載重平衡　申論題歷屆試題與參考架構

請依序回答下列問題：（每小題 5 分，共 25 分）

（一）航空器重心與力矩之關係為何？

（二）為何重心超限會影響飛行穩定性？

（三）前重心與後重心對操控特性有何不同？

（四）為何直昇機對橫向重心特別敏感？

（五）最大起飛重量之定義為何？

（25 分）

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）

（一）密度高度對直昇機性能之影響。

（二）為何懸停性能較固定翼飛機更容易受載重影響。

（三）飛行員應如何調整任務載重。

（四）若持續強行起飛，可能造成那些飛安風險。

（五）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。

（25 分）

請試述下列名詞之意涵：（每小題 5 分，共 25 分）

（一）酬載（payload）

（二）重心範圍（CG range）

（三）標準空重（Standard empty weight）

（四）航段耗油量（TFW）

（五）負載因數（Load Factor）

（25 分）

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）

（一）何謂鐘擺效應？

（二）吊掛物擺盪為何會造成動態重心變化？

（三）飛行員應如何抑制擺盪？

（四）地面人員應如何降低風險？

（五）若吊掛物超重但重心正常，是否仍可能造成危險？理由為何。

（25 分）

在長時間飛行中，燃油消耗將導致重心位置的變化。請說明如何評估燃油消耗對旋翼機重心的影響？並舉例說明可能產生的飛行特性變化。（20 分）

（20 分）

旋翼機在進行水袋消防滅火作業時，如何計算水袋載荷對重心的影響？請說明計算方法並指出需要注意的事項。（20 分）

（20 分）

在對旋翼機進行加裝攝影設備後，如何重新計算重心位置？請說明計算步驟並指出需要更新的文件。（20 分）

（20 分）

請說明航空器由機頭附近基準 CG 轉換為% MAC 的計算公式。（20 分）

（20 分）

當旋翼機的重心超出允許範圍時，可能會帶來那些飛行風險？請說明重心過前與過後的影響。（20 分）

（20 分）

請試述下列名詞之意涵：（每小題 5 分，共 25 分）

（一）備用油量（RFW）

（二）重心限制（CG limits）

（三）許可空重（Licensed empty weight）

（四）重心包線（CG envelope）

（五）平均空氣動力弦（MAC）

（25 分）

請試述飛機載重平衡工作的目的及基本要求。（25 分）

（25 分）

某民航客機執行航班任務，由甲地起飛經乙地落地加油後再起飛到達丙地。設該飛機修正後的基本重量（DOW）為 179772 kg，飛機由甲地飛至乙地所攜帶的起飛燃油量（TOF）為 80000 kg，航段耗油量（TFW）為 40000 kg。又設該飛機規定的最大起飛重量（MTOW）為 340000 kg，規定的最大落地重量（MLDW）為 290298 kg，規定的最大無燃油重量（MZFW）為 261268 kg。在乙地落地後加油至 80000 kg 後起飛到達丙地，航段耗油量（TFW）為 60000 kg。請根據以上數據，計算此飛機從甲地起飛及乙地起飛時允許之最大起飛重量和允許之最大酬載重量。（25 分）

（25 分）

請試述飛機最大起飛重量和最大降落重量受那些因素的限制。（25 分）

（25 分）

目前全世界各飛機系統件製造廠商正在大力研發可殺菌之高效能排氣空調系統，請問此約 150 公斤重之空調系統如果成功製造且加裝在黑鷹直昇機或空中巴士 A350 客機上，將對此兩型飛機之穩定性與操控性、酬載（Payload）、零油重量（Zero fuel weight）及平均空氣動力弦長（MAC）分別會有何種變化？試詳述之。（25 分）

（25 分）

當某一中型直昇機連續釋出兩架重約 2 公斤小型四旋翼無人機（Quad-copter）時、或具懸吊系統之直昇機於吊掛重物時、或於海上救難吊掛人員且遭遇側風時，其在載重平衡操作上各有何特別需要注意之處？試詳述之。 （25 分）

（25 分）

一區間客機 ATR42 在滿載乘客與只有一半載客量時，其飛行員操作時感受之飛行品質會有何變化？而空服員對只有一半載客量航班乘客的座椅選擇會做出何種限制？對大型載客直昇機飛行品質是否有何變化？及乘客座椅選擇是否需要做類似限制？對廣體型客機空中巴士 A380 飛行品質是否有何變化？及乘客座椅選擇是否需要做類似限制？試分別從載重平衡觀點詳細解釋之。（25 分）

（25 分）

近代某一單走道民用飛機從起飛至巡航時（約 0.78 馬赫數） ，其空氣動力中心位置是否會有變化？其重心位置是否會有變化？其縱向穩定性（Longitudinal Stability）與橫向穩定性（Lateral Stability）是否會有變化？試詳細解釋之。（25 分）

（25 分）

請試述直昇機載重時必須考慮的重量因素有那幾項？（25 分）

（25 分）

假設飛行員 2 人駕駛某型飛機與救護員 2 人自基地起飛進行外島救護送醫任務，該飛機一開始自基地起飛時裝載項目、重量及縱向力臂詳細資料（縱向力臂參考位置為飛機鼻端）表示如下：項目 重量（lb, 磅） 縱向力臂（in, 英吋）飛機空重（empty weight） 5,500 150飛行員×2 150×2 100救護員×2 150×2 160燃油 890 170擔架×4 65×4 180可拆除壓載物（ballast） 200 250該飛機到達病患所在地機場後，救護員 2 人利用擔架將 1 位病患（體重加個人住院行李以 200 磅計算）放在縱向力臂 180 英吋位置並載運返回本島醫院所在地機場，此時燃油剩下 770 磅；該飛機 Center of Gravity Moment Envelope 圖示如下：（每小題 10 分，共 30 分）

（一）請問該飛機在準備起飛返回本島前，新的縱向重心位置為參考位置後幾英吋（根據上述資料列式計算）？並依據圖示說明此時縱向重心位置是否在許可範圍內？是否需採取作為使得縱向重心平衡？

（二）假設該飛機到達本島醫院所在地機場消耗燃油 180 磅，請問降落時該飛機的縱向重心位置為參考位置後幾英吋（根據上述資料列式計算）？並依據圖示說明此時重心位置是否在許可範圍內？是否需採取作為使得縱向重心平衡？

（三）救護員在醫院所在地機場將病患交接給醫院人員後，該飛機連同原有人員及裝備將再度起飛返回基地；假設飛行員想要維持在一開始自基地起飛縱向重心位置進行本次起飛，請問在本次起飛前，應該如何移動壓載物（ballast）才能調整飛機縱向重心位置，與一開始自基地起飛縱向重心位置相同（根據上述資料列式計算）？

（30 分）

請試述不當的載重平衡對於飛機在飛行中可能發生什麼影響。（25 分）

（25 分）

請試述如何對於直昇機旋翼葉片（rotor）進行重量平衡之工作。（20 分）

（20 分）

下圖是典型民航機的酬載（Payload）與航程（Range）關係圖（Payload- Range Diagram）：

（一）若該機之Max Take-Off Weight = MTOW, Max Landing Weight = MLW, Max Zero-Fuel Weight = MZFW, Operational Empty Weight = OEW, Basic (Manufacturer) Empty Weight = BEW, Fuel Tank Capacity (excluding taxi fuel) (Weight) = FW,則A點和C點的Payload值各是多少？（10分）

（二）請說明A  B階段、B  C階段及C  D階段，在飛機裝載的操作上，分別代表什麼意義？（15分）Payload-Range diagram of a typical aircraft

（25 分）

（一）請闡述航空器操作「穩定性」（Stability）和「操控性」（Controllability）的涵義。（10分）

（二）航空器「重心」和「升力中心」位置的相對關係，對航空器操作的「穩定性」和「操控性」有何影響？請說明其理由。（10分）

（三）航空器的重心位置對飛機的耗油量有何影響？請說明其理由。（5分）

（25 分）

某型飛機之相關重量參數如下：Max Taxi Weight = 174,900 LBs, Max Take-Off Weight = 174,200 LBs, Max Landing Weight = 146,300 LBs, Max Zero-Fuel Weight = 138,300 LBs, Operational Empty Weight = 91,100 LBs, Basic (Manufacturer) Empty Weight = 90,000 LBs,

（一）請問該機在結構上所能承受的最大酬載（Max. structural payload）是多少？（10分）

（二）若該機執行一航線任務，所耗用及添加油量如下：Trip Fuel = 20,000 LBs; Uplifted Take-off Fuel = 30,000 LBs;請問該次特定航線任務所能攜帶的酬載（Max. mission payload）是多少？（15分）

（25 分）

飛機實施稱重時：

（一）若飛機稱重停放的位置不是處於水平狀態，對飛機重量和重心位置的量測誤差，有何影響？請說明其理由。（10分）

（二）如何量測飛機稱重停放的位置是否水平？（5分）

（三）若不變更飛機稱重停放的位置，如何校正水平？（5分）

（四）當飛機縱向重心位置超限時，應當如何校正？（5分）

（25 分）

請說明重量改變對於直昇機飛行性能的影響為何？（12 分）並請說明飛行員應該如何因應。（8 分）

（20 分）

請說明航空器為何要稱重？（8 分）並請說明稱重之間隔與時機為何？（12 分）

（20 分）

飛機上放置壓載物（ballast）之目的為何？（8 分）操作放置壓載物時應該注意那些事項？（12 分）

（20 分）

假設飛行員 2 人駕駛某型直昇機進行救難任務，該型直昇機空重（empty weight）6,000 磅，重心位於鼻端參考位置後 140 英吋（重心限制 130～145 英吋），飛行員平均每人以 135 磅計算（駕駛座距離參考位置力臂60 英吋）；該型直昇機裝載燃油 800 磅，燃油箱距離參考位置力臂 150英吋。到達目的地後，飛行員藉由吊掛系統執行救難任務成功救出四位山友（體重加個人裝備平均每人以 200 磅計算） ，決定將其安排在參考位置後 175 英吋位置休息並準備起飛返回基地，此時燃油剩下 650 磅。

（一）請問直昇機在準備起飛返回基地前，新的重心位置為參考位置後幾英吋（根據上述資料列式計算）？並請說明此時重心位置是否在許可範圍內？（10 分）

（二）假設該型直昇機起飛返回基地消耗燃油 200 磅，請問降落時直昇機的重心位置為參考位置後幾英吋（根據上述資料列式計算）？並請說明此時重心位置是否在許可範圍內？（10 分）

（20 分）

請說明如果飛機機身後段載重過大，在飛行中可能發生什麼影響？（20 分）

（20 分）

請回答下列問題：（每小題 5 分，共 20 分）

（一）試述直昇機基準線（Datum line）之意義。

（二）如何決定其基準線力矩之正負值？

（三）試述何謂縱剖線（Buttock line）位置？

（四）如何決定其縱剖線力矩正負值？

（20 分）

關於直昇機執行秤重作業，請回答下列問題：（每小題 5 分，共 20 分）

（一）直昇機分站位（Station）的意義。

（二）皮重之定義為何？

（三）皮重之重量應如何處理？

（四）執行秤重時，其秤重之場所注意事項為何？

（20 分）

直昇機高高度飛行（8,000 呎以上），關於載重平衡議題應注意事項有那些？（25 分）

（25 分）

交通部民用航空局對航空業者之營運規範中，關於直昇機載重及平衡內容包括那些？（15 分）

（15 分）

航空業者編纂之載重與平衡手冊內容應包括何種資訊，以利該程序之推行？（20 分）

（20 分）

請敘述下列名詞之意涵：（每小題 5 分，共 20 分）

（一）重心極限（Center of gravity limits）

（二）配平狀態（Trim condition）

（三）負載文件（Load manifest）

（四）壓艙油（Ballast fuel）

（20 分）

直昇機為進行救難作業往往需要在側邊艙門開口處設置一吊掛系統，請問在吊掛重物或人員時，直昇機的縱向力矩與橫向力矩將有何變化？其重心位置將有何變化？又如果吊掛作業是在海拔三千公尺高度進行時，其縱向力矩、橫向力矩與重心位置與地面作業時是否會有變化？為什麼？（20 分）

（20 分）

民用或軍用運輸機如果在起飛後，飛機總重量在短時間內發生減少或增加的現象，是遭遇到什麼狀況？而從載重平衡的觀點言之，在飛機重量突然改變時，須注意那些事項？試詳細解釋之。（20 分）

（20 分）

烈日當空如果跑道溫度高達攝氏 48 度時，某些民航機必須放棄起飛，但如果因任務需求仍必須要起飛的話，則簽派員與飛行員必須在載重平衡上作出那些協調與考量？如果當溫度降到攝氏負 28 度時，飛機的 MAC 長度與重心位置是否會改變？試詳細解釋之。（20 分）

（20 分）

設有一直昇機其裝載項目、重量、縱向力臂及橫向力臂資料如下表所示：裝載項目 重量（公斤） 縱向力臂（公分） 橫向力臂（公分）直昇機空重 750 +2576 +5駕駛員 75 +1626 －343乘客 85 +1626 +343油料 140 +2438 －213現根據上表，試計算其重心位置，且計算降落時如果只剩下七分之一油料，其重心位置會有何變化？（20 分）

（20 分）

試解釋為何飛機重心越後面越省油。（20 分）

（20 分）

零油重重心、起飛重重心、零油重、起飛重及落地重是一般大型商用飛機在每趟飛行前載重平衡必須檢查要項，試申論為何不用計算檢查落地重重心？（20 分）

（20 分）

請解釋下列英文名詞縮寫： （每小題 4 分，共 20 分）

（一） MZFW

（二） MLDW

（三） MAC

（四） OEW

（五） Certified CG Limits

（20 分）

某飛機重 85000 kg, C.G. = 25%MAC, MAC 長度=237.5 in, LEMAC = 913.2 in，在ARM =1037.5 in 處減少 3000 kg，請計算 C.G.之偏移量？（請以 % MAC 表示） （20 分）

（20 分）

試解釋為何一般商用飛機用油順序是先用中線油箱（Center Tank）燃油，再用兩邊機翼油箱（Wing Tank）燃油。（20 分）

（20 分）

某飛機製造廠提供的重心位置與飛機重量匹配圖表如下：2,450 2,400 Aircraft weight (pounds) A 2,200 2,000 1,800 B 1,600 82 84 86 88 90 92 93 Fuselage station (inches)請描述範圍較大的區域 A 與包含在內範圍較小的區域 B，兩者的飛機可操作方式有何差別？（20 分）

（20 分）

一架 3,000 磅重的飛機，在 2000 英呎高度作水平 120 英里／小時 等速巡航時，（每小題 5 分，共 20 分）

（一）繪出此時作用在此飛機上水平方向與垂直方向作用力的向量示意圖並標註各向量之名稱。

（二）此時機翼必須提供支持此水平飛行的力量是多少？

（三）當這架飛機做水平大幅側傾 60°的角度順利轉彎時，繪出此時作用在此飛機上作用力的各個向量示意圖並標註各向量之名稱。

（四）此時機翼必須提供支持此水平側傾 60°的角度轉彎飛行的力量是多少？

（20 分）

某飛機載重過大以致全機超出其原廠允許的最大總重，在這樣的超載條件下執行飛航任務，有可能引起那些的缺失，試申論之。（20 分）

（20 分）

當評估一架飛機飛行的重量和平衡時，在飛機重量及飛機重心位置這兩個因素上必須注意之事項為何？（20 分）全一張

（20 分）

令直昇機縱向力臂之參考線位置為飛機鼻端，側向力臂之參考線位置為飛機機身之中心線，此直昇機原廠允許之重心縱向之外包絡線與側向可偏移力矩之外包絡線如附圖所示，此直昇機之基本數據如下所述：（每小題 5 分，共 20 分）項目 重量（lb, 磅） 縱向力臂（in, 英吋） 側向力臂（in, 英吋）飛機空重 1545 101.4 +0.2駕駛員 170 64 -13.5乘客 200 64 +13.5燃料 288 96 -8.4

（一）計算直昇機之總重量、縱向力矩量之值、重心的縱向位置及側向偏移力矩量之值。

（二）比較原廠的兩張包絡圖，說明重心的縱向位置及側向偏移力矩量之值是否落在允許範圍之內。

（三）假設飛一段時間之後到目的地，燃油剩下 156 磅，乘客下了飛機，計算此時直昇機之重心的縱向位置及側向偏移力矩量之值。

（四）比較原廠的兩張包絡圖，檢查此時直昇機之重心的縱向位置及側向偏移力矩量之值是否落在允許範圍之內。如果沒有落在允許範圍之內，請問有什麼方法來改進。重心縱向之外包絡線 重心側向之外包絡線起 飛 總 重 量 ， 磅 起 飛 總 重 量 ， 磅2400 2300 1800 1800（lb） 1600 （lb） 1600 92 94 96 98 100 -5000-4000 -3000 -2000-1000 0 1000 2000 3000 4000 5000距機首距離，英吋(in) 左方向 側向左-右可偏移力矩 右方向單位 磅-英吋（lb-in）

（20 分）

請試述下列名詞之意涵及其關係：（每小題 5 分，共 20 分）空重（Manufacturer’s Empty Weight）操作空重（Operational Empty Weight）操作重量（Dry Operating Weight）最大零燃油重量（Maximum Zero Fuel Weight）

（20 分）

某架 150 人座客機其裝載項目、重量及力臂詳細資料如下表：項目 重量（公斤） 力臂（公尺）飛機空重 37983 18.840操作者其他雜項：未用燃油 65 18.297滑油（機油） 53 17.445飲用水 200 15.546廁所化學液體 10 32.050文件及工具箱 19 6.934乘客座椅及救生衣 1790 19.855空廚設備 592 23.136空廚食物 1840 21.334緊急逃生裝備 492 21.101飛行員及空服員 670 20.437試計算此飛機的重心位置，並以英吋（inch）表示之。（20 分）

（20 分）

某大型客機在機尾位置具有一個散裝貨艙，並附有綁貨物之皮帶（Strap）及繩網（Net），請說明當散裝貨物約只占此貨艙二分之一體積時，在裝載散裝貨物時應注意的事項。（20 分）30570 全一張原理）

（20 分）

吾人在計算飛機起飛前整架飛機的重心位置時，常無法避免遭遇到各種誤差，試詳細說明各種重心位置計算誤差之來源。（20 分）

（20 分）

未來民用飛機造型將可能為一 C 形機翼之全電力飛機（C Wing），此飛機無傳統水平尾翼，不需要燃油，其動力來源完全來自於由電池驅動之兩座風扇，形狀類似如附圖顯示。如果吾人將電池固定置於此飛機之下部前方及後方位置，貨物置於飛機下部之中間位置，而乘客仍坐於飛機上方傳統座艙處，且電池總重量約為滿載時乘客與貨物總重量之百分之四十，則從載重平衡觀點而言，吾人置放貨物時將有何特殊問題？試申論之。（20 分）

（20 分）

試述 Payload 中文譯名及其包含之項目。（20 分）

（20 分）

試述航機結構限重之主要項目為何？（20 分）

（20 分）

地勤作業人員發現一批貼有以下標籤的散貨（如下圖），請問該票散貨可以裝載於客機嗎？原因為何？（20 分）

（20 分）

請問 Restraint System 可提供那些方向的固定作用，避免貨盤/櫃於貨艙內移動？（20 分）

（20 分）

根據下列電報，請問共有多少旅客？請列算式計算旅客重量？（20 分）（HINT：旅客標準重量為 Male→75 kg /Female→75 kg /Child→35 kg /Infant→10 kg）LDM BR0018/28.B16716.38C/63K/211Y.5/12 -SFO.166/135/4/2.T28178.1/3590.2/9050.3/7413.4/6477.5/1648 .PAX/32/62/211.PAD/0/0/0.XCR/1/0/0.HEA/1.HEA/2.HEA/2.HEA/2 .CBG/4/17/340.ICE/4.PES/4.FRO/4.PES/4.EIC/5/15/159.HBG/5/2/40 SI BW166584 BI 44.2 CATERING 5067/1.2 SERVICE WEIGHT ADJ WGT/IND ADD NIL DEDUCTIONS NIL PANTRY CODE B WING/CENTRE TANK 99100 AUTHORISED WEIGHTS USED FOR PASSENGERS CREW AND BAGGAGE SFO FRE 15073 POS 843 BAG 484/ 9226 TRA 0

（20 分）