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R22 空氣密度與飛行性能

升力公式是 L = ½ × ρ × V² × S × CL:ρ 是空氣密度,V 是空速,S 是機翼面積,CL 是升力係數。升力係數隨攻角變化,是一個比值,沒有單位(無因次)。標準大氣(海平面 1,013.25 hPa、15℃)下,空氣密度大約 1.225 kg/m³。

從公式看得出來,空氣越稀薄,升力越小。攻角不變時 CL 也不變,要補回升力只能飛得更快,所以空氣密度一降低,就要用較高的真空速飛行。

空氣密度受三件事影響:

因素 怎麼變 空氣密度
高度 越高,氣壓越低 越低
溫度 越熱,空氣膨脹 越低
濕度 越濕,水氣多 越低(水氣比乾空氣輕)

高、熱、濕三個方向,空氣都變稀薄,飛起來都比較吃力,結論都一樣:密度較低,要用較高的真空速。

密度高度是把當下的空氣密度換算成「標準大氣裡哪個高度才這麼稀」。兩者反過來走:空氣密度減少,密度高度變高;空氣密度增加,密度高度變低。天氣熱空氣就稀,夏天中午就算在平地,密度高度也會比實際海拔高。

空氣稀薄時,螺旋槳和引擎都吃不到那麼多空氣,動力輸出跟著降低。同樣 2,300 rpm,在 5,000 呎產生的馬力比在海平面少。

密度高度與壓力高度的差別,看 R13 絕對高度、壓力高度與密度高度。

考試題庫

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簡易版不考R115

在1,013.25 hPa、15℃時,空氣密度大約為下列何者?

標準大氣(1,013.25 hPa、15℃)的空氣密度約 1.225 kg/m³,這個數字要記。

簡易版不考R116

升力公式中的升力係數的單位為下列何者?

升力係數是比值,單位互相抵銷,所以是無因次。hPa 是壓力、m/s 是速度、kg/m² 是面積密度,都不是。

簡易版不考R117

空氣密度與密度高度的關係為下列何者?

兩者反向:空氣密度減少,密度高度較高;空氣密度增加,密度高度較低。(A) 剛好講反。

R118

空氣密度與動力輸出的關係為下列何者?

空氣密度減少,動力輸出跟著降低。高海拔、炎熱的天氣,同樣的轉速出的力比較小。

R119

空氣密度受下列哪些因素影響?

影響空氣密度的是高度、溫度和濕度。(B) 是飛行時的四種力,(C) 是飛行狀態,都不會改變空氣本身的密度。

簡易版不考R120

高度如何影響空氣密度及無人機飛行?

高度越高,空氣密度越低,攻角不變時要飛快一點才補得回升力,所以是較高的真空速。(A)(D) 密度方向講反,(B) 速度方向講反。

簡易版不考R121

溫度如何影響空氣密度及無人機飛行?

暖空氣的密度低於冷空氣,密度低就要用較高的真空速。(A)(B) 把暖空氣講成比較密,(C) 速度方向講反。

簡易版不考R122

濕度如何影響空氣密度及無人機飛行?

濕空氣的密度低於乾空氣,所以要用較高的真空速。(B)(C) 把濕空氣講成比較密,(D) 速度方向講反。

作答技巧

  • 高度、溫度、濕度三題答案同一個方向:越高、越熱、越濕,空氣密度越低,要用「較高」的真空速。
  • 「濕空氣比較重」是直覺陷阱,濕空氣的密度比乾空氣低。
  • 空氣密度和密度高度反著走;空氣密度和動力輸出同著走。
  • 1.225 kg/m³ 是標準大氣的空氣密度;升力係數選「無因次」。

屆期換證(簡易)模擬測驗 屆期換證(完整)模擬測驗

題目出自民航局遙控無人機學科測驗題庫(另開新視窗)(115.4.7 版);分組是本站整理的。