飛行原理概論（含計算題練習）(第二版)

自序

第零章 導讀

第一章 流體力學基礎
第一節 標準大氣與各種高度值
1.1.1 標準大氣
1.1.2 高度
1.1.3 氣壓高度與艙壓高度
1.1.4 絕對高度
1.1.5 衛星定位高度
1.1.6 密度高度
1.1.7 各種高度之比較
1.1.8 氣壓、密度之高度函數（適於高考航空駕駛）
計算題練習單元1 狀態方程式
第二節 流體力學的基本名詞
1.2.1 流線、煙線、徑線
1.2.2 質量守恆、連續性
計算題練習單元2 連續性
1.2.3 黏性、邊界層、雷諾數
1.2.4 風洞、相似性
計算題練習單元3 雷諾數
1.2.5 可壓縮性和Prandtl-Glauert 法則
計算題練習單元4 Prandtl-Glauert 法則
第三節 各種流動與理想流體
第四節 勢流（POTENTIAL FLOW）理論（適於特考航務管
理）
計算題練習單元5 流線函數

第二章 升力
第一節 解釋產生升力的原理
2.1.1 升力的定義
2.1.2 白努利定律
計算題練習單元6 白努利定律
2.1.3 關於升力成因的錯誤說法
2.1.4 Kutta Condition
2.1.5 環流量（circulation）（適於特考航務管理）
第二節 翼剖面（AIRFOIL）和主翼（WING）
2.2.1 翼剖面
2.2.2 NACA 翼剖面的編號規則
2.2.3 攻角
2.2.4 主翼、展弦比、漸縮比
計算題練習單元7 展弦比
第三節 影響升力大小的因素
2.3.1 升力公式
2.3.2 升力係數
2.3.3 空氣密度與速度
2.3.4 主翼面積
2.3.5 高升力裝置
2.3.6 小結
計算題練習單元8 升力
第四節 失速
計算題練習單元9 失速速度

第三章 推力
第一節 動力裝置
3.1.1 渦輪發動機
3.1.2 螺旋槳與直升機主旋翼
3.1.3 火箭發動機
第二節 影響推力大小的因素
3.2.1 推力公式
3.2.2 進氣密度
3.2.3 自由流與排氣速度
3.2.4 靜壓差與排氣出口面積的乘積
3.2.5 旁通比與油氣混合比
第三節 動力裝置的性能及操作
3.3.1 推重比
3.3.2 轉速、壓縮比和扭力
3.3.3 螺旋槳效率
3.3.4 單發動機操作

第四章 阻力
第一節 阻力的分類
4.1.1 誘導阻力
4.1.2 摩擦阻力
4.1.3 壓差阻力
4.1.4 干擾阻力
4.1.5 震波阻力
第二節 影響阻力大小的因素
4.2.1 阻力公式
4.2.2 阻力係數
4.2.3 空氣密度與速度
4.2.4 面積
計算題練習單元10 阻力
計算題練習單元11 誘導阻力係數
第三節 尾流與後緣渦流
第四節 升阻比與阻力極

第五章 速度
第一節 空速
5.1.1 各種空速
5.1.2 測量空速的方法及其限制
計算題練習單元12 空速
5.1.3 空速與地速、風速的關係
計算題練習單元13 速度向量
第二節 聲音的傳播
5.2.1 聲速
計算題練習單元14 聲速
5.2.2 聲音的都卜勒效應（Doppler effect）
第三節 馬赫數（MACH NUMBER）
5.3.1 馬赫數與臨界馬赫數
計算題練習單元15 馬赫數
5.3.2 馬赫波（Mach wave）與馬赫錐（Mach cone）
計算題練習單元16 馬赫角
5.3.3 震波和膨脹波
5.3.4 馬赫數對升力係數的影響
5.3.5 馬赫數對阻力係數的影響
5.3.6 管內流動的馬赫數

第六章 飛行原理之應用
第一節 飛行力學
6.1.1 座標系
6.1.2 飛行四力
6.1.3 六個自由度
6.1.4 水平轉彎
6.1.5 壓力中心、空氣動力學中心、重心
6.1.6 靜穩定性（static stability）
6.1.7 動穩定性（Dynamic Stability）
第二節 飛具設計
6.2.1 主翼
6.2.2 機身
6.2.3 尾翼
6.2.4 起落架
6.2.5 動力裝置
第三節 飛機性能分析
6.3.1 爬升率和升限
6.3.2 航程和下降率
計算題練習單元17 升阻比
6.3.3 續航力
6.3.4 轉彎
6.3.5 起飛距離
第四節 通訊、導航與監視（CNS, COMMUNICATION,NAVIGATION, SURVEILLANCE）
6.4.1 通訊
6.4.2 導航
6.4.3 監視

第七章 航空史話
第一節 飛行原理的理論家
7.1.1 Mach 馬赫——哲學家眼中的物理世界
7.1.2 Prandtl 普朗特——桃李滿天下的流體力學大師
7.1.3 von Kármán 馮‧卡門——青出於藍的航太泰斗
第二節 飛行原理的實踐者
7.2.1 Wright Brothers 萊特兄弟——首次動力載人飛行
7.2.2 Glenn Curtiss 柯蒂斯——頂尖的飛機設計者
7.2.3 “Kelly” Johnson 強生——臭鼬工程之父
第三節 海峽兩岸的航空先驅
7.3.1 馮如——東方的萊特
7.3.2 謝文達與楊清溪——臺灣的飛行士
7.3.3 陳文寬——飛翔兩岸天空的美籍華人
第四節 推進系統的重要人物
7.4.1 Frank Whittle 懷特——大英帝國的光榮
7.4.2 Rolls & Royce 萊斯、勞斯——英國雙雄
7.4.3 Neumann 紐曼——來自德國的黑手
第五節 超越音速
7.5.1 Chuck Yeager 葉格——空速最快的男人
7.5.2 與聲音賽跑
7.5.3 音障乎？魔障乎？

附錄一、索引
附錄二、重要的數學公式
附錄三、圖的參考來源
附錄四、參考文獻
附錄五、阻力極切點為最大升阻比之理由
附錄六、封面說明

作者序

　　飛行原理是三等民航特考飛航管制、高考三級航空駕駛的考試題目。有鑒於國內缺乏適當的中文書籍可供準備這些國家考試的考生閱讀，而需要仰賴英文教科書，但英文教科書又只適合理工學院學生，對文法商管理科系學生有很大的困難，故筆者從98 學年度開始在國立高雄餐旅學院兼任飛行原理概論的教學工作，即為年輕學子們撰寫既能說明正確觀念，又能面對國家考試的書籍，並盡可能以各學院學生都能看得懂的方式來講解飛行原理。

　　由於民航特考並非每年都考計算題，且有些考生其實早已具備足夠的數理能力，不需要花費太多時間做計算題練習。為了讓考生有所選擇，所以舊版的飛行原理分成兩本書，分別是針對申論題而寫的「飛行原理概論」及針對計算題而寫的「飛行原理計算題練習」。但後來發現，絕大多數讀者都是兩本書一起看，只看其中一本的人少之又少。再加上彩色封面的印刷成本非常昂貴，兩本書一起購買，讀者反而花許多錢在封面印刷上。因此，為了簡化筆者的編寫作業，且節省讀者用來買彩色封面的錢，自104年發行新版開始，已將舊版的兩本書合而為一，打散計算題練習單元納入各章當中。

　　104 年新版亦將99 至103 年的民航特考出題方向納入其中。全新內容包含第三章推力、第七章航空史話，以及計算題練習單元4 和5。此外，第四章增加第四節升阻比與阻力極、第五章增加5.2.2 聲音的都卜勒效應、第六章增加6.1.1座標系、並在第6.1.2小節加入最陡爬升的說明。同時，先前的錯誤也做了補正。

　　然而104 年新版還是無法達到104 年民航特考飛行原理考題的難度，例如第2.3.5 節介紹有縫襟翼和富勒襟翼，但省略了康達效應對升力的影響不談。第3.1.2 小節提到了第四題所考的反槳、順槳，卻未提到粗槳距及細槳距。還有第6.1.7 小節是第三題小題（一）縱向震盪的兩種運動模式，但未明確比較兩者的阻尼大小、攻角和速度等特性。故第二版在相關小節內做更深入地說明，且增加第六章第四節有關CNS/ATM 的介紹，好讓讀者有較詳細的瞭解。

　　本書除了供準備國家考試的考生閱讀，也適合對航空有興趣的讀者參考。然而，不可否認地，民航特考和高考的飛行原理題目越來越難，但在筆者設定以包含文法商管理學院學生為對象來撰寫本書的大前提之下，實在無法將航太工程概論、流體力學、空氣動力學、飛具設計、飛行力學及航空發動機這麼多學科，鉅細靡遺地完整包含在內。

　　只讀本書就想在民航特考或高考的飛行原理拿到高分，並不是一件簡單的事。因此，如果能力許可的話，強烈建議讀者閱讀John D. Anderson, JR.所著的Introduction to Flight，將會比閱讀本書有更深入的認識。同時，由於撰寫本書出發點是為了民航人員，故對於軍用航空的部份著墨較少，請軍武同好見諒。

　　最後， 若您發現本書有任何錯誤， 請不吝來信[email protected]或[email protected] 予以指正，在此先致上誠心謝意。