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「翼」想「船」開—水翼船初探及水翼船模型製作

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Academic year: 2022

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(1)

金門地區第 61 屆中小學科學展覽會 作品說明書

科別:物理科 組別:國小組

作品名稱:「翼」想「船」開—水翼船初探及水翼船模型製作 關鍵詞:水翼船、模型、製作

編 號:

(2)

目錄

摘要 ………1

壹、研究動機 ………1

貳、研究目的 ………2

參、研究設備及器材 ………2

肆、研究過程或方法 ………3

伍、研究結果 ………13

陸、討論 ………17

柒、結論 ………18

捌、參考資料及其他 ………18

(3)

摘要

在一次自然課,老師分享新能源交通工具的影片給我們看,得知有水翼船這種交通工具,

我們覺得很新奇也很有興趣,想要來研究並嘗試自行製作水翼船模型。我們先上網蒐集各種 跟水翼船有關的資訊並用最低的預算來製作水翼船。從完全不懂開始,我們一步一步進行製 作及改善:

一、水翼船資訊蒐集及原理探索。

二、水翼船設計及製作。

三、水翼船測試、改善並再製作。

從蒐集來的水翼船資訊來探討其優缺點,嘗試設計、製作及測試,從錯誤、失敗中學習 知識,雖然不一定能造出滿意的船,但未來的下一次科展,我們將設計及製作出更好,更實 用的水翼船。

壹、研究動機

在一次自然課,老師分享新能源交通工具的影片―塞車有解!法國水上計程車 水翼船 塞納河「起飛」―給我們看,得知有水翼船這種交通工具,我們覺得很新奇也很有興趣,想 要來研究並嘗試自行製作水翼船模型。金門本島和烈嶼島之間的大橋即將建造完成,未來若 建好通車,現有大型的交通船勢必大幅降低使用率!影片中,法國水上計程車水翼船是以電 動船的方式來推行,並運用水力、風力及太陽能來充電,行駛時,環保安靜無汙染,船身離 開水面阻力小,既平穩又節省能源,很適合烈嶼地區用來發展水上觀光呢!現在電動機車、

電動汽車和公車已經在金門的路上行駛了,金門要推動環保成為低碳島,電動水翼船或許可 以成為下一個選項。所以,我們先上網蒐集各種跟水翼船有關的資訊並用最低的預算來製作 水翼船。從完全不懂開始,從失敗中尋找方法並改進缺失,我們一步一步進行製作及修正。

(4)

貳、研究目的

我們想要了解水翼船運行的知識原理,並在網路上搜尋和水翼船相關的文章及影片,列 出一些製作水翼船模型必須要有的零件,根據所需的東西到以下幾個地方:1.資源回收場 2.

五金賣場 3.網路賣場 4.書局等,找來或買齊所有東西。我們也決定一邊做一邊測試及改良,

嘗試做出可正常運行的水翼船模型。若最後未能成功做出可運行的水翼船,將繼續研究改良,

期望於下次科展能呈現出成功的水翼船模型。

以下是我們的研究目的:

一、 探究水翼船的原理及其優缺點。

二、 製作可運行的水翼船。

三、 提供此次研究結果及製作經驗給學弟妹繼續進行研究。

參、研究設備及器材

器材名稱 器材數量 器材名稱 器材數量 器材名稱 器材數量 遙控船 一部 數位相機 一部 AA 電池(1.5V) 四顆 7.4V 直流馬達 一顆 鐵尺 一支 2.3-3mm 聯軸器 一顆 小型螺絲起子 一組 切割墊 一片 美工刀 一支 PP 瓦楞板 二片 木板 若干片 5mm 珍珠板 四片 10mm 珍珠板 四片 膠帶及膠帶台 1 組 紙膠帶 1 捲 1.5mm 六角板手 一支 木條 若干 寶特瓶 3 個

保麗龍板 二片 鋸子 一把 砂帶機 一部

焊錫槍

(電烙鐵) 一支 模型船 3mm 船

軸總成 一組 熱熔膠槍及

熱熔膠 一組

(5)

肆、研究過程或方法

本研究欲探討水翼船的原理及其優缺點,並製作水翼船模型。首先,我們一面搜尋水翼 船的相關資料並列出優缺點,一面觀看網路上製作遙控船及水翼船的影片,同時上網搜尋購 買遙控船。

一、水翼船的原理及其優缺點

(一)水翼船的原理及分類:

在國立海洋科技博物館網頁中,有提到:水翼船(Hydrofoil)是在船艏、船艉 部分裝上水翼,水翼的設計和原理與我們較熟悉的機翼相似,都是利用流體力學產 生動升力的原理。在船剛發動時,水翼船和普通船一樣是浮在水面上滑行,等到速 度加快,沈在水中的水翼便逐漸產生揚升力,把船體舉出水面,航行時所遇阻力便 會減至最低,除可減少燃料消耗外,並可提升航速。

水翼船依其水翼型態又可分為「半浸式」(圖 1)水翼和「全浸式」(圖 2)水翼兩大 類(圖 3)。因為在水翼飛航時,「半浸式」水翼會有部份是浸在水中,而部份則會割 破水面露在空中。較新的水翼船則是採用倒 T 型的水翼,這種水翼被稱為「全浸式」

水翼。

圖 1 半 浸 式 水 翼 船 (摘自國立海洋科技博物館網頁) 圖 2 全 浸 式 水 翼 船 (摘自國立海洋科技博物館網頁)

(6)

圖 3 從前方觀看:左為半浸式水翼,右為全浸式水翼(摘自維基百科)

在華人百科網頁中,也有提到:水翼艇是一種依靠水翼的上、下壓強差來抬高 船體,從而達到快速航行的船舶。其原理是在流體中,流速越大的位置,壓強越小。

當船在水中高速航行時,水翼船的水翼上表面凸起,他與船體間的水流速度大,壓 強小。下表面的水流速度小,壓強大。因此在水翼的上、下表面存在向上的壓力(壓 強)差,上方壓強小於下方壓強,產生一個合壓強,使其產生一個向上的合力。所以 船體被抬高了。

在百科知識-水翼的網頁提到:水翼是水中運動的機翼。它與機翼在空氣中運動 一樣能產生舉力。水翼艇就是利用水翼的這種特性把艇體托出水面,使流體阻力大 為減小的交通工具。另外,同時也講到流體力學的特點,水翼運動於水中,水的密 度約為空氣密度的800倍,故同樣外形和運動狀態的水翼,其升力比飛機機翼的升力約 大800倍,支撐同樣的重量,水翼需要的面積比機翼要小得多。同時,水翼所受的摩擦 阻力和誘導阻力也相應增大。

(7)

(二)水翼船的優缺點:

網頁或出處 優點 缺點

國立海洋科技博物館-水翼船 1. 航行時所遇阻力便會減 至最低,除可減少燃料 消耗外,並可提升航速。

2. 「全浸式」水翼受海浪 的影響比「半浸式」小。

3. 全浸式水翼船在大浪的 海上行走時更為穩定,

亦更為舒適。

1. 全浸式水翼設計上對自動 控制系統要求較高,如果 水翼船突然失速(例如發 動機嚴重故障,或者因碰 撞而突然減速),飛航中 的船身可能會突然掉回水 中,造成意外。

維基百科 1. 當船的速度逐漸增加,

水翼提供的昇力會把船 身抬離水面(稱為水翼 飛航或水翼航行,

Foilborne),從而大為減 少水的阻力和增加航行 速度。

2. 水翼船(主要是全浸型)

的主要是能夠在較為惡 劣的海情下航行,船身 的巔簸較少。而且高速 航行時所產生的興波較 為少,對岸邊的影響較 低。

1.全浸式水翼設計不具自我 穩定的特性。

2.全浸式水翼設計上對自動 控制系統要求較高,如果水 翼船突然失速(例如發動機 嚴重故障,或者因碰撞而突 然減速),飛航中的船身可 能會突然掉回水中,造成意 外。

3.主要在製造大型的水翼 船、或進一步提高速度,目 前還存有技術困難。

4.要進一步提高速度,水翼在 高速下會產生氣泡(空蝕,

Cavitation)的問題亦需要解 決。

5.全浸式水翼的結構及控制 較為複雜,亦令成本上漲。

6.水翼船使用燃氣引擎花費 燃料較多亦是商業運作上 的考慮之一。

船百問 1. 「水翼船」是爲了擺脫水 所形成的阻力再加上水

1. 水的密度為空氣的800 倍,再加上水面波浪所形

(8)

面波浪所形成的「波阻 力」會隨著前進速度越 來越快而急速性的增加 的這個限制而設計出來 的,是透過水中翼來讓 船身完全浮出水面,降 低水中阻力來提高速 度。

成的「波阻力」會隨著前 進速度越來越快而急速 性的增加。

2. 理論上不容易大型化,也 不適合用來運輸重物,主 要用在短距離的旅客運 輸上。

華人百科 1.水翼船(主要是全浸型)的 主要是能夠在較為惡劣的 海情下航行,船身的巔簸 較少。而且高速航行時所 產生的興波較為少,對岸 邊的影響較低。

1.主要在製造大型的水翼 船、或進一步提高速度,

但還存有技術困難。

2.要進一步提高速度,水翼在 高速下會產生氣泡(空 蝕,Cavitation)的問題亦需 要解決。

3.全浸式水翼的結構及控製 較為復雜,亦令成本上 漲。

4.水翼船使用燃氣引擎花費 燃料較多亦是商業運作上 的考慮之一。

網路影片: Hydrofoil Sportfoil Tragflächenboot

1. low power:2.2kw 2. low speed:12 km/hr

低馬力和低速即可讓自 製船身浮出水面上

綜合以上的優缺點,我們可以保留其優點部分,發展小型船身,動力改成電動的,充 電由再生能源供給,既環保節能又能享受其安靜、平穩、舒適的乘坐體驗。取其長捨其短,

既符合金門烈嶼低碳環保訴求,又能提供另一種觀光的新選項。另外,出海捕魚的漁民,

很多都是在近海捕魚,改成電力驅動及加裝水翼後,便可以節省燃料開支,又不會汙染環 境,一舉兩得。推廣電動水翼船可以說不只是金門烈嶼,更是所有離島提振觀光的新選項 與新希望。

(9)

二、製作遙控水翼船模型

首先,為了瞭解遙控船及製作遙控水翼船,我們特別上網去買了一部遙控船來研究,

並著手設計第一艘水翼船,未來會有使用不同材質製作水翼船的版本,以下用「版本」加 上國字數字來稱呼每一版本的水翼船,例如「版本一」為所製作的第一艘水翼船,以下類 推。

(一)版本一:使用木板+遙控船

1. 一開始,我們對於船隻製作完全不懂,剛好所有的組員都參加過學校的木工社團,

對於木材加工並不陌生,又獲准可以使用木工機器,大家就決定第一艘水翼船就 是用木頭來製作了。

2. 一開始,我們設計了木頭版的水翼船外殼,但對控制水翼船前進後退和加速減速,

完全不懂,只好想出幫遙控船穿上木頭外殼再加上船底部的水翼,這樣水翼船就 完成了。

3. 但問題來了,要有場地可以測試水翼船,但烈嶼已經很久沒下雨,很多水域已經 乾到見底,加上要測試船隻,得老師加上組員共7個人一起出門,需要向學校申 請派車,要尋找可以測試船隻的水域,還要顧慮到所有人員的安全性,既不方便 又不機動。

4. 為了解決測試船隻的麻煩及問題,我們想出為測試水翼船在學校頂樓建造一個「測 試水道」的瘋狂想法。

(二)建造測試水道

學校有木工社團,所使用的木頭來源是來自烈嶼唯一的一間7-11的木棧板,費用是免 費,所以我們用木棧板拆解下來的木板來製作水道的骨架,這讓我們建造測試水道省了不 少經費。

(10)

1. 利用免費的木棧板來搭建實驗測試水道的骨架。

2. 購買透明防水塑膠布鋪在木頭骨架裡,再提水倒進水道中,便大功告成。

3. 版本一測試:

(1)船身放置水道中可浮起。

(2)船前進時速度不夠快,水翼無法讓船身浮起。

4. 討論:

(1)船身太重,所以速度不快。

(2)馬達馬力不足,無法有足夠升力,所以船浮不起來。

(3)體積太大,阻力則大,速度快不了。

(4)船身進水,導致船體加重。

(5)木頭材質會吸水,導致船體加重。

根據本次測試結果,我們決定捨棄木頭船體,利用其他材質再造一艘船,改善缺點再測 試。

(三)版本二:使用PP瓦楞板+遙控船

1. 根據之前所測試木造船發現之缺點,我們用PP瓦楞板來做船身減輕重量。

2. 因為我們的動力是來自遙控船,所以這一點暫時無法改變。

3. 水翼沿用木造船時的水翼。

4. 之前木造船會進水的缺點,PP瓦楞板的船身則是特別針對這一缺點而改善的。

5. 版本二測試:

(1)因為船身變輕,船速有加快,但是速度依然不夠快。

(11)

(2)PP瓦楞板船無法利用水翼浮起來。

(3)此次測試發現:方向舵因為沒有擺正,所以測試時船身會偏移無法呈直線前進。

6. 討論:

(1)雖然船身變輕,但動力沒有增加,體積沒有變小,所以船速還是不夠快。

(2)沿用版本一的水翼,木頭水翼太大,重量較重,且仍然會吸水,針對此問題,

可縮小水翼大小,並塗上防水層來改善。

根據本次測試結果,我們可以換成保麗龍板做船身,改善缺點再測試。

(四)版本三:使用保麗龍板+遙控船

1. 根據之前所測試PP瓦楞板船發現之缺點,我們用保麗龍板來做船身減輕重量。

2. 動力仍是來自遙控船,沒有改變。

3. 水翼改用PP瓦楞板製作。

4. 重量有較之前的PP瓦楞板的船身更輕。

5. 版本三測試:

(1)雖然船身變輕,船速有加快,但是速度依然不夠快。

(2) 保麗龍板船還是無法利用水翼浮起來。

6. 討論:

(1)雖然船身變輕,但動力沒有增加,體積沒有變小,所以船速還是不夠快。

(2)水翼船的體積太大,感覺動力和船身大小不成正比,可以考慮更強的馬達。

(3)這個版本的馬達又大又重,動力表現沒有想像中好。

(4)目前所作的改善只有針對重量減輕,外型沒有變化,都是四四方方,阻力很大,

未來可考慮較流線型的設計。

(12)

根據本次測試結果,我們決定捨棄外加的船身,直接使用遙控船本身再加裝水翼,可以 再減輕重量。

(五)版本四:遙控船+自製木頭水翼

1. 以現成的遙控船直接加裝水翼,這樣我們就有了流線型船身。

2. 加裝水翼所使用的支架用PP瓦楞板來製作。

3. 水翼用木頭模成機翼的形狀,並塗上護木油防水。

4. 版本四測試:

(1)船速是目前最快的,船的前半部有些微抬升,但不明顯。

(2)因為重量的關係,船速還不足以讓船浮起來。

5. 討論:

(1)需要再減輕船重。

(2)可考慮換另一種材料製作,因為遙控船本身還是很重。

(3)船槳位置要往下調整,若船可順利浮起來,船槳才不至於空轉。

根據本次測試結果,需要尋找更輕的材料來製作船身,初步決定為寶特瓶。調整船槳的 位置倒船身以下,水翼選擇用塑膠材質來代替,目前已找到兩支塑膠尺來做水翼。

(六)版本五:使用寶特瓶製作水翼船

1. 我們找到一個1250ml和一個2000ml的寶特瓶,但1250ml的空間較小,無法放下從遙 控船拆下的所有零件,所以用2000ml的寶特瓶做船身。

2. 調整後船槳角度大約45度,船槳伸出船身以下約8cm的位置。

3. 水翼用兩支相同的塑膠尺來代替。

(13)

頭重腳輕傾斜45度的問題。

5. 為了解決船身傾斜的問題,我們找了兩個相同的小寶特瓶,固定在大寶特瓶的兩 側,解決了傾斜的問題。

6. 版本五測試:

(1)實際放至大水池測試,發現船在前進時算是輕快,但會前傾,這是一個嚴重的 問題,於是決定立即中止測試。

7. 討論:

(1)因為頭重腳輕的緣故,導致船在前進時會前傾。

(2)此版本的重心太高,增加船的不穩定度。

(3)此版本的重量跟前一版差不多,所以船速仍然不夠快。

(4)因為又加上了兩個小寶特瓶,增加船的體積也增加了船的阻力,降低船速。

(5)若可以,希望下個版本能夠將此顆較重的馬達換掉,改為體積較小、較輕且馬 力較強的馬達。

(6)建議改用較硬且較輕的珍珠板作為船身材料,並將馬達位置降低以增加船身的 穩定度。

根據本次測試討論結果,我們決定換成體積較小,重量較輕,且馬力較強的馬達。船身 材料,改成厚度0.5cm的模型用珍珠板,並將馬達傾斜30度以降低重心。以現成的遙控船身為 藍本,設計流線型的水翼船。

(七)版本六:製作小型珍珠板水翼船

1. 用A4大小、厚度0.5cm珍珠板製作小船。

2. 因為小船內部空間有限,無法將所有的零件全部放入,必須疊加到船身以上,雖 然船身的平衡沒有左右傾斜的問題,但重心卻有點前傾。

(14)

3. 如果船身能夠放大,內部零件的安排即可更佳,就不會有前傾的問題。

4. 版本六測試:

(1)實際放至水槽測試,發現此版本出現跟上版本一樣的前傾問題,但已有大大的 改善。

(2)雖然已把重心降低,受限小船的空間不足,零件擺放還是比船身高一些,導致 船身有輕微前傾,前進時也有側傾的現象,雖不嚴重,但只能慢速行駛,不適 合高速,否則衝太快水會越過船身,會有進水的問題。

5. 討論:

(1)馬達盡量安裝在船的中心線上,才不會有側傾的現象。

(2)螺旋槳的安裝要和水翼一樣高。

(3)小船的空間有限,內部零件無法安置妥當,造成船身不穩定,建議將船身放大。

(4)受限於只能買到A4大小的珍珠板,需要克服製造大船的問題。

(5)安裝螺旋槳時,角度不要太大,以免把前進的力量分散。

(6)製作放大版船身時,建議將船身兩側加高,避免進水。

根據本次測試結果,我們將再製作放大版船身,並將船身兩側加高,調整螺旋槳與水翼 同高。

(八)版本七:製作放大版珍珠板水翼船

1. 由於只有A4大小珍珠板,為了製作放大版水翼船,我們只能以拼接方式來解決。

2. 將船的兩側加高,避免在高速狀態下產生進水問題。

3. 船體再拚接時,補強用的珍珠板不要黏在船體外側,以免增加阻力。

(15)

5.馬達要安裝在船的中心線上,需低於船身,才能讓船在行進時較穩定。

6.流線型設計減少阻力。

7. 版本七測試:

(1)雖然船身放大,但重量只增加一些,所以船速是所有版本最快的。

(2)船在行進時,水仍然會漫過船體,造成進水,導致船身變重,不如預期。

8. 討論:

(1)雖然船身兩側已經加高,但船速依然造成水漫過船身,進水後船身變重,所以 未來船身的設計要做到密封,避免進水的問題。

(2)船身內部零件的配置,盡量安排在船的後半段,改善前傾及水漫過船身的問題。

(3)水翼的面積可以再縮小,也許可以增加船的穩定性。

根據本次測試結果,水翼船的製作尚未成功,目前所製作的經驗可作為下次製作的基礎。

伍、研究結果

一、水翼船的原理、分類及優缺點:

(一)原理及分類:

1.水翼船(Hydrofoil)是在船艏、船艉部分裝上水翼,水翼的設計和原理與我們較熟悉 的機翼相似,都是利用流體力學產生動升力的原理。在船剛發動時,水翼船和普通船 一樣是浮在水面上滑行,等到速度加快,沈在水中的水翼便逐漸產生揚升力,把船體 舉出水面,航行時所遇阻力便會減至最低,除可減少燃料消耗外,並可提升航速。

2.水翼船依其水翼型態又可分為「半浸式」水翼和「全浸式」水翼兩大類。因為在水 翼飛航時,「半浸式」水翼會有部份是浸在水中,而部份則會割破水面露在空中。

較新的水翼船則是採用倒 T 型的水翼,這種水翼被稱為「全浸式」水翼。

(16)

(二)水翼船的優缺點:

1.優點:

(1)航行時,當船的速度逐漸增加,水翼提供的昇力會把船身抬離水面,從而大為減 少水的阻力,除可減少燃料消耗外,並可提升航速。

(2)水翼船(主要是全浸型)主要是能夠在較為惡劣的海情下航行,船身的巔簸較 少,在大浪的海上行走時更為穩定,亦更為舒適。而且高速航行時所產生的興 波較為少,對岸邊的影響較低。

(3)水翼船能夠以較低的動力(low power:2.2kw)和低的船速(low speed:12 km/hr)即

可讓素人自製的船身浮出水面上。

2.缺點:

(1) 全浸式水翼設計不具自我穩定的特性,因此水翼結構設計上對自動控制系統要 求較高也較為複雜,亦令成本上漲,如果水翼船突然失速(例如發動機嚴重故 障,或者因碰撞而突然減速),飛航中的船身可能會突然掉回水中,造成意外。

(2) 在製造大型的水翼船、或進一步提高速度(水翼在高速下會產生氣泡(空蝕,

Cavitation)的問題亦需要解決),目前還存有技術困難。所以理論上不容易大型 化,也不適合用來運輸重物,主要用在短距離的旅客運輸上。

(3) 水翼船使用燃氣引擎花費燃料較多亦是商業運作上的考慮之一。

二、各版本自製遙控水翼船模型:

(一)、版本一:使用木板+遙控船

1.船身本身太重、木頭材質會吸水加上船身進水導致船體更加重,所以速度不快。

(17)

3.根據測試結果,我們決定捨棄木頭船體,利用其他材質再造一艘船,改善缺點再測試。

4.為了解決測試船隻的問題,我們在學校頂樓建造一個「測試水道」來測試水翼船。

(二)、版本二:使用PP瓦楞板+遙控船

1. 雖然船身變輕,沒有進水,但動力沒有增加,體積沒有變小,船速還是不夠快,所 以PP瓦楞板船無法利用水翼浮起來。

2. 此次測試發現:方向舵因為通電後無法擺正,測試時船身會偏移無法呈直線前進。

3. 沿用版本一的水翼,木頭水翼太大,重量較重,且仍然會吸水,針對此問題,可縮 小水翼大小,並塗上防水層來改善。。

4. 根據本次測試結果,我們可以換成保麗龍板做船身,改善缺點再測試。

(三)、版本三:使用保麗龍板+遙控船

1.雖然船身變輕,但動力沒有增加,體積沒有變小,所以船速還是不夠快。

2.這個版本的馬達又大又重,動力表現沒有想像中好。

3.目前所作的改善只有針對重量減輕,外型沒有變化,都是四四方方,阻力很大。

4. 根據本次測試結果,我們決定捨棄外加的船身,直接使用遙控船本身再加裝水翼,

可以再減輕重量。

(四)、版本四:遙控船+自製木頭水翼

1. 船速是目前最快的,船的前半部有些微抬升,但不明顯。

2. 因為重量的關係,船速還不足以讓船浮起來。

3. 沿用版本一的水翼,木頭水翼太大,重量較重,且仍然會吸水,針對此問題,可縮 小水翼大小,並塗上防水層來改善。。

4. 根據本次測試結果,我們可以換成保麗龍板做船身,改善缺點再測試。

(18)

(五)、版本五:使用寶特瓶製作水翼船

1. 實際放至大水池測試,發現船在前進時算是輕快,但因為馬達太重,造成頭重腳輕 的緣故,導致船在前進時會前傾進水,這是一個嚴重的問題,於是決定立即中止測 試。

2. 根據本次測試討論結果,我們決定換成體積較小,重量較輕,且馬力較強的馬達。

船身材料,改成厚度0.5cm的模型用珍珠板,並將馬達傾斜30度以降低重心。以現成 的遙控船身為藍本,設計流線型的水翼船。

(六)版本六:製作小型珍珠板水翼船

1. 實際放至水槽測試,發現此版本出現跟上版本一樣的前傾問題,但已有大大的改善。

2. 雖然已把重心降低,受限小船的空間不足,零件擺放還是比船身高一些,導致船身有 輕微前傾,前進時也有側傾的現象,雖不嚴重,但只能慢速行駛,不適合高速,否則 衝太快水會越過船身,會有進水的問題。

3. 根據本次測試結果,我們將再製作放大版船身,並將船身兩側加高,調整螺旋槳與水 翼同高。

(七)、版本七:製作放大版珍珠板水翼船

1. 雖然船身放大,但重量只增加一些,所以船速是所有版本最快的。

2. 船身兩側已經加高,但船速依然造成水漫過船身,進水後船身變重,測試不如預期。

所以未來船身的設計要做到密封,避免進水的問題。

3.根據本次測試結果,水翼船的製作尚未成功,目前所製作的經驗可作為下次製作的基 礎。

(19)

陸、討論

在「遙控水翼船模型設計、製作」過程中發現:在完全不懂遙控船及水翼船,等於是從 零開始,從錯誤、失敗中學習知識,尋找方法並改進缺失。我們一步一步進行製作、透過討 論及修正,雖然不一定能造出滿意的船,但我們是越來越了解遙控船和水翼船的運行原理和 知識。

綜合各版本的水翼船製作中:

1. 使用木頭並非不能做船,只是重量是水翼船的缺點,木頭要選擇輕的且要做防水處 理,也許是可行的。

2. 前三個版本的造型太方正,若船身能靠著水翼浮離水面,也許造型不是大問題,但 流線型總是阻力最小,比較沒問題的設計。

3. 從版本一到版本五,我們總執著在同一顆馬達不肯放棄,總是絞盡腦汁想著一定有 什麼解決方法可行,結果馬達本身的重量太重,馬力不夠強,被重量這個問題困擾 我們太久。幸好版本六及時跳出框架,來個全身大改造,遙控水翼船製作才露出一 點曙光。

4. 但好景不常,被船身材料只能買到A4大小的高密度珍珠板困住,只能製作小船身!

只能說離島資源有限!而且書局的厚片高密度珍珠板被我們搜刮一空了!

5. 不得已只好將二片A4黏起來,充當A3尺寸來用,但畢竟是拼接的,沒有單一一片來 得好,但已是無米之炊下所能想到的解決方法了!雖然最後船身沒有成功浮起來,

但跟當初版本一比起來,實在進步太多了!

6. 最後不得不說,測試水道的製作,解決了測試船隻的很多麻煩!即使雨天也不用擔 心無法測試呢!

(20)

柒、結論

一、經過對水翼船的研究和實作後,我們知道:水翼船有優點也有缺點,只要避免掉缺點,

例如:不要做大型水翼船,朝小型化與電動化發展是可行,這樣既環保節能又能讓大 部分的人負擔的起。而且很適合離島利用來發展觀光,惠而不費,何樂而不為!

二、利用現成的遙控船改裝成水翼船是有可能成功的,網路影片有成功的例子,但對於完 不懂且沒有經驗的門外漢,需要花比較多的時間摸索。

三、水翼船的製作,一開始還是朝向船身輕量化,馬達輕且動力強的方向,會節省很多時 間及材料的花費!

四、水的密度是空氣的800倍,因此,水翼的的製做可以朝向小型化設計。

五、測試水道的製作,是在沒有辦法中想到的好辦法,印證了「山不轉路轉」這句話呢!

經由這次遙控水翼船製作,可以清楚了解到遙控船和水翼船是如何運作的。也讓我們了 解到,只要肯用心、不放棄,還是能找到解決之道!小型化電動水翼船是水翼船未來可以發 展的方向,善加利用乾淨的再生能源來做電動水翼船的動力是不會對我們地球的環境造成負 擔,也是未來金門、烈嶼可以考慮的新海上交通工具,觀光也好,漁民出近海捕魚也好,甚 至出海賞鷗賞鳥等,都是一個好選擇!未來,會繼續朝向製作出確實可運行的遙控水翼船,

也期許在電動水翼船能在節能減碳上為地球的環境盡一份心力。

捌、參考資料

1. 自然與生活科技,第三冊,第四單元,交通工具與能源。台南市:康軒教科書 2. 自然與生活科技,第四冊,第四單元,活動2,電路與開關。台南市:康軒教科書 3. 自然與生活科技,第四冊,第四單元,活動3,電的應用。台南市:康軒教科書

(21)

5. 自然與生活科技,第七冊,第四單元,活動3,電磁鐵的應用。台南市:康軒教科書 6. 自然與生活科技,第八冊,第一單元,活動3,動力的傳送。台南市:康軒教科書 6. 自然與生活科技,第八冊,第三單元,活動3,珍惜自然資源。台南市:康軒教科書 7. 國立海洋科技博物館-船舶與港口終身學習網路教材-船舶種類-未來船舶發展/水翼船。取

自 http://ship.nmmst.gov.tw/ship/content/131/525 8. 水翼船 - 維基百科,自由的百科全書。取自

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E7%BF%BC%E8%88%B9

9. 超高速的水翼船有兩種? | 船百問 。取自 http://honeycake.info/archives/549

10.水翼艇 -船舶:水翼艇是一種依靠水翼的上、下壓強差來抬高船體,從而達到快 -華人百 科。取自

https://www.itsfun.com.tw/%E6%B0%B4%E7%BF%BC%E8%88%B9/wiki-3408106 11. Hydrofoil Sportfoil Tragflächenboot。取自Hydrofoil Sportfoil Tragflächenboot - YouTube

數據

圖 3 從前方觀看:左為半浸式水翼,右為全浸式水翼(摘自維基百科)  在華人百科網頁中,也有提到:水翼艇是一種依靠水翼的上、下壓強差來抬高 船體,從而達到快速航行的船舶。其原理是在流體中,流速越大的位置,壓強越小。 當船在水中高速航行時,水翼船的水翼上表面凸起,他與船體間的水流速度大,壓 強小。下表面的水流速度小,壓強大。因此在水翼的上、下表面存在向上的壓力(壓 強)差,上方壓強小於下方壓強,產生一個合壓強,使其產生一個向上的合力。所以 船體被抬高了。  在百科知識-水翼的網頁提到:水翼是水中運動的機翼。它

參考文獻

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