一起動手來造飛機 升力原理 康達效應

1. 1
一起動手來造飛機
虎尾科技大學
資訊工程系 陳國益

2. 大綱
 飛行原理
 紙飛機好飛的秘訣
 重量分布
 堅固的肩膀
 紙飛機的分類
 摺一架Nakamura
 摺一架Invader
 如何調整紙飛機
 升降舵
 方向舵
 動力紙飛機 2

3. 飛機的四個力
3
???

4. 康達 vs 白努力
4
康達 白努力

5. 白努力 (Bernoulli‘s) 效應？
5

6. 白努力效應？
 「白努力」公式(P+ρgh+(1/2)ρυ2=常數)，是
針對同一道流體的不同位置，根據「能量守
恆」推導而得。所以相互比較速度(υ)與1壓力
(P)的兩點，必須在同一道流體
 而機翼上、下層的氣流，已經不算同一道流
體，故違反了白努力的限制條件
6

7. 白努力效應？
 根據實驗證據顯示，氣流通過機翼上下
層後，並不會同時到達尾端(如下圖)，
所以，「上層流速快」的推論也站不住
腳
7

8. 白努力效應？
 「白努力」的公式僅顯示速度與壓力的大小
關係，並未包含兩者之「因果」關係
 若根據「牛頓定律」(ΣF=ma )的觀點，壓力
的差異應該是速度變化的原因，而非結果
(ΔP⟹ΣF⟹a⟹Δυ)
 故正確的說法應是“壓力大則速度小”，而一般
課本中則出現因果的倒置。
8

9. 白努力效應？
 可用於測量流速
 在同一道流體上，截面積(A)的不同，造成流速(v)的
不同(v∝1/A)
 根據白努力效應，流速的差異可以顯現出壓力差，看
到流體上方的液面出現高度差
9
文丘里管 Venturi tube

10. 飛機的升力來源 究竟為何？
 康達效應
 弧面翼型產生升力
 牛頓第三運動定律
 當兩個物體交互作用時，彼此施加於對方
的力，其大小相等、方向相反。力必會成
對地出現：其中一道力稱為「作用力」；
而另一道力則稱為「反作用力」
10

11. 機翼如何產生升力
 康達效應(Coanda Effect)
11
Henri Marie Coandă
羅馬尼亞發明家，空
氣動力學先鋒和現代
噴氣式飛機之父。
1886 ~1972

12. 什麼是康達效應？
 如果平順地流動的流體經過具有一定彎
度的凸表面的時候，有向凸表面吸附的
趨勢
12

13. 什麼是康達效應？
 在流體轉向的過程中，流體會對表面施
加一向左的作用力
 依照牛頓第三定律，物體就會產生一個
向右的反作用力
13

14. 什麼是康達效應？
 湯匙與水龍頭實驗
14
湯匙

15. 什麼是康達效應？
 被水流吸引的乒乓球
15

16. 什麼是康達效應？
 水柱下固定的乒乓球
16

17. 什麼是康達效應？
 如果平順地流動的流體經過具有一定彎
度的凸表面的時候，有向凸表面吸附的
趨勢。
17

18. 什麼是康達效應？
 康達效應與升力
 根據牛頓第三運動定律（當兩個物體交互作用時，彼
此施加於對方的力，其大小相等、方向相反），因此
向下流動的空氣會給機翼一向上的反作用力，這就是
機翼的升力來源
18

19. 什麼是康達效應？
 附壁作用（康達效
應）是大部分飛機
機翼的主要運作原
理。附壁作用的突
然消失是飛機失速
的主要原因
19

20. 什麼是康達效應？
 吹風機與兵乓球實驗
20

21. 什麼是康達效應？
 吹風機與紙片實驗
 吹風機和紙片位置固定，只能移動圓柱體
將紙片吹倒
21

22. 什麼是康達效應？
 對著罐子吹蠟燭實驗
22

23. 什麼是康達效應？
23
 對著罐子吹蠟燭實驗

24. 什麼是康達效應？
 如何從杯子倒水不流出來？
24

25. 沒有翼型的紙飛機為何會飛？
25
＊牛頓第三運動定律：作用力與反作用力

26. 沒有翼型的紙飛機為何會飛？
26
牛頓
＊牛頓第三運動定律：作用力與反作用力

27. 沒有翼型的紙飛機為何會飛？
27
關鍵在：角度

28. 沒有翼型的紙飛機為何會飛？
28
關鍵在：角度

29. 沒有翼型的紙飛機為何會飛？
 電風扇前，調整紙板不同角度
29

30. 牛頓第三運動定律
 不論是紙飛機、珍珠板機都適用
30

31. 升力的成因：康達與牛頓
31
牛頓 康達

32. 紙飛機的分類
32

33. 紙飛機的分類 Cont.
33
DART 飛鏢型：較長較瘦、阻力小、浮力小、
速度快、飛行距離遠、滯空時間短

34. 紙飛機的分類 Cont.
34
Glider 滑翔翼型：較寬大、阻力大、浮力大、
速度慢、飛行距離遠、滯空時間長

35. 紙飛機的分類 Cont.
35
Hybrids 混合型：兼具以上兩者優缺點

36. 紙飛機好飛的秘訣
 重量分布
 紙飛機的前沿重量分布越平均，飛得越好
36

37. 紙飛機好飛的秘訣 Cont.
 堅固的肩膀
 紙飛機的『肩膀』越堅固，飛得越好
37

38. 打造一台好飛的紙飛機
 Nakamura
38

39. 注意事項
 摺紙飛機每一條摺痕，
盡可能用指甲壓平整。
 兩邊盡量對稱。
39

40. Nakamura 摺法
 A4 紙直向對摺 (1)
40

41. Nakamura 摺法
 翻面，(3)、(4)
分別往內摺角
41

42. Nakamura 摺法
 沿著 (2) 往下摺
42

43. Nakamura 摺法
 (6)、(7)角落尖角折到黑點處
43

44. Nakamura 摺法
 (8) 尖角往上摺
44

45. Nakamura 摺法
 沿中線向內對折出機身
45

46. Nakamura 摺法
 沿 (10) 線摺出機翼
46

47. Nakamura 摺法
 空白處寫上你的座號和班級
47

48. Nakamura 摺法
 沿實線剪出升降舵 (Elevator)
48

49. Nakamura 摺法
 沿實線剪出方向舵 (Rudder)
49

50. 來試飛看看
50

51. 飛機的控制面
 Control Surfaces
 副翼 Aileron
 升降舵 Elevator
 方向舵 Rudder
51

52. 升降舵的原理
52
升降舵往下，機頭下降 升降舵往上，機頭上升

53. 康達效應與紙飛機
53

54. 舵面的調整：升降舵 (Elevator)
54
若過度上升，
則將升降舵下調

55. 舵面的調整 Cont.
55
55
若俯衝墜落，
則將升降舵上調

56. 舵面的調整 Cont.方向舵(Rudder)
56
若偏左或偏右，
則將反向調整方向舵
偏左，方向舵向右調，
偏右，方向舵向左調，

57. 紙飛機飛一小段距離就掉落…
 因為沒有持續的推力
57

58. 如果有持續的推力呢？
58

59. 紙飛機動力模組
59

60. 紙飛機動力模組
60

61. 安裝動力模組到紙飛機上
 動力模組由機頭插入
 下方兩個黑色夾子在機身的左右兩側
61

62. Nakamura 摺法
 將升降舵往上翹 約45 度
62

63. 起飛前 紙飛機調整
 後方升降舵往上約 45 度
63

64. 充電
 電池盒飛機面朝上
 頂住 15-20 秒
 LED紅光亮度很高、轉速很快時即充電完畢
64

65. 方向控制
 若飛機偏左，則調整方向舵向右
65

66. 操作：方向控制
 若飛機偏右，則調整方向舵向左
66

67. 打造一台好飛的紙飛機
 Invader
67

68. Invader 摺法
 A4 紙橫向對半摺 (1)
68

69. Invader 摺法 Cont.
 一邊折到中央靠右側虛線處 (2)
69

70. Invader 摺法 Cont.
 另一邊折到中央靠左側虛線處 (3)
70

71. Invader 摺法 Cont.
 拉起右側角，按照虛線 (4) 向上摺
角角碰到邊緣
71

72. Invader 摺法 Cont.
 拉起右側下邊，按照虛線 (5) 向上摺與
右側邊緣對齊
72

73. Invader 摺法 Cont.
 左側也比照辦理(6)(7)
73

74. Invader 摺法 Cont.
 頂部對齊邊緣往下摺 (8)
74

75. Invader 摺法 Cont.
 稍用指甲在---處畫出折痕，然後順著
(9)(10)的邊緣往內摺
75

76. Invader 摺法 Cont.
 從中線對半向內摺
76

77. Invader 摺法 Cont.
 摺出機身 (11)
 另外一邊也一樣摺出機身
77

78. Invader 摺法 Cont.
 向上沿虛線(12)(13)摺出垂直平衡翼
78

79. Invader 摺法 Cont.
 空白處寫上你的座號和班級
79

80. Invader 剪出調整舵面
 剪刀剪出升降舵
80

81. Invader 剪出調整舵面 Cont.
 剪刀剪出方向舵
81

82. 試飛時間！
82

83. 一起飛飛看！
83

84. 進一步想想看…
 機身可以調大也可以調小
 機身調小->機翼面積變大
改變機翼面積飛行性能是否改變？ 84

85. 前翼機 (canards)
85
JAS-39
Rafale
EuroFighter

86. Canards airplane
86

87. Canards
87

88. DART：Arrowhead
88

89. DART：Arrowhead
89

90. Glider： Elanus
90

91. 可以摺其他種類的紙飛機嗎？
91
一起來發揮創意！