認識戰鬥機與客機的設計科學 &

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創意科學DIY課程---崇友文教基金會

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認識戰鬥機與客機的設計科學 &

★自己動手做好玩的滑翔機模型★

Introduction to Flight – Aircrafts Design

講師：國立成功大學航空太空研究所碩士陳俊中 (Adion Chen)

& 國立台灣大學生物化學暨分子生物研究所碩士曹毓倫 (蝦蝦)

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一張精彩的示意圖或照片勝過千言萬語的文字描述

這就是看圖說故事系列課程的基本精神

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課程大綱—看圖說故事

• 觀看精彩電影----機戰未來★Stealth

• 航空飛行器飛行的科學—升力‧ 阻力‧推力

• 航空飛行器空氣動力學與流體力學

• 戰鬥機與軍用飛機的設計科學

• 隱形戰機/隱形艦的設計科學與隱形原理

• 美國隱形飛機F22/F117/B2‧中國J-2戰機

• 噴射客機‧直昇機‧噴射引擎的設計科學

• 特論:太陽能飛機‧太空梭‧火星飛機‧防空飛彈

• 自己動手做飛機模型‧創意科學模型設計

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飛機與航空器研發設計與操作的相關知識重點

• ＊飛機的構造與飛行原理

• ＊飛機的翼剖面設計與升力

• ＊伯努力伯努利原理（Bernoulli's Principle）

• ＊飛機的副翼(aileron) ＊襟翼(flap)

• ＊飛機的升降舵(elevator) ＊方向舵(rudder)

• ＊減速板(spoiler) ＊機體結構(structure)

• ＊飛機的各種引擎(Turbojet, turbofan)

• ＊飛機的起落架(landing gear)

• ＊飛機的控制系統(flight control system)

• ＊導航(navigation)/飛行模擬(flight simulator)

• ＊先進戰機＊戰鬥機＊轟炸機＊攻擊機

• ＊戰機空氣動力學＊戰機設計是一種藝術

• ＊F-16隼 (台海安全的守護神)

• ＊F-22猛禽戰鬥機＊聯合打擊戰鬥機/F-35

• ＊F-117隱形戰機＊B-2隱形轟炸機

• ＊B-1可變翼超低空突襲轟炸機

• ＊Su-27俄國蘇愷戰機＊Su-30 ＊Su-37

• ＊S-37前掠翼戰機＊Rafale疾風戰機

• ＊EF-2000颱風戰鬥機

• ＊台灣的IDF經國號戰機研發祕辛

• ＊美國航空太空總署NASA實驗飛機X-29A

• ＊認識台灣的國防武器裝備＊F-16戰鬥機

• ＊幻象2000-5戰鬥機＊E-2T空中預警機＊天弓二型防空飛彈＊AIM-7麻雀飛彈

• ＊天劍二型中程空對空飛彈＊天劍一型短程

• ＊AIM-120先進中程空對空飛彈

• ＊AIM-9響尾蛇短程空對空飛彈

• ＊P－3C型獵戶座岸基反潛巡邏機

• ＊S－2T型反潛巡邏機＊S－70C反潛直升機

• ＊AH－1W型超級眼鏡蛇攻擊直升機

• ＊直昇機概論＊直昇機的種類＊主旋翼

• ＊直昇機的尾旋翼＊無尾旋翼型先進直昇機

• ＊雙主旋翼型直昇機

• ＊直昇機總體設計

• ＊隱形直昇機RAH-66卡曼契(Comanche)

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(1)實作課程的精彩剪影

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大家專心地聽課--學習隱形戰機的科學知識

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Adion老師講解隱形戰機的科學知識

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Adion老師講解客機的科學知識

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"戴子姊姊"跟大家解說課程裡的注意事項

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創意飛機模型

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Adion老師

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Adion老師跟大家解說飛機模型設計製作上的重點

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蝦蝦老師

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蝦蝦老師在調整飛機的重心位置

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蝦蝦老師在調整飛機的重心位置

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"戴子姊姊"跟大家解說課程裡的注意事項

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家長與小朋友一起合力製作自己的創意飛機模型

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蝦蝦老師在調整飛機

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創意飛機模型

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小朋友們完成自己的創意飛機模型後跟Adion老師合影

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小朋友們完成自己的創意飛機模型後跟Adion老師合影

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(2)知識課程的教材資料

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電影“機戰未來”

裡的前掠翼式

先進隱形戰機

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電影“機戰未來”裡的前掠翼式先進隱形戰機

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航空飛行器飛行時受到升力‧重力‧阻力‧推力

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Æ 高速飛行的防空飛彈採用低阻力外型設計

有趣的空氣動力學—阻力 (Drag force)

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有趣的空氣動力學—阻力

Æ高速跑車採用低阻力外型設計 Æ高速的機車也必須

有低阻力外型

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有趣的空氣動力學—阻力

Æ台北 101摩天大樓設計時需經過風洞吹試，

以確保強風吹襲時不會劇烈搖晃或震動.

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Taipei 101摩天

大樓的風阻尼器

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有趣的空氣動力學—阻力 Æ 低阻力外型的太陽能車

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有趣的空氣動力學—阻力 Æ 不同形狀的火箭彈頭

有不同的阻力係數

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降落傘利用阻力的原理與設計科學

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Æ 在大氣層中飛行必須考慮空氣阻力，

不過在太空中飛行就完全不需考慮空氣阻力。

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有趣的空氣動力學—升力 (Lift force)

Æ 飛機為什麼能在空氣中飛翔？

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有趣的空氣動力學—升力

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當氣流流經機翼時，由於機翼的阻礙導致流管截面變小，而導致機翼上下表面的空氣流速均增加。但由於機翼上表面的彎度大於下表面彎度，根據伯努利定律可知上表面氣流的流速整體上要高於下表面氣流速度，也就是說氣流作用在機翼上表面的靜壓整體上小於作用在下表面上的靜壓。由於上下表面壓差的存在，使得機翼最終受到向上的合力，亦即升力。

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伯努利原理（Bernoulli's Principle）

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飛行力學—飛行的穩定性

許多先進戰機會故意設計成先天不穩定，以便擁有絕佳的靈活性。透過電腦補償操空，可將先天不穩定的飛機控制得很良好。

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Æ 故意設計成先天不穩定的先進戰機 CP CG

CP CG

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Æ 設計成先天不穩定的AIM-120先進中程空對空飛彈

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軍用飛機的種類

• ◎戰鬥機

• ◎戰略轟炸機

• ◎戰鬥轟炸機

• ◎攻擊機

• ◎電戰機

• ◎偵察機

• ◎空中加油機

• ◎運輸機

• ◎直昇機.

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飛機發動機(引擎)

• ◎渦輪噴射引擎(早期戰鬥機用)

• ◎渦輪風扇引擎(噴射客機用)

• ◎渦輪螺旋槳引擎(螺旋槳飛機用)

• ◎渦輪軸引擎(直昇機用)

• ◎衝壓引擎.

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戰機設計—以幻象2000為例

• 幻象2000是繼美國F-16之後，世界上第二種採用電傳操控(Fly by Wire)系統的戰鬥機

• 三角翼的優點：超音速阻力小、結構輕、剛性好、

大攻角時震動小、機翼載荷低

• 幻象2000大量採用碳纖維和硼纖維複合材料，結構輕，按面績律設計的蜂腰機身

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隱形戰機—機體與機翼形狀的設計

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隱形飛機—雷達隱形原理

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隱形飛機—雷達隱形原理

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中國大陸的隱形戰機—J-20

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中國大陸隱形戰機J-20 vs. 美國隱形戰機F-22

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隱形艦艇與傳統軍艦設計思想上的差異

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傳統軍艦的設計

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隱形艦艇—船體形狀的設計

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美國SR71高空高速偵察機

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B2隱形轟炸機的設計

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美國F-22猛禽隱形戰機

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客機的設計—引擎‧機翼‧機身的最佳化配置

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可變翼戰機的設計—速度與升力的取捨(F-14)

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戰機從航空母艦的軌道上彈射起飛

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認識戰鬥機與客機的設計科學 &

★自己動手做好玩的滑翔機模型★

Introduction to Flight – Aircrafts Design

一張精彩的示意圖或照片 勝過千言萬語的文字描述

(1)實作課程的精彩剪影

(2)知識課程的教材資料

電影“機戰未來”

裡的前掠翼式

先進隱形戰機

有趣的空氣動力學—阻力 (Drag force)

有趣的空氣動力學—阻力

Taipei 101摩天

大樓的風阻尼器

一張精彩的示意圖或照片勝過千言萬語的文字描述