航空器液壓系統　申論題歷屆試題與參考架構

請回答下列問題：

（一）說明液壓油之功能及種類，以及處理液壓油之應注意事項。（15 分）

（二）說明液壓油箱何以需要加壓，以及如何加壓。（10 分）

（25 分）

請回答下列問題：

（一）試繪多碟片煞車（multiple-disk brake）之構造示意圖，並說明其運作。（15 分）

（二）說明煞車不靈敏或失效之可能原因。（10 分）

（25 分）

對於飛機之液壓動力（hydraulic power）系統：

（一）說明包含有那些元件或設備。（10 分）

（二）試繪一液壓動力系統示意圖，並標示各元件或設備之名稱，以及液壓油的流動方向。（15 分）

（25 分）

一簡單液壓系統如下圖，其中，各元件、設備皆在同一水平面，液壓油管直徑 d1  10 mm 、油箱（R）至油泵（P）之連接管路長度 L1  3 m 、油泵至方向閥（V）之長度 L2  10 m、方向閥至液壓缸（A）之長度 L3  10 m、方向閥至油箱之長度 L4  12 m ，油箱之壓力 P1  500 kpa 、泵之出口壓力P3  22000 kpa ， 液 壓 油 在 管 內 之 流 速 = 7 / 、液壓油之密度  1100 kg/m 、液壓油之動力黏滯係數   6.0  10 pa  sec ，液壓缸之3 2活塞直徑 d 2  80 mm 、活塞連桿之直徑 d3  30 mm 。

（一）設 f   w / (  U 2 / 8)  64 / Re， w 為管壁黏滯剪應力，Re  Ud1 /  。求泵之入口壓力 P2 為多少？若泵之機械效率  0.9 ，求泵所需之輸入功率W p 為多少？（10 分）

（二）設液壓油流經方向閥之壓力損失為 5 kpa，求液壓油流入液壓缸之壓力 Ph 及流出液壓缸之壓力 Pl 各為多少？若不計活塞與液壓缸之摩擦損失，求液壓缸之輸出力 F 為多少？（15 分）R P A V

（25 分）

（一）試說明一個液壓系統應有那些基本元件。（10 分）（二）請用液壓回路將這些元件組合後而達到位置或速度控制的目的。（15 分）

（25 分）

（一）請敘述何謂白努利原理（Bernoulli's principle）。（7 分）（二）請用一個方程式來說明白努利原理。（10 分）（三）請列出日常生活中應用白努利原理的兩個例子。（8 分）

（25 分）

（一）試說明液壓缸（Hydraulic cylinder）的基本構造（請畫出剖面圖）。（15 分）（二）若油壓缸的內部直徑為 D，活塞桿的直徑為 d，要達到推力為 F，活塞速度為 V 時，液壓油的壓力及流量如何設計？（10 分）

（25 分）

（一）飛機煞車系的種類？（8 分）（二）畫出各種煞車系的液壓回路或結構圖。（17 分）

（25 分）

有關航空器液壓系統：

（一）請說明液壓系統作動的基本原理。並請提出幾種特定的組件名稱及其具體功能與工作特性。（10分）

（二）現代飛機上一般都有幾個獨立的液壓泵系統，試述其系統組成具體功能與工作特性。（5分）

（三）針對航空器的操作與控制，你認為一架民航機必須裝設多少套液壓系統，以維護飛航安全。（5分）

（20 分）

由於液壓系統的組附件，都與飛機起飛降落的重大飛安有關，因此採用三個液壓系統（黃、綠、藍）分散控制組附件，避免一個或兩個液壓系統失效後，無法控制飛機飛行。請繪圖說明三個液壓系統與航空器組附件之關聯。（30分）

（30 分）

請說明航空器液壓系統之設計原理為何？（9分）液壓系統使用有那些優缺點？（6分）試述未來航空器液壓系統的發展趨勢。（5分）

（20 分）

就下圖航空器操作面所示，請繪圖說明液壓系統的設計。（30分）

（30 分）

試使用各一個液壓油箱（reservoir）、幫浦（pump）、方向閥（selector valve）、致動唧筒（actuating cylinder）、過濾器（filter）、釋壓閥（relief valve）、儲壓器（accumulator）、吸油單向閥（suction check valve），以及適量的液壓油管與管路接頭，組合成一適當的液壓動力系統並繪出示意圖。 （25 分）

（25 分）

一液壓系統，幫浦（pump）至致動唧筒（actuating cylinder）的管路長度 L = 100 m 、直徑 d = 1 cm ，液壓油密度 ρ = 900 kg/m 3 、動力黏滯係數μ = 6.8 ×10 −2 pa − sec ，當致動唧筒在作動時，液壓油於管中的平均流速 V = 8 m / sec 。（每小題 10 分，共 30 分）

（一）該系統之唧筒如下圖所示，活塞直徑 D1 = 6 cm 、連桿直徑 D 2 = 2.5 cm ，設 液 壓 油 流 入 唧 筒 之 壓 力 PH = 20,000 kpa ， 流 出 唧 筒 之 壓 力PL = 500 kpa，活塞與唧筒壁面的摩擦力可忽略不計，求該唧筒之輸出力為多少？D2=2.5cm D1=6cm

（二）設f = τ w /(ρ v 2 / 8) = 64 / Re，其中τ w 為管壁剪應力、Re 為雷諾數（Reynolds number） ，求液壓油流經管路之壓力損失 Δp 為多少？

（三）液壓油流經液壓管路之壓力損失外，幫浦出口至唧筒間還有其他因素之壓力損失 40 kpa，當唧筒作動時，幫浦輸出液壓油的壓力應為多少？

（30 分）

（一）飛機上利用不同動力來源驅動的液壓幫浦（pump）有那些？（10 分）

（二）飛機上有那些系統或組件會使用液壓系統之動力來操作？（10 分）

（20 分）

試說明液壓油之功能與液壓油溫度高低對於液壓致動唧筒（ actuating cylinder）運作之影響，以及液壓系統之熱交換器的功能。（15 分）

（15 分）

試說明飛機之液壓系統如何釋壓？（10 分）

（10 分）

先進航空器機翼及舵角液壓系統中常用電液伺服閥作為主控元件，在其回路中也經常搭配使用蓄壓器（accumulator），請問蓄壓器一般是安裝在電液伺服閥之入口側或是出口側？此時蓄壓器的功能主要有那些？又蓄壓器中預充填氮氣（N2）之壓力如何決定？（20 分）

（20 分）

液壓活塞泵若操作或設定不當恐會產生氣蝕（cavitation）現象，請說明氣蝕現象的成因？可能造成的危害有那些？如何從操作經驗中判斷活塞泵是否產生氣蝕現象？又如何避免氣蝕現象的發生？（20 分）

（20 分）

航空器在發動起飛之前，一般會接上外部的液壓動力車（簡稱為液壓車）來進行適航檢測，請問為何使用液壓車？液壓車之功能為何？適航檢測之項目有那些？（20 分）

（20 分）

請列舉 3 個航空器液壓系統回路中之安全設計。（20 分）

（20 分）

某液壓馬達排量 VM = 50 cm3/rev，總效率 ηO = 0.75，機械效率 ηM = 0.9。液壓馬達之進油壓力 p1 = 120 bar，回油壓力 p2 = 2 bar，轉速輸出 ω = 500 rpm。請計算該馬達實際輸出轉矩 TM 以及輸入該馬達之實際流量 qM。（20 分）

（20 分）

如圖所示之裝置，液壓油密度 ρ = 1,200kg/m3、小活塞直徑 D1 = 0.05m、大活塞直徑D2 = 0.2m，重力加速度 g = 9.81m/sec2。試求：

（一）小活塞壓力 P1 與大活塞壓力 P2 之壓力差為多少？（5 分）

（二）若大活塞之出力 F2 = 5,000Nt，則操縱桿之施力 F1 最小需多少？（10 分）

（三）小活塞移動速率 V1 與大活塞之移動速率 V2 之比值？（5 分）F1 F2液壓油

（20 分）

試利用一個方向閥（selector valve）、梭動閥（shuttle valve） 、緊急動力源（emergency power）、起落架致動器（landing gear actuator），設計並繪出一液壓系統，以使得正常動力源失效時，可用緊急動力源放下起落架。 （20 分）

（20 分）

一液壓系統，液壓油密度 ρ = 1,200kg/m3、動力黏滯係數 μ = 6.2×10-2pa-sec，液壓油以平均流速 v = 6m/sec 流經長度 L = 100m、直徑 D =1cm 之管路。

（一）設 f = τw /（ρv2/8）= 64/Re，式中，τw 為管壁黏滯剪應力，求液壓油流經管路之壓力損失∆p 為多少？（10 分）

（二）求液壓油之體積流率 Q 為多少？（5 分）

（三）除管路之壓力損失外，尚有其他的壓力損失 50kpa；若該系統之致動器作動時，其進出口壓力差需 10,000kpa；設幫浦之效率 η = 0.8，求幫浦所需功率 W 為多少？（10 分）

（25 分）

說明蓄壓器（accumulator）之功用與種類。（20 分）

（20 分）

說明飛機之液壓煞車系統之功用。（15 分）

（15 分）

航空器上可利用那些不同機構來驅動液壓幫浦（Pump）？請說明其個別之作動原理。（15 分）

（15 分）

防滑煞車系統的作用原理為何？其包含那些組成機構？（25 分）

（25 分）

飛機上使用液壓壓力來執行煞車工作，請說明於煞車系統中裝置梭動閥瓣（Shuttle Valve）的目的為何？（15 分）

（15 分）

液壓煞車力量不足之可能原因為何？應如何進行故障排除？（20 分）

（20 分）

運輸類飛機一般均備有多套液壓系統，各套液壓系統組件間如何進行配置？請繪出其相關之示意圖。（25 分）

（25 分）

若安裝飛機操縱面液壓機械元件，敘述如何執行安裝後地面液壓檢測。（20 分）

（20 分）

飛機液壓系統液壓油過濾器（filter）依據安裝位置區分有那幾種？為防止過濾器堵塞通常有那些安全設計？（20 分）

（20 分）

何謂飛機液壓保險（Hydraulic Fuse）？其功能為何？有那些種類液壓保險？（20 分）

（20 分）

飛機液壓系統防漏（Seal）之油封（packing）與墊片（gasket）有何功能性之不同？飛機液壓系統有那些不同成分種類之油封（packing）？（20 分）

（20 分）

一手動液壓起重機如下圖，已知 L1＝100 mm，L2＝900 mm，F = 50 Nt，活塞面積：A1＝200 mm2，A2＝2000 mm2 時，求：

（一） P1, P2 壓力為多少 Pa？（7 分）

（二）活塞 B 向上推力為若干？（7 分）

（三）活塞 A 下降 S1＝40 mm 時，活塞 B 之負載可上升若干 mm？（6 分）F W L1 L2 S2 B S1 A P2 P1 A2 A1 Tank

（20 分）

航空器液壓系統中常用之 4 口 3 位切換式電磁方向閥（switching solenoid directional valve）以及電液伺服閥（electro-hydraulic servo valve），請繪製這二種元件之符號圖（symbol），並比較其間的性能差異。（20 分）

（20 分）

常用航空液壓油有 10 號、12 號以及 15 號等之區分，請說明號數愈大所代表的物理意義為何？並請進一步比較這 3 種航空液壓油性能的差異。（20 分）

（20 分）

請列舉 3 個液壓蓄壓器（accumulator）在航空器液壓迴路中可以提供的功能項目。（20 分）

（20 分）

如圖 1 所示，利用手動方向閥可以改變液壓缸進行推力或拉力輸出，已知液壓缸活塞直徑 D = 50 mm，活塞桿直徑 d = 30 mm，泵供給壓力為 210 bar，假設系統無背壓值以及其他壓力損失。請計算：

（一）液壓缸向右推力值。（10 分）

（二）液壓缸向左拉力值。（10 分）推力 d D 拉力圖1全一張（背面）類 科： 航空器維修

（20 分）

如圖 2 所示，已知增壓缸二活塞直徑為 D1 及 D2，輸入壓力為 p1，輸入流量為 q；單桿液壓缸活塞直徑為 D3，活塞桿直徑為 d。若相關參數值設定如下：D1=20 cm、D2=10 cm、D3=30 cm、d=10 cm、p1=20 bar、q=20000 cm3/min，請計算單桿液壓缸活塞移動速度 v 及輸出力量 F。（20 分）q p1 v圖2

（20 分）