、繪出理想 Brayton 循環（ ideal Brayton cycle ）及理想噴射推進循環（ ideal jet propulsion cycle ）的 T-s （ temperature-entropy ）圖，並說明氣渦輪引擎 （ gas turbine engine ）與渦輪噴射引擎（ turbojet engine ）的差異。 （ 25 分）

• 二、飛機渦輪噴射引擎中，壓縮器壓縮比的定義為何？何謂壓縮器喘振 （ compressor surge ）？請試述常用來控制軸流式壓縮器喘振的三種方法。 （ 25 分）

• 三、飛機渦輪噴射引擎中，渦輪（ turbine ）的主要功用為何？渦輪葉片冷卻 的目的？葉片冷卻方式包括有對流冷卻（ convection cooling ） 、薄膜冷卻 （ filming cooling ）及發散冷卻（ transpiration cooling ），敘述該三種冷 卻方式。（ 25 分）

• 四、有關渦輪噴射引擎的噴嘴（ nozzle ） ，請回答下列問題：

•  噴嘴功用為何？（ 4 分）

•  請由面積與速度關聯（ area-velocity relation ） ，說明飛機超音速飛行 時，引擎噴嘴形狀為先收斂後發散的原因？（ 6 分）

•  何謂阻塞流（ choked flow ）？（ 5 分）

•  何謂馬赫環（ Mach disk or shock diamond ）？（ 4 分）

•  現代民航飛機引擎噴嘴有設計成鋸齒狀（ chevron nozzle ） ，其主要目 的為何？達到該目的原理為何？（ 6 分）

座號：

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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。

•  本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。

• 一、飛機鼻輪結構如下圖所示。請求出所有桿件所受的力，分別以 FA, FB, FC 表示。 （ 25 分）

• 二、一個 5 公尺長的木製立柱固定（ fixed ）在地面上，再用兩條鋼索施加拉 力固定立柱如圖所示。請問使用扭力扳手調整鋼索的最大容許拉力 （ tensile force ） T 為多少，才不會造成立柱產生屈曲（ buckling ）現象？ （ 25 分）

座號：

• 三、如圖所示桁架結構，每根桿件的截面積為 500 mm 2 ，楊氏模數為 E=200 GPa 。 試求 B 點水平方向之位移。 （ 25 分）

四、假設薄壁箱形樑承受外力如圖所示，凸緣（ flange ）之截面積分別為 A 1 = A 6 =1.2 in 2 , A 2 = A 5 =0.7 in 2 , A 3 = A 4 =0.5 in 2 。試求樑中腹板（ web ）之 剪力流（ Shear flow ） 。 （ 25 分）

提示：凸緣軸力梯度（ flange load gradient ）公式

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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。

•  本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。

• 一、在不考慮導航限制的情況下，純就飛機性能而言，請回答下列問題：

•  飛機在低空飛行時，速度受到什麼限制？（ 5 分）

•  飛機在高空飛行時，速度受到什麼限制？（ 5 分）

•  飛機飛行的最高高度受到什麼限制？（ 5 分）

• 二、一架飛機以等速、等高度飛行一段距離。若將這架飛機載重 Wp 與載重 2Wp 作一比較，試問：

•  那一個載重情況下會比較耗油？（ 3 分）

•  為什麼？請試述其理由。 （ 7 分）

• 三、假設空氣是靜止的，試述下列名詞之意涵： （每小題 2 分，共 10 分）

•  攻角（ angle of attack ）

•  側滑角（ sideslip angle ）

•  航行角（ flight path angle ）

•  俯仰角（ pitch angle ）

•  傾斜角（ bank angle ）

四、請回答下列問題：

•  何謂飛機的空氣動力中心（ aerodynamic center ）？（ 5 分）

•  飛機重心的位置相對於空氣動力中心有其限制，請說明其限制條件， 並說明限制原因。 （ 10 分）

• 五、飛機有荷蘭滾（ Dutch roll mode ）的飄擺現象，回答下列問題：

•  荷蘭滾是如何形成？（ 10 分）

•  荷蘭滾如何飄擺？（ 10 分）

座號：

六、假設飛機的短周期運動的方程式如下：

是攻角， 是俯仰角速率， 是升降舵控制角。

式中： α q δ e

請回答下列問題：

 計算開迴路（ open loop ）系統的特徵根（ characteristic value ） 。此開迴 路系統是否穩定？如果是穩定的，請計算阻尼比（ damping ratio, ζ ） 與自然頻率（ natural frequency, ω n 弧度 / 秒） 。 （ 10 分）

 若要設計一回饋控制，

使系統的閉迴路（ closed loop ）系統的阻尼比變成 2 1/ ζ = ，自然頻率 變成 2.7 ω n = 弧度 / 秒。請計算控制增益值（ control gain ） k α 與 kq ，式 中 α c 與 qc 都是控制命令參考輸入。 （ 20 分）

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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。

•  本科目得以本國文字或英文作答。

• 一、飛機的自動油門模式分為那幾種，如何進行運用？（ 20 分）

• 二、駕駛艙音頻控制面板（ Audio Control Panel, ACP ）的作用為何？（ 20 分）

• 三、請列舉固態飛航記錄器儲存的十種參數。 （ 20 分）

• 四、請申論如何應用自動控制理念到飛機自動駕駛系統上。 （ 20 分）

• 五、測試飛機氣象雷達與操作空中管制系統（ Air Traffic Control, ATC ）時， 有那些必須注意的事項？（ 20 分）

座號：

107 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：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。

•  本科目得以本國文字或英文作答。

• 一、請使用必歐 -沙伐定律（ Biot-Savart law, 2 cos 4 r β ds Γ du π = ）計算一環流強 度為 Γ 且半徑為 R 的圓形渦流線（ circular vortex filament ）在其圓心產 生的誘導速度（ induced velocity ） 。 （ 10 分）

• 二、二維不可壓縮無黏流（ incompressible inviscid flow ）的流線函數為 ) 3 ( 2 3 xy A x -ψ = 。

•  請檢視是否為無旋流（ irrotational flow ）並計算此流場之速度勢能函 數 φ 。 （ 5 分）

•  請驗證流線 1 c ψ = 與等速度勢能線 φ = c 2 是互相正交的。 （ 10 分）

• 三、當一均勻流（ uniform flow ）以流速 U 流經一置於原點之偶流（ doublet ） 與自由渦流（ free vortex ）時所組合成之無旋流場，就如均勻流流經一半 徑為 a 的旋轉圓柱。此時流場的流線函數為 lnr r a Ur π θ ψ 2 )sin (1 2 2 Γ --= ，

•  請計算流場在圓柱表面（ r = a ） ， r 方向與 θ 方向的速度 vr ， v θ 。 （ 5 分）

•  請計算靜滯點（ stagnation point ）的位置。 （ 5 分）

•  請計算圓柱表面的壓力分布（假設流場遠端上游的靜壓為 p 0 ） 。 （ 5 分）

•  請計算作用在圓柱上垂直方向與水平方向的力 Fx ， Fy 。 （ 10 分）

座號：

若使用轉換式 ) cos (1 2 θ c x -= ， ≤π ≤ θ 0 ，則 γ ( x )

四、對一個具彎度（ cambered ）的翼剖面（ airfoil ） ，沿著平均彎度線 z = z ( x ) 有一渦流強度分布函數 γ ( x ) ，可藉由在平均彎度線上之邊界條件計算得出。 1 計算公式可表示為：

其中 ܿ 為弦長（ chord ） ， ߙ 為攻角， ܸ ஶ 為自由流速度。若此平均彎度線為 一段半徑為 ܴ 的圓弧線段 （如下圖） 且最大平均彎度大小為 ܿ݇ ，假設 k <<1 且為常數。

請驗證 γ ( x ) 的近似式為：

⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + + = ∞ θ α γ sin 4 sin cos 1 2 ) ( k θ θ V θ 。 （ 20 分）

• 五、一橢圓形機翼 （ elliptical wing ） 以 45 m / s 水平飛行在大氣中 （ ρ = 1.226 kg / m 3 ） 。 單位面積之機翼負載 W / S = 950 N / m 2 （ wing loading ） ， S 為翼面積。機翼 剖面從根部到翼尖均相同且無扭轉（ untwisted ） 。翼剖面升力曲線之斜率 m 0 = 5.7 ，翼展（ span ）為 10 m ，展弦比（ aspect ratio ）為 5 。請計算：

•  翼剖面之升力係數與誘導阻力係數（ sectional-lift and induced-drag coefficients ） 。 （ 6 分）

•  有效攻角、誘導攻角及絕對攻角（ effective, induced, and absolute angles of attack ） 。 （ 9 分）

•  克服機翼誘導阻力（ induced drag ）所需之功率。 （ 5 分）

六、假設流體為一理想氣體（ perfect gas ）且為等熵流（ isentropic flow ） ，請 驗證： （下標 0 代表靜滯點之性質）

107 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。

•  本科目得以本國文字或英文作答。

• 一、請繪製並標示一個至少包括五個項目的飛機任務圖（ Mission Profile ） 。 （ 20 分）

• 二、若飛機的起飛重量（ Take-Off Weight ） WTO 公式為：

其中 A 與 B 為同類型飛機之回歸線係數、 WE 為飛機的空重（ Empty Weight ） ◦ 若 A =0.1 、 B =1.03 、原設計之 lbs W TO original 10,000 = ◦ 後續因增加 部分設備致使飛機 final E W 較原設計 original E W 增加了 1,000 lbs ，請求解飛機 最終之起飛重量 final TO W 為多少 lbs ？（ 20 分）

三、水平尾翼容積係數（ Horizontal Tail V olume Coefficient ） wing wing HT HT HT MAC S S l V × × = ，

垂直尾翼容積係數（ Vertical Tail V olume Coefficient ） wing wing VT VT VT b S S l V × × = ，其中

SHT 為水平尾翼面積、 MACwing 為機翼平均氣動弦（ Mean Aerodynamic Chord ） 、 lHT 為水平尾翼平均氣動弦（ MACHT ）至機翼平均氣動弦 （ MACwing ）的距離、 SVT 為垂直尾翼面積、 l VT 為垂直尾翼平均氣動弦 （ MACVT ）至機翼平均氣動弦（ MACwing ）的距離、 Swing 為機翼總面積、

bwing 為機翼翼展 ◦ 另外， ) 1 1 ( 3 2 2 λ λ λ + + + = R wing c MAC 、機翼之翼縮比

R T c c λ = ， cR 與 cT 分別為翼根與翼尖尺寸 ◦ 若一架飛機的 1.0 = HT V 、 = = = = = =

0.08 VT V 、 f t c R 6 、 f t c T 4 、 f t b wing 36 、 ft l l VT HT 18 ，請求解 水平尾翼面積 SHT 與垂直尾翼面積 SVT 各為多少 ft 2 ？（ 20 分）

座號：

四、 Far 23 規範小型螺旋槳動力飛機起飛距離 （ Take-Off Distance ） 的公式 TO R 如下：

2 23 23 0.0149 8.134 TOP TOP RTO × + × =

23 TOP 為 Far 23 起飛參數（ Take-Off Parameter ） 、 TO S W ) / ( 為起飛之機翼 負載、 TO P W ) / ( 為起飛重量與馬力比（單位： hp lbs / ） 、 TO L C max 為起飛最

大升力係數、空氣密度比值 sea level airfield altitude ρ ρ σ = 。若一架雙螺旋槳小飛機重

量 lbs W 6,000 = 、 1.8 max = TO L C 、 2 / 32.5 ) / ( ft lbs S W TO = ，於海平面高度 機場的起飛距離 ft RTO 2,200 = ，請求解此飛機之機翼面積 S 為多少 2 ft ？ 起飛時每具發動機所需的馬力為多少 hp ？（ 20 分）

五、請以繪圖方式列舉十種不同的飛機尾翼造型。 （ 20 分）