以 PVC 製作專業風車的實作探究與科普活動
周鑑恆
萬能科技大學 航空暨工程學院 chou0717@gmail.com （投稿日期：民國 107 年 05 月 03 日，接受日期：107 年 06 月 29 日） 摘要：不同於一般科普活動中之風車製作，多年以來，作者一直強調風車運轉的 科學原理，提倡專業風車之製作。在本文中，作者修改了難度較大的風車製程， 設計一種更為簡易的方法，製成仍然符合專業風車原理的風車，這樣的風車葉片 形狀和密實度都符合專業風車的要求，每個區段的傾角都適當安排，在轉動時， 攻角都在能充分產生升力的範圍內，仍大致具有專業風車之性能，且仍然能夠用 來進行風車之科普教育，凸顯專業風車的原理，雖然在翼形剖面未盡理想，但仍 近似理想之翼形剖面。這項變通的做法，突破了專業風車科學教育的瓶頸，一方 面可以利用這樣的專業風車，引入風車科技的精彩內容；另一方面，實作活動之 費用、人力需求與對場地造成的問題，都被限縮到完全可行的範圍。 關鍵詞：風車、升力、攻角、翼形剖面壹、 前言
風車的構造各異其趣，有的令人發思古之幽情，有些讓人有懷舊之浪漫；有的風車轉軸 是水平的，有些風車轉軸垂直地面；但從運轉的原理來看，大致可以分為升力型和阻力型兩 種。最常見的阻力型風車就是沙伯紐型垂直軸風車，特徵是扭力大，但功率係數不佳；流行 於華中的垂直軸風車，也是阻力型風車。阻力型風車利用風的阻力轉動，功率係數（風車獲 得能量功率與風提供能量的功率的比值）都比較差（見圖 1）。升力型風車則包括了地中海型 風車，美國西部用來打水的風車，荷蘭海邊抽海水的風車，以及狀似打蛋器的達流斯型垂直 軸風車，同時更包括了水平軸式現代常見的三葉片風車。 常見水平軸式升力型風車是現代最常用來發電的風車。所謂現代風車是指：精確利用現 代航空工程之機翼技術，仔細考慮風車葉片之翼形剖面、葉片各區段傾角、葉片形狀和風車 葉片的密實度（Solidity），儘量使風對風車做正功，而儘量避免風車對風（空氣）做功，以 10.6212/CPE.201807_19(1).0003使得風車從風中取得能量的比例（稱為功率係數）儘可能接近貝茲極限（Betz’ limit）。以數 公式表示，亦即 59 . 0 2 1 3 A CP (1) 其中 是風車所受的力矩， 是風車的轉速；A是風車轉動時受風的面積， 是空氣密 度， 是風的速度。 圖 1：各種風車的周速比與功率係數的關係 而傳統風車常以較簡單的技術製作，對於葉片之翼形剖面（airfoil），葉片各區段之傾角 （pitch Angle）、葉片形狀和葉片的密實度都比較不講究。製作之特點，在於隨地取材，堅固 耐用，保養方便。這是現代風車和傳統風車主要差別。 許多科普活動都以製作風車為主題，在這類科普教育活動中，多以寶特瓶或巴沙木平板 製作風車，因為巴沙木平板或寶特瓶製作的風車葉片，葉片之形狀和翼形剖面（airfoil），都 無法改動以符合風車運轉的科學原理。因此，這樣製作風車的科普活動中，都不容易將攻角 （angle of attack）與升力(lifting force)和阻力(drag force)的關係、失速(stall)、導流、做功等概 念融入。事實上，風車科普活動【1,2,3,4】
為豐富一些。 以木材為原料，作者曾簡化製程，製作出具有適當角度變化的木質葉片。但是，在製作 木材風車葉片時，要用到水刀切割、線鋸、砂輪機，工序繁複，所費不貲，而且會產生極多 的粉塵和木屑，噪音也不小。雖然許多愛好的老師全力投入，灰頭土臉在所不惜；雖然木製 風車葉片在翼形剖面和傾角這兩項要點上，能真正合乎科學原理，而且在微風中即能高速轉 動，性能令所有參與者都印象深刻，但是，粉塵有害健康，又造成清掃場地的困難，這是推 廣上的重大障礙。 在本文中作者開發出一種風車教具，可以當場自行製作，既能符合專業風車的運轉原 理，而能在做中學得專業風車的相關原理，又可避免研製過程產生諸多污染。雖然在翼形剖 面上未能盡如人意，但縮小尺寸之後影響比較有限。這項風車自製教具終於突破了作者多年 以來提倡專業風車科教的限制。因為它雖有限地忽略了翼形剖面的嚴格要求，但卻保留了絕 大部分專業風車的知識內容，更大幅降低準備之費用和人力，大幅減少對場地造成垃圾汙 染，使得專業風車科學教育的實作方面不再是一項障礙。
貳、 現代風車原理
首先闡述目前常見水平軸升力型風車的原理。從飛機機翼之升力與攻角談起，再談風車 之功能就是讓風對風車做正功，所以風車葉片每一區段的攻角都要合理，以便產生升力而使 風車正常運作。 翼形剖面是指機翼或風車葉片之截面，在航空工程中，為了不同的性能需求，發展出許 多種不同的翼形剖面。攻角（angle of attack）指的是相對於機翼或風車葉片之氣流方向，與 翼形之弦（chord）（從翼前緣到後緣的連線）之夾角。升力係數CL正比於升力。 圖 2：升力（係數）與攻角的關係。攻角大於失速角，升力大減；在較大的負攻角，升力會變為零或 小於零。 實驗和理論都可證明，不對稱的機翼，其攻角和升力在某一範圍內成正比，見圖 2。在 攻角為零時，升力也不會等於零，攻角要等於某一負角時，升力才會等於零，攻角逐漸變大，雖升力也逐漸變大，但攻角到達臨界角（或稱失速角）之後，機翼不再能夠順利「導流」， 機翼上半部之氣流紊亂，升力於是大減，此現象稱為失速（stall）。 在風車旋轉時，葉片速度不同的各區段都不能發生失速或攻角太小（或負攻角）的情形。 因為必須充分利用葉片所受之升力（lift），就葉片座標來看，氣流必須被葉片順利改變流動 方向和速度，就地面座標來看，空氣被葉片減緩了流速。 做功原理（或稱功－能原理）可表示成下式 b a W E E (2) Ea W1 W2 Eb1 Eb2 (3) 意思是說：必須消耗某種能量Ea，才能經過做功W ，將能量轉換成另一種能量的增 加量Eb ；消耗了某一種能量（Ea），經過各種做功方式，將能量轉變成其他各種能量 1 b E ，Eb2等等。 就風車葉片而言，葉片所受之阻力，有一部分的阻力分量必然與葉片運動的方向相反， 所以阻力（drag）就對葉片做負功，使葉片反而失去能量。 圖 3：周速比與葉片密實度的關係
本文探討的製程乾淨俐落，準備也不至於太費工夫，成本也在合理範圍之內。目前風力 發電最常用的風車，稱之為水平軸式升力型風車。為什麼叫做升力型風車呢？因為這型風車 轉動的原理，其實與飛機機翼提供升力之原理一致。機翼因為種種飛行要求常有不同之翼形 剖面，而翼形剖面又影響攻角和升力的關係。因為風車是剛體，轉動時風車翼尖速度較快， 葉片根部速度較慢，於是，為了使葉片每一部分都能在適當攻角範圍內充分提供升力，所以 使風車葉片的造型頗有學問。 現代風車葉片的性能主要決定於四項因素【6,7,8,9】 ： (1) 在風車轉動時，傾角要使攻角在合理的範圍之內，風車葉片每一區段都不能發生失 速、或者負攻角的現象。 (2) 翼形剖面要儘可能有利於導流而產生升力（當燃，為了結構安全，設計時也會取得 某種妥協）。 (3) 葉片本身的面積與葉片掃過的面積，兩者之間的比例要適當。葉片本身面積和葉片 掃過面積的比例，也稱為 Solidity。這項要求，在原理上是為了避免葉片之間的氣流 干擾。這適當比例，有經驗值可供參考（見圖 3）。上網站上查 Solidity of wind turbine 關鍵字，即可找到相關資料。簡單的說，葉片先端的速度與風速的比值（周速比） 愈大，葉片密度（Solidity）就愈小；反之，周速比愈小，葉片密度愈大。 (4) 葉面正面的形狀。這項因素的影響較為不明顯，所以大部分葉片都僅製成根部較寬 的長條狀。 工程也是一種尋求平衡的藝術，常見的風力發電所使用的風車都是三葉片的水平軸式風 車，為什麼是三葉片，而不是二葉片，一葉片或是四葉片呢？四葉片的風車密實度較高，所 以它的最佳功率的周速就比較低，也就是說最佳功率的周速比，就要比三葉或二葉風車的周 速比更低。為了獲得比較大的風能功率，風車直徑都不小，所以即使風車慢慢轉（巨型風車 轉速雖不高），周速比也已到達所需的值。三葉片的巨型風車的轉速就已經不高，所以必須 用增速齒輪箱或直驅式發電機。四葉片的巨風車轉速更低，即使力矩（扭力）不小，但增速 齒輪的增速比例更要加大，直驅式發電機之設計使用更不容易。 二葉片的風車，因風車密實度較小，最佳輸出功率的周速比較高，轉速也較快，但是： （1）周速比高，如果風速快時，風車尖端可能比風速快 10 倍左右，風車翼端就會產生更大 的噪音，並損失一些能量。（2）升力型風車啟動較為困難，低轉速或靜止時，扭力不大，二 葉片的風車啟動性較差。 一葉片的風車和二葉片的風車有著類似的問題，所以綜合成本、啟動性能、增速齒輪和 直驅式發電機的使用，三葉片之風車在各種考量中取得平衡，各方面都能符合一定程度地需 求，所以就定型了。
參、 有助於推廣的新做法
利用桐木（木質較軟），不難製作一具合乎上述條件的風車葉片，製成之風車性能比一 般科普活動中的風車來得好。但造成的粉塵汙染使得許多人望而卻步；儘管製作合乎要求的 木製風車其實有些訣竅，過程也常令人灰頭土臉，但仍然有許多老師奮不顧身地參與專業木 製風車的科教活動。 另一方面，過去的科普教育活動中，風車的製作大致有以下幾種方式。（1）用寶特瓶直 接剪開，再用手折成風車形狀。（2）用厚紙板或用巴沙木板製成風車葉片，再組合成風車。 （3）作者用桐木板經複雜製程做出合乎現代風車原理的風車。（4）將巴沙木薄片，以熱水、 模具等，變形成風車葉片，以基本滿足傾角合理的要求。 以平面的紙或木板製成的風車，以及用寶特瓶剪成的風車，雖然簡易，但無法凸顯現代 風車的特徵，性能也較為遜色。作者製成的木質風車，雖然能相當充分地表現專業風車的原 理，但製程非一般教師所能準備，過程也製造許多垃圾。而將巴沙木薄片，以熱水浸泡等， 在模具彎曲或適當的傾角，過程相當耗時，也十分麻煩，也同樣不易推廣（參見表一）。 表一：各種製程的優缺點 本方法 保特瓶 平板 彎曲巴沙木板 作者原方法 攻角（安裝角） 佳 差 差 可 最佳 翼形剖面 可 差 差 可 最佳 葉片密實度 佳 可 可 佳 最佳 葉片形狀 佳 可 可 可 最佳 製程可行性 易 易 易 難 難 費用 低 低 低 高 高 本文探討的方法，製程乾淨俐落，準備也不至於太費工夫（參見表二），成本也在合理 範圍之內。 表二：所需的材料 編號 材料 規格 用途 1 PVC 板 長約 20cm，寬約 2.5m，厚 1mm 製作葉片 2 桐木板 長約 25cm，寬約 4cm， 製作模具 3 螺絲釘 直徑 2mm，長 15mm 組合風車 4 螺絲釘帽 配合螺絲釘 組合風車 5 PVC 板 厚 8mm 製作風車軸部 6 鋼棒 直徑 1mm，長 100mm 製作車軸直徑 7 熱風槍 110V，1000W 加熱 PVC 板 8 水刀加工 裁切 PVC 板及桐木板 9 砂紙、鑽頭 製作模具之工具 作者利用 PVC 板受熱軟化變形，遇冷又定形之特性，結合模具的技巧，設計出一種相當 有效的製程，分述如下：（一）葉片模具製作 1. 先設計葉片的形狀和尺寸，用厚 1mm 的 PVC 板作為葉片材料。尺寸和形狀如圖 4 所 示。為了節省成本，並考慮科普活動的實際狀況，以及演示的效果，通常風車直徑不 超過 45 公分。因為尺寸較小的風車，以一般的電扇吹拂，即能轉得飛快；另外的原 因則是成本較低，更有利於推廣。 圖 4：1mm 厚的 PVC 板先割成葉片的形狀 2. 再研製一個木質（桐木）模具：模具形狀配合 PVC 葉片的形狀。一方面注意傾角（影 響運轉時葉片各區段的攻角）從根部到翼尖逐漸變小的要求，另一方面仍然做出翼形 剖面的大致形狀。所以模具得先繪出葉片後緣斜線（見圖 5(a)），再逐漸雕刻、打磨出 葉片剖面之外形（類似機翼上半部曲面） （見圖 5(b)）。模具中葉片之長度約 200-202mm 葉片根部寬 35mm，配合葉片形狀，在 60mm 處，葉片寬度開始收縮，到葉尖處，寬 28mm（參見圖 4）。在雕刻、刨削的過程中多少有些依賴實務經驗，模具凹下的曲面 為葉片上半部的曲面，大約在 1/4~1/3 處，為葉片上半部最厚的部分，也是模具凹入 曲面最深的部分。其餘部分（見圖 5(a)），儘可能符合葉片上半面應有的形狀（見圖 2）。 當然，為了製作方便，先用水刀切出 PVC 和木質模具的外形。
圖 5(a) 照片 圖 5(a)：照片偏下方的斜線即為後緣線 圖 5(b)：模具 3. 再將完成後之模具安裝在底座上，以便使用時更為穩固，方便進行擠壓工作。 4. 模具上的葉片根部處有兩個小孔，葉片 PVC 平板根部也有兩小孔，以便於用螺絲釘鎖 定兩者。此外，模具四周裝有若干小木塊，使 PVC 板更為穩妥地置放在模具中，這樣 模具也就大功告成。 （二）葉片成型 先用螺絲將 PVC 葉片板固定在模具上，以方便接下來的擠壓過程（見圖 6）。再用熱風 槍加熱 PVC 葉片板（見圖 7）。熱風槍吹出的風溫度頗高，約 15 秒鐘即使 PVC 葉片板軟化， 軟化後 PVC 板具有非常適合此方法的特性：當 PVC 板溫度達到軟化溫度時，PVC 板不會變 得可以流動的軟化情形，PVC 板仍然大致維持一平面，它必須加壓力才會緊貼膜具，但軟的
PVC 板仍傾向回復到平板的形狀，所以必須持續加壓，PVC 板逐漸冷卻就不再回復平板的形 狀。如果某些地方仍未緊貼膜具而確實形成設計要求的形狀，則可以再加熱使其變軟，再重 覆加壓的過程。作者先用牙刷或戴手套的手指擠壓 PVC 板，使它緊靠下方的模具（見圖 8）， 以形成風車葉片的最終形狀（見圖 9），在不斷擠壓的過程中，PVC 板逐漸冷卻硬化，最後定 形。最後拆下螺絲釘，用冷水進一步冷卻 PVC 葉片，完全硬化其形狀。 圖 6：安放在模具上的 PVC 葉片平板 圖 7：用熱風槍加熱模具上的 PVC 板 （外形像吹風機的工具即為熱風槍，吹出的熱風溫度遠高於吹風機。） 圖 8：PVC 板軟化後，先用牙刷或戴手套的手指擠壓 PVC 板，使它緊靠下方的模具，在過程中，須不 斷擠壓，同時讓 PVC 板逐漸冷卻硬化。
圖 9：PVC 板逐漸冷卻硬化後形成風車葉片的形狀 （三）風車軸承與支架 圖 10：加裝支架的風車 見圖 10，再製作一簡易的支架。支架基本上呈ㄩ字形，長 11cm，前後豎起之木板高 32mm，前後木板上分別安裝前後 2 軸承。風車轉軸由前後兩軸承固定，風車毂部與軸承之 間套一小塑膠管，以避免風車直接與軸承或支架摩擦。ㄩ字形支架下方加裝一小把手，以方 便握住。最後用四枚螺絲釘，將葉片與風車中間轂部結合（圖 11 (a) (b)），就製成了具有現 代風車特徵、合乎現代風車工作原理、在教學中能彰顯現代風車相關的原理【10】 的風車，而 參與者能在其中學得豐富的知識。 由於製程簡易，毫無粉塵木屑之困擾，生手花大約 10 分鐘即能完成一具風車（圖 12）， 但製作葉片不須要耗費 10 分鐘，所以 40 人參與的科普活動，只要十組模具，2 小時從容製 作，即能人手一具風車。換言之，在場地不致於太零亂、人員不致於太疲憊的狀況下，短時 間內即可生產多具風車。若要結合微型發電機，活動時間略增加到三小時，也已十分充裕。
從準備活動的角度來看，只要台幣 1000 元，就可以生產 12 具風車組件，大量生產，單 具成本應能進一步降低。手套、螺絲起子、模具與熱風槍都能重覆使用，更添方便。 圖 11(a)：完成的風車零件 圖 11(b)：葉片與風車中間毂部結合，短時間能完成多具風車。
肆、 風車性能探究與體驗
用 PVC 板經類似模具的技術製成風車，目的在於使製成的風車儘可能接近現代風車。重 要的是，作者必須發展這種製程才能突破目前專業風車科教活動瓶頸。這種製程不會產生大 量的粉塵汙染，成本低，過程舒適（見表一）。但是在理想現代風車和簡易製程之間仍有平 衡點。這樣簡易但易於推廣的製程多少損失了現代風車的專業要求。例如：因為 PVC 板是一 個平板，雖然仍然可以用砂紙修整一下它的前緣和後緣，但基本上它是一平板，終究不能完 全符合各種翼形剖面的形狀。所幸如果葉片尺寸不大（長度只有 20 公分），翼形剖面的影響 較小，特別值得強調的是，即便 PVC 板只是一平板，此方法中之模具仍然至少能製成翼形剖 面上半部的曲面，下半部雖無法用其他方法修飾，但尺寸小時，平板形成的葉片和理想的翼 形剖面之間的差異相當有限。但在於葉片各區域合理的傾角，葉片形狀和風車的密實度各方面，PVC 板製成的風車都 可以非常接近現代風車。 此二葉形風車在極微風中（1-2 m/sec）須略為撥動才能轉動，2 m/sec 以上之風速均能自 動啟動。在 4m/sec 之風速中，使用「閃頻儀」（利用視覺暫留，即能確知轉速），測得轉速可 接近大約 1000rpm。 完成之陽春風車如圖 12 所示，雖製程簡易，但因為基本上符合升力型風車的科學要求， 在一般風扇吹出之風中即能快速轉動；在約每秒 3 - 4 公尺的戶外微風中也能有不錯的表現， 顯現出現代風車優於以平板或寶特瓶剪製而成的一般教具風車。圖 10 為簡易支架上的風車， 也有不錯的性能。 圖 12：直接用一碳纖桿穿過風車毂部，讓它轉動。 在一般較大尺寸的風扇吹拂之下，轉速即能將近 1000 rpm。 當然，這類升力型風車都有啟動較為遲緩的特性，這在都市中顯然較為不利，因為都市 中的風力時有時無，變化較大，啟動較為遲鈍即為缺點，這具自製風車也有類似的問題。所 幸在穩定風速吹拂之下，還是能夠正常啟動。此外，也可以加裝微型發電機，但最好用沒有 鐵芯的發電機，因為鐵芯之磁力會阻礙啟動。無芯發電機只要沒有感應電流，即不會有磁阻 力，啟動較為容易。 因為符合現代風車原理的微型風車轉速驚人，常能引起好奇，進而探究其中的科學原 理，這也許就是探究與實作課程的精髓吧！
伍、 結語
以簡單廉價的方法製作近乎專業風車的教具，以便用於科普活動，可使專業風車的原理 和製作更容易融入探究與實做的科普活動。這是本文之重點。以下作幾點討論和說明。（一）製作風車葉片的必要性 風車葉不同於螺旋槳及旋翼。如果仔細研究風車葉片，會發現，無論如何前後翻轉的風 車葉片，就是與螺旋槳及旋翼不同。所以坊間有許多模型飛機之旋翼並不能用來取代風車。 因此風車葉片必須設法自製。當然，這自製的過程也具有科教價值。 雖然風車葉片不同於直升機之旋槳，但風車葉片與旋翼機（Autogiro）之旋翼十分類似， 因為兩者均是藉由氣流產生的升力轉動，但風車葉片藉升力使風車轉動，同時使風車受到向 下風方向的力，此力由塔柱承受；而旋翼機則同樣利用旋槳之升力轉動，並利用此升力使飛 機騰空。 （二）機翼、船帆和風車共通的原理 傳統的多帆帆船航行的原理較為複雜，而近年世界最快的帆船，其帆船則與機翼以及風 車葉片更為相近。其實，即使多帆帆船航行時，也利用船帆所受之升力，因多帆的功能可以 發揮類似機翼襟翼之類高升力裝置的功能。但總的來說，機翼和其高升力裝置，產生垂直氣 流方向的升力，使飛機得以飛行。而帆船則利用船帆，也產生升力，利用升力和阻力的合力 向前的分量。於是帆船受側面來風時，仍受到風的合力（阻力與升力之合力）向前分量使船 前行。當然此時升力在向船舷的方向有很大的分量。 風車葉片和帆船的受力情形很相似。也是利用升力和阻力的合力在平行轉動方向的分 量，使風車轉動。 （三）風車獲取能量的情形 風車運轉時，能量大概是如下流動的：風對風車所做的淨功，等於風車動能的增加量。 正常情形下，風對風車做正功，但設計不夠好，或者權衡結構強度或成本，風車也會對空氣 做正功，使空氣的能量增加，而使風車失去少部分動能。但在一般情形下風對風車所做的功 為正值，於是風車的動能增加，轉速加快。當然風車軸承的摩擦力會對風車做負功，但軸承 摩擦力對風車所做的負功，其絕對值必須遠小於風對風車所做的功，所以風車轉速會持續加 快。 但是風車必須在某個特定的轉速範圍內，它的性能表現（亦即風車從風中獲得能量的比 例）才會好。風車轉速太快，一方面風車獲得風能之功率下降，而且被摩擦力所做的負功抵 銷，於是高速轉動的風車轉速就不再增加。 （四）風力發電的情形 風力發電時，發電機會產生磁阻力，其實磁阻力和感應電流的大小成正比，發電機轉動 時，必須同時有電壓和感應電流，才算發電。值得注意的是，風車對發電機做功的功率 G W P (4) 等於風車轉動發電機的角速度 ，乘以風車施加在發電機轉軸的力矩 ，會等於發電機之輸 出功率，
iv PGE (5) 其中，i是發電機發出的電流（正比於風車施加的力矩），v是發電機之輸出電壓（正比於風 車轉速）。 一般的風車PWG是其轉速的函數，嚴格而言是其周速比的函數，亦即是風車葉片尖端 速度和風速的比值的函數。一般風車的輸出功率，會在某一個小範圍內的周速比，輸出功率 達到最大（但力矩並不一定最大）。 設計精良的風車會控制發電機的感應電流，使磁阻力維持在風車輸出功率最大的轉速時 之力矩大小，使風車維持在這樣的轉速下驅動發電機。當然這最佳轉速會隨著風速變化。 所以一般風力發電機都利用 AC 轉 DC 的轉換器，先將不固定頻率的交流電，轉換成直流電， 再用 DC 轉 AC 的轉換器，轉換成電網之 60HZ 交流電，併網供電。 （五）過程與材料的改進 這只是一個好的開始，使用模具製作簡化的專業風車仍有改進的空間。例如： 1. 製作模具上方之對應模具，硬化定型時，就不必不斷擠壓軟化的 PVC 板，直接蓋上上 方模具，即可搞定。 2. 用其他可變形重物壓住軟化的 PVC 板，也不失為一可行的辦法。 3. 一片葉片可用多層 PVC 板構成，亦即用一層加上一層的方式，加強葉片之強度，也略 為改善翼形剖面。 風車不同於飛機的螺旋槳，因此，無法用玩具飛機之螺旋槳取代風車，而科學教育講究 求真求實，所以能夠以便於科教活動的方式，研製專業風車，對提升風能教育十分重要。 （六）與專業風車之差異與限制 以本文方法研製的風車，與專業風車的差異與限制如下：在原理上，本文研製的風車只 有在翼形剖面上遜於專業風車，其餘均大致相符，但在工程上本文研製的風車不如專業風車 耐用，強度較差。 （七）科普活動過程中的心得 風力發電之科教內容原本十分精彩，包括：升力、阻力與攻角的關係（這是航空工程的 重要知識）；帆船行駛的原理（這部分有其發展歷史之古趣和現代高速水翼帆船的驚奇）；以 及相對速度、做功原理等，既有一定的深度和廣度，又與生活息息相關，是極佳的探究與實 作課程內容。 即便作者本身做了不少準備工作，熟能生巧，技藝嫻熟，約二十分鐘即能製作一具長 70 公分的木質風車，也由衷敬佩許多捨身投入的老師，深為臺灣第一線科教師長之熱忱與活力 【5】 感動莫名，此 70 公分的木質風車性能相當優越，很吸引師生注意與異趣。但一直未能突 破推廣不易的瓶頸。而本文之工作應可有助於打破這項瓶頸。作者將進一步藉此新的可行方 法，推廣專業風車之科普教學。
參考文獻
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Professional Wind Turbine for Science Education
Chien-Heng Chou
College of Aviation and Engineering, Vanung University chou0717@gmail.com
Abstract
In addition to solar power, wind power can be described as the most reliable green energy at present. Wind power technology is already very mature, but it is still developing. Unlike the windmills assembled in other science activities, the author has been emphasizing the scientific principles of windmill operation for many years and advocating the production of professional windmills. In this article, the author modifies the windmill process, which was difficulty and inconvenient and designs a simpler method to make a windmill that still conforms to the principle of significant knowledge about windmills. Such a windmill still has the performance of a professional windmill. It can still be used to carry out windmills science education that highlights the principle of professional windmills. This alternative approach has broken through the bottleneck of the scientific education of professional windmills. On the one hand, it can use such professional windmills to introduce the exciting content of windmill technology. On the other hand, the costs, manpower, and problems caused to the venues of the actual activities are all limited to a completely feasible scope.
