中華民國第 61 屆中小學科學展覽會 作品說明書

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排版\080109-封面

國小組 物理科

080109-封面

太乙飛豬的祕密～紙製有翼飛行筒探究

學校名稱：臺中市西屯區上安國民小學

作者： 指導老師：

小六 賴朋禹 小六 張禕信 小六 陳宥澄 小五 柯建廷 小五 陳桂鈞

蘇子傑 郭秀惠

關鍵詞：太乙飛豬、飛行筒、機翼

摘要

本研究來自於YOUTUBE 網站很熱門的影片～「太乙飛豬」飛行器的好奇，太乙飛豬是 一種以摺紙方式製成的紙製有翼飛行筒，以自由落體投放時，能出現滑翔前進、盤旋等狀況。

研究以改良的製作方式及自製投放裝置，針對紙製飛行筒的製作方式、機翼有無及造型、筒 身配重及造型等因素，進行飛行效果的定量實驗。實驗方式測量飛行筒投放後的飛行時間、

距離，並記錄飛行軌跡、落點分布，配合簡易風洞及慢動作錄影，確認各項因素影響飛行效 果的結果。研究結果發現「中空環狀、上短下長的有尾造型，及前緣適當配重」的飛行筒是 造成穩定飛行的主要因素，可能因白努利定理產生升力，而機翼的構造反而不利穩定飛行，

但能製造「迴旋」的飛行效果。

壹、研究動機

去年在YOUTUBE 網站上，有一種特別的紙摺飛行器非常熱門，構造是以一張方形紙折 成特殊造型的圓筒，並加上一片長條狀的機翼，樣子神似動畫電影《哪吒之魔童降世》裡，

太乙真人乘坐的飛豬座騎，因此有「太乙飛豬」的稱號（如圖1-1-1）。

雖然圓筒狀的飛行器已有相當多的研究，但「太乙飛豬」的圓筒有類似尾巴的造型，又 加上了機翼，這是在其他筒狀飛行器中少見的形式。除此之外，「太乙飛豬」是由高處做自由 落體的投放，卻能有滑翔或是盤旋的飛行效果，這也與一般用投擲或旋轉丟出的方式相異。

我們對這樣簡單的紙摺飛行器卻能產生特別的飛行效果很有興趣，不過因摺紙的製作方 式對於研究限制較大，我們試著以方便定量測試的標籤貼紙條取代，並藉由飛行時間、位置 與飛行軌跡、落點分布的紀錄，研究改變飛行器的機翼、配重、筒身造型，對飛行器飛行效 果的影響，最後則藉由簡易風洞及慢動作錄影的觀察，驗證「太乙飛豬～紙製有翼飛行筒」

特殊飛行效果的祕密。

貳、研究目的

一、探討製作與投放紙製有翼飛行筒的最佳方式 二、探討定量測量有翼飛行筒飛行效果的方式 三、製作方式與機翼構造對飛行筒飛行效果之影響 四、機翼造型對有翼飛行筒飛行效果之影響

五、筒身配重對有翼飛行筒飛行效果之影響 六、筒身造型對有翼飛行筒飛行效果之影響

七、紙製有翼飛行筒於風洞測試及慢動作錄影之研究

圖1-1-1 太乙飛豬飛行器 與電影造型比較

參、研究設備及器材

一、紙製有翼飛行筒材料與工具：

（一）有翼飛行筒材料：A4 影印紙、18mm 寬雙面膠、24mm 寬雙面膠。

（二）投放裝置材料：電線壓條、圓形磁鐵、中國結繩、PP 板、絕緣膠帶。

（三）製作工具：鉛筆、尺、美工刀、剪刀、焊槍。

二、風洞裝置：10 吋排風扇、透明桌墊、吸管、PP 板、熱熔膠、絕緣膠帶、棉線。

三、測量設備：碼錶、捲尺、書面膠帶

四、記錄設備：數位相機、平板電腦、描軌跡用投影膠片、實驗記錄表。

圖3-1-1 飛行筒材料 圖3-1-2 風洞裝置 圖3-1-3 測量設備 圖3-1-4 記錄設備

肆、研究過程或方法

研究首先依據YOUTUBE 影片中介紹的紙摺有翼飛行筒作為參考，改良為方便製作、調 整型態的製作方式，及適合的投放裝置，研究取代摺紙的製作方式與進行定量測量飛行效果 的方法。其次分別針對紙製有翼飛行筒的機翼有無、機翼造型、筒身配重、筒身造型的改變，

配合數據量測與飛行軌跡的繪製，探討紙製有翼飛行筒造型與飛行效果之關係。最後利用自 製的簡易風洞設備及慢動作錄影紀錄，驗證空氣流動對於紙製有翼飛行筒飛行效果的影響。

一、初探實驗～紙製有翼飛行筒製作與投放方式改良

（一）初探網站紙製有翼飛行筒的實驗：

1.紙摺有翼飛行筒：

經過查詢網路上許多相關紙製有翼飛行筒或太乙飛豬飛行器影片，研究決定 先依據YOUTUBE 影片《BIRD SHAPED PAPER AIRPLANE GOES VIRAL IN CHINA !》所介紹的紙摺有翼飛行筒製作方式，進行初探實驗：（表 4-1-1）

表4-1-1 紙摺有翼飛行筒步驟

步驟1.將 A4 影印紙裁切

成正方形 步驟2.將正方形紙對摺 步驟3.將其中半面的三角

形再對摺

步驟4.重複步驟 3，共摺

三次成1/8 寬

步驟5.將對摺後的紙帶摺 入另一邊三角形底部

步驟6.將三角形捲成筒

狀，兩底角黏合

步驟7.裁切適當大小的長

方形紙作為機翼

步驟8.將機翼黏貼於三角

形底角連接處

2.投放紙摺有翼飛行筒實驗：

由研究者用手握住飛行筒的尾端，以自由 落體之方式由高處投放（圖4-1-1），測試地點 與結果如下表4-1-2：

表4-1-2 投放紙摺有翼飛行筒地點與結果

投 放 地 點

A.

走廊上 高舉手

B.

走廊上 架設鋁梯

C.

二樓教室 走廊

D.

四樓教室 走廊

E.

活動中心 二樓通道

高 度

150cm 220cm 550cm 1350cm 480cm

實 驗 結 果

有小幅度的向前滑翔，或 迴旋半圈降下，但落地時 間太快，無法觀察完整飛 行狀況。

有明顯的滑翔或是迴旋狀 況，尤其在四樓投放更明 顯，過程中飛行筒會有出 現幾次前緣浮起的「抬頭」

現象。但高樓投放受風的 影響很大。

能觀察明顯 的滑翔或旋 轉降下的效 果，關閉門 窗避免風的 影響。

3.初探實驗問題分析：

（1）紙摺方式製作有翼飛行筒雖然簡便，但不易調整機身樣式、紙帶配重與位 置，不利於後續實驗。

（2）前方紙帶摺疊多層，造成飛行筒不容易形成完美的圓筒狀，形成許多稜角，

容易使製作出的有翼飛行筒存在造型上的差異。（圖4-1-2）

（3）依據投放結果發現，投放高度不足，有翼飛行筒飛行的效果不明顯，建議 投放高度需在一層樓（3m）以上高度。

（4）因有翼飛行筒採用紙製，重量很輕，於室外進行實驗，容易受到風的影響，

實驗需於無風的大型室內場地（如活動中心）進行。

（5）採用手持投放，每位研究者的投放動作不一致，應有統一的投放工具。

（6）初探實驗發現，有翼飛行筒投放時常形成盤旋向下的飛行狀況，若投放位 置有柵欄或牆面，容易投放後就發生碰撞，使實驗失敗。（圖4-1-3）

圖4-1-1 手握投放實驗

圖4-1-2 紙摺有翼飛行筒造型差異 圖4-1-3 投放後碰撞柵欄或牆面

（二）紙製有翼飛行筒製作方式改良：

1.「紙帶摺疊」改為「標籤貼紙條黏貼」：

針對摺紙方式製作紙製有翼飛行筒的問題，我們試著在不變動原有造型、尺 寸與重量的前提下，使用與原機身相同大小的等腰直角三角形 A4 紙捲成筒狀，

而原本紙摺多層的紙帶，則以文具店購得的一種A4 全張標籤貼紙取代。

改良方式（1）：將標籤貼紙裁成與原本紙帶相同的結構，從短到長的梯形紙條，

一層層黏上，因為標籤貼紙和原本 A4 影印紙材質不同，經過測 量，7 層的梯形標籤貼紙條，與原本 8 層的 A4 紙帶重量相似，故 僅黏貼7 層標籤貼紙條。（圖 4-1-4、4-1-5）

圖4-1-4 梯形標籤貼紙條取代摺紙帶 圖4-1-5 與原紙帶重量相似

改良方式（2）：由於梯形紙條的製作與黏貼仍較為麻煩，且不易等量增減重量，

因此我們再試著將標籤貼紙條改為單純的長方形紙條，長度取A4 紙短邊（21cm）、寬度取前述紙帶寬度（1.9cm），經過測量，4 層 長方形紙條的重量與原本的紙帶相似。（圖4-1-6、4-1-7）

圖4-1-6 長方形標籤貼紙條取代摺紙帶 圖4-1-7 與原紙帶重量相似 摺紙帶（8 層）

長條貼紙條（4 層）

摺紙帶 1.56 克

標籤貼紙條 1.55 克 摺紙帶（8 層）

梯形貼紙條（7 層）

摺紙帶 1.56 克

標籤貼紙條 1.60 克

2.確認黏貼尺寸：

因為紙製飛行筒非常輕，僅增減一些雙面膠或黏貼位置偏離，就可能影響配 重。為了讓製作出的有翼飛行筒能有一致性的規格，我們詳細規劃了黏貼的尺寸，

說明如下圖4-1-8。

圖4-1-8

紙製有翼飛行筒設計圖

藉由上方的設計圖，我們能固定每個飛行筒的黏貼面積及位置（上圖淺橘色 區域），也能透過中央線，準確黏貼機翼、標籤貼紙帶的位置。

（三）投放裝置設計：

1.第一代投放裝置：

（1）裝置說明：利用試管夾、竹筷，用書面膠帶捆緊組合，以試管夾取代手握 減少手投放的差異，前方的圓塑膠片增加與飛行筒的接觸面積，

避免紙筒垂下。（圖4-1-9）

（2）投放方式：於活動中心二樓通道的欄杆上投放，投放裝置放置點以膠帶標 示位置，聽從口令按開試管夾，讓飛行筒自由落下。（圖4-1-10）

圖4-1-9 第一代投放裝置 圖4-1-10 第一代投放裝置投放方式

（3）使用問題：

試管夾張開幅度不足，飛行筒尾端容易在落下時碰撞試管夾下緣。

投放位置距離欄杆太近，飛行筒仍容易在盤旋時撞到欄杆。

2.第二代投放裝置：

（1）裝置說明：（圖 4-1-11）

利用長短各一的電線壓條以絕緣膠帶黏合，較短的一段可自由垂下。

前方貼上塑膠圓片，上下各貼上一個圓形磁鐵，使壓條可夾住飛行筒。

用焊槍在壓條上穿孔。

利用中國結繩穿過前後的孔洞，並打結。

（2）投放方式：於活動中心二樓維修通道的欄杆上投放，投放裝置的放置點用

膠帶標示位置，一手扶住投放裝置，另一手拉起後方繩頭，使 壓條大幅度開啟，讓飛行筒自由落下。（圖4-1-12）

圖4-1-11 第二代投放裝置 圖4-1-12 使用投放裝置的方式

（3）改良成效：

壓條可成 90 度打開，不會影響飛行筒落下。

投放位置伸出欄杆達 1 公尺，增加飛行筒落下時的迴轉半徑，經過測試 可避免碰撞欄杆之狀況。

二、定量測量有翼飛行筒飛行效果之設計

（一）定量測量方式：

1.飛行時間之測量：

由負責計時的研究者持碼錶於活動中心一樓觀察，與投放飛行筒的研究者同 步口令，同時按下碼錶與投放飛行筒，計時者於飛行筒落地時停止碼錶計時，測 量飛行筒從同樣高度（4.8m）自由落至地面的時間，研究飛行筒的滯空能力。

2.飛行距離之測量：

經過初探實驗發現，有翼飛行筒自由投放的飛行效果，與一般手擲機或手擲 飛行筒不同，並非以直線或單向拋物線的方式向前飛出，而是可能朝向四面八方，

甚至以盤旋、迴轉的方式飛行，但由於在空中的實際飛行長度難以量測，所以先 以單純的直線距離進行飛行效果的評估。我們以投放點投射在地面上的位置作為

「原點」，以測量平面上縱向和橫向兩種落地位置，一方面可利用畢氏定理計算 距原點的直線距離，另一方面也可以統計出落點分析。設置方式如下圖4-2-1：

圖4-2-1 飛行距離測量設置方式

若落地縱向位置為x 公尺處、橫向為 y 公尺處，則飛行筒離原點直線距離為：

√|𝒙|^𝟐+ |𝒚 − 𝟏𝟎|^𝟐 公尺。

3.飛行軌跡之測量：

由於在初探實驗中發現有翼飛行筒會呈現盤旋、迴旋等特殊的飛行方式，因

為前述距原點的飛行距離測量及落點位置，都無法完全表現飛行筒的飛行狀況，

我們決定要記錄下飛行軌跡，方式如下：

（1）錄影：從活動中心舞台，以數位相機固定位置錄影飛行筒飛行過程。

（2）回放：在平板電腦上定格回放飛行軌跡。（圖 4-2-2）

（3）描圖：將透明投影片平鋪在平板電腦螢幕上，以奇異筆描繪飛行經過的 點，再將其連成飛行軌跡。（圖4-2-3）

（4）背景：另取投影片繪製螢幕中活動中心的立體背景供對照。（圖 4-2-4）

（5）記錄：將同項目的飛行筒飛行軌跡投影片，疊於背景圖上，以影印機掃 描成單一圖檔，即可觀察飛行軌跡的差異與變化。（圖4-2-5）

圖 4-2-2 於平板上回 放飛行過程

圖 4-2-3 用奇異筆將 飛行軌跡描點連線

圖 4-2-4 繪製活動中 心背景框架

圖 4-2-5 將飛行軌跡 與背景進行掃描

（二）減少誤差之實驗設計方式：

經過初探實驗發現，即使在無風的活動中心，同樣規格的紙製有翼飛行筒，

飛行狀況仍有不小的差異，推論是因為紙製飛行筒重量太輕，許多實驗的因素會 干擾結果（剪裁的精細度、黏貼的位置誤差、紙筒的造型維持、機翼狀況等），為 了減少實驗誤差，我們決定採用以下兩個方式：

1.增加每個實驗項目飛行筒的數量：

針對每個實驗項目，我們均製作 3 個相同的飛行筒，除了以測量的平均值減少 單一飛行筒可能產生的誤差，也可以比較同一項目的飛行筒是否有一致性的飛 行效果。

2.增加每個飛行筒的實驗次數：

針對每個飛行筒，均實施 3 次的實驗，若遇投放或記錄失誤、碰撞牆壁，則會 重做，除了以測量的平均值減少單一次實驗可能產生的誤差，也可以比較同一 個飛行筒是否有一致性的飛行效果。

（三）測量結果之統計方式：

1.平均值：每個實驗項目三個飛行筒各三次實驗（共 9 次）所測得的飛行時間與 飛行距離，計算平均值。

2.變異係數：由於每個實驗項目測得數據的平均值不同，將每個項目測得的飛行 時間與飛行距離標準差除以平均值，得到變異係數的百分比數據，

了解每個實驗項目的飛行效果是否穩定。

3.落點分析：利用每次實驗所測得的縱向及橫向位置，畫出平面上的落點分析，

了解落點分布狀況。

三、製作方式與機翼構造對飛行筒飛行效果影響之實驗設計

在確認實驗的定量測量方式後，我們首先針對製作方式與機翼構造對飛行筒飛行效 果影響進行實驗設計。關於製作方式的影響，我們以YOUTUBE 影片中的摺紙方式，與 改良的兩種標籤貼紙條的方式進行比較，確認是否能以改良的方式取代不易改變實驗因 素的紙摺飛行筒；此外在一開始的研究動機中，我們就對於有翼的飛行筒與一般常見的 無翼飛行筒的差異感到好奇，因此針對三種不同製作方式的飛行筒，各分別設計有翼及 無翼兩種形式，進行比較。

（一）實驗組別：實驗組別以

A、B、C

分別作為摺紙帶、梯形貼紙條、長條貼紙條等三 種製作方式的代號；另外以x 代表無機翼、o 代表有機翼構造。每組各 製作三個飛行筒，如表4-3-1：

表4-3-1 製作方式與機翼構造對飛行筒飛行效果影響之實驗分組 組別 重量（g） 製作方式 機翼 飛行筒照片 A-x-1 3.21

摺紙帶8 層 A-x-2 3.19 無

A-x-3 3.22 A-o-1 4.14 A-o-2 4.13 有 A-o-3 4.14 B-x-1 3.23

梯形貼紙條 7 層 B-x-2 3.26 無

B-x-3 3.27 B-o-1 4.16 B-o-2 4.10 有 B-o-3 4.08 C-x-1 3.06

長條貼紙條 4 層 C-x-2 3.10 無

C-x-3 3.08 C-o-1 4.03 C-o-2 4.07 有機翼 C-o-3 4.05

（二）實驗控制：

1.造型：六組飛行筒均為開口圓周長 26.8cm、筒身長（含尾部）14.9cm。

2.重量：無翼飛行筒重量為 3.15±0.15g、有翼飛行筒重量為 4.1±0.1g。

3.機翼：三組有翼飛行筒機翼均為長 29.7cm、寬 4cm，黏接部分 1.8cm 寬。

4.投放：六組飛行筒投放高度均為 4.8m，採無施力的自由落體方式投放。

（三）實驗步驟：

1.投放者持第二代投放裝置及飛行筒，於活動中心 2 樓通道同一位置就位。

2.錄影者固定位置，開始進行錄影。

3.投放者與計時者同步口令（1、2、放）後，同時拉動投放拉繩與按下碼錶計時。

4.確認飛行筒於飛行過程中未碰觸物體，並落於地面。

5.兩位測量者分別以地面卷尺確認飛行筒落點的縱向及橫向位置。

6.計時者與測量者回報數據給記錄者，錄影結束，完成一次實驗記錄。

7.每組飛行筒重複三次實驗，彙整實驗記錄並描繪飛行軌跡。

四、機翼造型對有翼飛行筒飛行效果影響之實驗設計

在確認改良方式可昨為實驗取代，並了解機翼有無對飛行效果之影響後，研究在維 持長條狀A4 紙的機翼設計下，嘗試以不同的機翼造型～包含機翼的寬窄、長短，設計 不同的有翼飛行筒，進一步研究機翼對飛行效果的影響。

（一）實驗組別：實驗組別以

D、E、F、G

分別作為寬機翼、窄機翼、長機翼、短機翼 等四種機翼造型的代號；另外以C-o 作為對照組，每組各製作三個飛 行筒，如表4-4-1：

表4-4-1 機翼造型對飛行筒飛行效果影響之實驗分組 組別 重量（g） 機翼造型 飛行筒照片 C-o-1 4.03 正常翼

長29.7cm 寬4cm C-o-2 4.07

C-o-3 4.05

D-1 4.98 寬翼 長29.7cm

寬8cm D-2 4.98

D-3 4.95

E-1 3.62 窄翼 長29.7cm

寬2cm E-2 3.58

E-3 3.62

F-1 4.35 長翼 長39.6cm

寬4cm F-2 4.40

F-3 4.34

組別 重量（g） 機翼造型 飛行筒照片 G-1 3.76 短翼

長19.8cm 寬4cm G-2 3.86

G-3 3.83

（二）實驗控制：

1.造型：五組飛行筒均為開口圓周長 26.8cm、筒身長（含尾部）14.9cm。

2.重量：因機翼造型不同，無法控制總重量，但筒身重量均為 3.10±0.1g。

3.機翼：黏接筒身部分均為機翼中央 1.8cm 寬處。

4.投放：五組飛行筒投放高度均為 4.8m，採無施力的自由落體方式投放。

（三）實驗步驟：同前項實驗設計之步驟。

五、筒身配重對有翼飛行筒飛行效果影響之實驗設計

多數的飛行筒裝置，於筒身前緣都會增加配重，本研究以4 層長條貼紙條模擬原本 8 層摺紙帶約 1.55g 的重量，大約為筒身重量的 40％。本項實驗設計透過改變貼紙條的 數量，研究改變飛行筒配重時，對有翼飛行筒飛行效果之影響。

（一）實驗組別：實驗組別以

H、I、J、K

分別作為無貼紙條、2 層貼紙條、6 層貼紙、

條、8 層貼紙條等四種機翼造型的代號；另外以C-o（4 層貼紙條）作 為對照組，每組各製作三個飛行筒，如表4-5-1：

表4-5-1 筒身配重對飛行筒飛行效果影響之實驗分組 組別 重量（g） 貼紙條層數/配重 飛行筒照片

H-1 2.55 無 0g 配重佔0％

H-2 2.53 H-3 2.54

I-1 3.35 2 層 0.8±0.05g 配重佔23.9％

I-2 3.33 I-3 3.35

C-o-1 4.03 4 層 1.55±0.05g 配重佔38.3％

C-o-2 4.07 C-o-3 4.05

J-1 4.9 6 層 2.4±0.05g 配重佔48.8％

J-2 4.94 J-3 4.92

組別 重量（g） 貼紙條層數/配重 飛行筒照片 K-1 5.61 8 層

3.1±0.05g 配重佔55.3％

K-2 5.62 K-3 5.59

（二）實驗控制：

1.造型：五組飛行筒均為開口圓周長 26.8cm、筒身長（含尾部）14.9cm。

2.重量：因配重不同，無法控制總重量，但無黏貼條筒身重量均為 2.5±0.1g。

3.機翼：五組機翼均為長 29.7cm、寬 4cm，黏接部分 1.8cm 寬。

4.投放：五組飛行筒投放高度均為 4.8m，採無施力的自由落體方式投放。

（三）實驗步驟：同前項實驗設計之步驟。

六、筒身造型對有翼飛行筒飛行效果影響之實驗設計

經過前述幾項實驗之結果，我們能對有翼飛行筒的機翼、配重之影響，有初步的了 解，在本項實驗中，我們進一步針對幾項特殊的筒身造型改變進行研究：

1.尾部造型：本研究中的飛行筒另一項特殊造型是上短下長的尾部造型，可能也是 造成特殊飛行模式的原因，我們試著做下列三種尾部造型的調整：

（1）無尾造型：將飛行筒改成上下等長的標準圓筒狀造型，不具尾部構造。

（2）長尾造型：將無尾造型的圓筒縮短，多出來的面積作為較長的尾部構造。

（3）顛倒造型：將飛行筒上下顛倒，貼紙條配重仍貼在下方，使尾部改至上側。

圖4-6-1 無尾飛行筒設計圖 圖4-6-2 長尾飛行筒設計圖

2.固定機翼：本研究製作的飛行筒，因機翼僅是一張長條 狀影印紙，飛行時機翼會出現立起、抖動、

平展等不同的狀況，我們推測可能是因此造 成盤旋的原因，因此本項實驗試著將機翼改 以長14.9cm、寬 8cm 的紙縱向對摺，在不 改變總面積大小的方式下，將機翼變成一個 立起的固定造型。（圖4-6-3）

3.筒身封口：飛行筒的特色是氣流可以從筒中的空間流過，我們試著將筒身的開口，

用直徑8.5cm 的圓形紙封口，實驗對飛行效果的影響。

（一）實驗組別：實驗組別以

L、M、N、O、P

分別作為無尾造型、長尾造型、顛倒造 型、固定機翼、筒身封口等五種機翼造型的代號；另外以C-o 作為對 圖4-6-3 固定式機翼樣式

照組，每組各製作三個飛行筒，如表4-6-1：

表4-6-1 筒身造型對飛行筒飛行效果影響之實驗分組 組別 重量（g） 筒身造型 飛行筒照片 C-o-1 4.03

正常造型 C-o-2 4.07

C-o-3 4.05 L-1 4.16

無尾造型 L-2 4.1

L-3 4.14 M-1 4.2

長尾造型 M-2 4.27

M-3 4.24 N-1 4.2

顛倒造型 N-2 4.2

N-3 4.19 O-1 4.17

固定機翼 O-2 4.2

O-3 4.2 P-1 4.75

筒身封口 P-2 4.76

P-3 4.78

（二）實驗控制：

1.造型：六組飛行筒筒口圓周長均為 26.8cm。

2.重量：除封口增加圓形紙片之重量外，其餘飛行筒重量均為 4.15±0.15g。

3.機翼：除固定機翼造型外，其餘機翼為長 29.7cm、寬 4cm，黏接部分 1.8cm 寬。

4.投放：六組飛行筒投放高度均為 4.8m，採無施力的自由落體方式投放。

（三）實驗步驟：同前項實驗設計之步驟。

七、紙製有翼飛行筒於風洞測試及慢動作錄影之實驗設計

經前述實驗結果，我們對於影響飛行效果的因素進行歸納，但因為飛行過程中無法 近距離觀察飛行筒投放後的飛行狀況，因此我們設計一款簡易風洞裝置，針對歸納出的 因素以風洞裝置作驗證；除此之外，利用慢動作錄影觀察飛行筒自由投放後的飛行樣態，

以了解太乙飛豬造型飛行筒能於自由投放後飛行的原因。實驗設計如下：

（一）風洞裝置設計：經搜尋風洞相關研究，一般自製簡易風洞會有下列四個部分：

【出風段】-產生風的裝置

【收縮段】-縮小風洞直徑將風加速

【整流段】-利用直線導管將風整流成均勻直線前進

【實驗段】-可進行實驗測試的部份

由於本研究飛行筒採自由落體的投放方式，飛行過程並未承受很 強的風，因此我們捨棄「收縮段」設計。研究利用透明桌墊捲成 圓柱作為風洞管，下方以10 吋排風扇作為「出風段」裝置，中央 以PP 板做方盒銜接，並以熱熔膠黏貼約 1000 支吸管於風洞管中 作為「整流段」，風洞管上方則為「實驗段」。如圖4-7-1 及 4-7-2：

圖4-7-2 排風扇（出風段）及吸管（整流段）裝置

（二）風洞裝置實驗方式：

1.實驗組別：經過前面四項實驗，歸納對於飛行效果影響較大的類型，另選擇對 照組C-o 型作為有翼比較，共選擇下列七組飛行筒作風洞測試：

組別 A-x 組 C-x 組 H 組 L 組 N 組 P 組 C-o 組 飛行筒

樣式 手摺無翼 長條貼紙 無翼

無貼紙條

配重 無尾造型 顛倒造型 筒身封口 長條貼紙 有翼 2.實驗步驟：

（1）在每個飛行筒尾端中心 2cm 處黏貼上棉線。

（2）依序將每個飛行筒上的棉線，另一端固定於風 洞實驗段管壁上。

（3）以手持將飛行筒斜下 45 度擺放，模擬飛行筒 投放後重心斜向下的狀況。

（4）開啟排風扇，放開手持，觀察飛行筒受風流動 影響，直到飛行筒不再移動或維持動作為止。

（5）以相機錄影風洞測試過程，並各擷取三張過程照片進行說明。

整流段

出風段 實驗段

圖4-7-3 實驗操作方式 圖4-7-1 自製風洞裝置

2m

（三）慢動作錄影實驗設計：

1.實驗組別：以對照組 C-o 型及無翼的 C-x 型，觀察標準的太乙飛豬造型飛行筒，

於投放後的飛行狀態。

2.實驗步驟：（如圖 4-7-4）

（1）設定可近距離錄影的投放高度：2m。

（2）手機設定為慢動作錄影模式，每秒 240 格畫面，

速度變慢8 倍。

（3）同時以相同的兩部手機，於飛行筒的側面及正面 錄影。

（4）錄影開始後，以投放裝置投放飛行筒，錄影投放 至降落地面之畫面。

（5）錄影結果於電腦上回放，並以回放每秒（實際時間 1/8 秒）截圖一張照片。

（6）將截圖照片裁切出飛行筒區段，並拼接為飛行過程，觀察飛行筒投放後的飛 行樣態。

伍、研究結果與討論

依據各項實驗設計，分別提出研究結果與討論。首先針對初探實驗的研究結果，提出紙 製有翼飛行筒的改良及投放裝置的製作，並討論進行定量測量的方式。其次分別說明飛行筒 製作方式、機翼構造與造型、筒身配重與造型對飛行效果的研究結果，並討論各項變因對飛 行筒飛行效果的影響。最後利用自製的簡易風洞，測試飛行筒在空氣流動時的運動狀態，並 透過慢動作錄影，驗證有翼飛行筒自由落下卻能滑翔或盤旋的主要因素。

一、初探實驗的研究結果與討論

（一）紙製有翼飛行筒製作方式改良結果與討論：

本研究考慮後續實驗需改變飛行筒型態，避免紙摺飛行筒不易改變製作方式 或變因，在同樣使用A4 影印紙及維持相同大小的條件下，改以長 21cm、寬 1.9cm 的標籤貼紙條4 層取代摺疊的 8 層紙帶（重量相仿），黏貼位置偏飛行筒下方，與 原摺疊法配重偏下方相同。貼紙條具有方便增減、調整位置等優點，且不像摺紙 方式造成圓筒有稜角，讓每個飛行筒的造型更趨一致。

另外，研究也固定飛行筒開口直徑、圓筒長度，及機翼尺寸。完成的改良版 紙製有翼飛行筒構造與規格如圖5-1-1：

圖4-7-4 慢動作錄影實驗

圖5-1-1 紙製有翼飛行筒

飛行筒開口圓周

26.8cm

飛行筒開口直徑約

8.5cm

飛行筒底部長度

14.9cm

機翼長29.7cm、寬 4cm 黏接處寬1.8cm

貼紙條長21cm、寬 1.9cm*4 正面錄影

側面錄影

（二）自製投放裝置結果與討論：

本研究為減少手握飛行筒投放之動作誤差，並且讓投放位置盡量遠離欄杆，

避免投放後碰撞欄杆使實驗失敗，製作長形投放裝置。利用 1m 長的電線壓條，

以磁鐵固定前方可鬆放的壓條夾合處，再利用中國結繩於末端拉動投放。利用此 一裝置，投放時壓條開啟角度達90 度以上，裝置不會干擾到飛行筒，伸出足夠的 距離也不易使飛行筒一投放就碰觸欄杆。自製投放裝置與構造介紹如圖5-1-2：

二、製作方式與機翼構造對飛行筒飛行效果影響的研究結果與討論

（一）研究結果：以原手摺8 層紙帶的飛行筒（A 組），改良為 7 層梯形貼紙條（B 組）

及4 層長條貼紙條（C 組），並分別設計無翼（x）、有翼（o）兩種形式，

研究製作方式與機翼構造對飛行筒飛行效果之影響，研究結果如表 5-2-1。

表5-2-1「不同製作方式與機翼構造飛行筒」飛行效果實驗結果統計表

組別

第一次 第二次 第三次

飛行 時間

（s）

縱向 位置 x

橫向 位置 y

飛行 距離

（m）

飛行 時間

（s）

縱向 位置 x

橫向 位置 y

飛行 距離

（m）

飛行 時間

（s）

縱向 位置 x

橫向 位置 y

飛行 距離

（m）

A-x-1

4.40

5.76 1.5

10.27 3.88

6.50 2.10

10.23 4.09

7.10 2.29

10.48

A-x-2

3.86

-1.50 1.31

8.82 3.79

-2.00 4.51

5.84 4.40

9.42 6.48

10.06

A-x-3

4.00

0.00 18.42

8.42 3.09

6.30 12.70

6.85 3.56

5.00 3.80

7.96

A-o-1

3.04

5.78 9.78

5.78 2.43

0.20 7.90

2.11 3.31

2.45 6.40

4.35

A-o-2

3.71

0.74 8.84

1.38 3.46

-1.40 4.10

6.06 4.61

-1.80 15.47

5.76

A-o-3

4.48

5.86 12.43

6.34 3.69

-1.40 11.00

1.72 3.92

-2.00 11.45

2.47

B-x-1

3.72

6.16 15.22

8.07 3.31

8.50 11.43

8.62 3.65

-1.00 1.00

9.06

B-x-2

3.96

4.80 2.82

8.64 4.10

-2.00 4.30

6.04 3.71

6.19 16.36

8.88

B-x-3

4.20

8.56 11.79

8.75 4.21

6.00 8.10

6.29 3.90

6.48 13.40

7.32

B-o-1

2.49

0.80 9.7

0.85 3.71

-1.00 6.00

4.12 2.83

-2.00 14.06

4.53

B-o-2

2.53

0.20 8.8

1.22 3.25

1.40 8.80

1.84 3.82

0.53 10.08

0.54

B-o-3

3.6

0.26 10.1

0.28 3.36

0.60 10.90

1.08 3.19

0.90 10.54

1.05

C-x-1

3.48

6.73 15.32

8.58 3.31

-2.00 16.20

6.51 3.61

0.00 1.35

8.65

圖5-1-2 自製投放裝置 磁鐵

PP 板小圓盤

壓條 中國結繩

1m 長

C-x-2

3.49

8.86 11.38

8.97 3.65

3.60 18.40

9.14 3.91

-1.00 17.92

7.98

C-x-3

4.12

-1.10 16.95

7.04 3.53

-1.70 16.50

6.72 3.57

4.55 13.00

5.45

C-o-1

3.04

0.45 11.1

1.19 2.67

-0.15 11.00

1.01 3.00

0.92 8.50

1.76

C-o-2

3.05

1.30 9.32

1.47 3.05

-0.10 8.41

1.59 3.00

1.30 9.10

1.58

C-o-3

2.69

-0.15 10.95

0.96 2.73

1.94 7.6

3.09 3.88

4.73 13.2

5.71

（二）結果分析與討論：依據研究結果，彙整成各組飛行時間及飛行距離的「平均值」

及「變異係數」統計表，進行比較與穩定性分析，如表5-2-2。

表5-2-2「不同製作方式與機翼構造飛行筒」飛行效果平均值與變異係數統計表 組別 製作方式 機翼構造 飛行時間 飛行距離

平均值 變異係數 平均值 變異係數 A-x 摺紙帶

8 層

無機翼 3.90 10% 8.77 19%

A-o 有機翼 3.63 19% 4.00 52%

B-x 梯形貼紙條 7 層

無機翼 3.86 8% 7.96 14%

B-o 有機翼 3.20 15% 1.72 89%

C-x 長條貼紙條 4 層

無機翼 3.63 7% 7.67 17%

C-o 有機翼 3.01 12% 2.04 74%

圖5-2-1 不同製作方式與機翼構造飛行筒 平均飛行時間比較圖

1.飛行時間討論：

（1）由統計表可發現不同製作方式與機翼構造對 飛行時間影響較小，平均都在 3-4 秒內。進 一步將飛行時間平均值畫為長條圖做比較

（圖5-2-1），則可發現：有翼飛行筒（o）的 飛行時間平均較無翼飛行筒（x）略短；另 外改良的貼紙條飛行筒（B、C），飛行時間 也略短於手摺紙帶（A）。

（2）由統計表發現各項變異係數都在 20％內，代 表飛行的時間較穩定，尤其無翼飛行筒的變 異係數都在10％以內，較有翼飛行筒穩定。

圖5-2-2 不同製作方式與機翼構造飛行筒 平均飛行距離比較圖

2.飛行距離討論：

（1）由統計表可發現機翼構造對於距出發點直線 距離有很大的影響，進一步將飛行距離平均 值畫為長條圖做比較（圖 5-2-2），無翼飛行 筒的平均飛行距離在 7m 以上，有翼飛行筒 則在4m 以下，無翼飛行筒（o）平均飛行距 離明顯較長；另外改良的貼紙條飛行筒（B、

C），平均飛行距離略短於手摺紙帶（A）

。

（2）由統計表發現無翼飛行筒的變異係數皆在 20

％以下，有翼飛行筒的變異係數較大，皆在 50％以上，尤其是貼紙條的有翼飛行筒變異 係數明顯較大，兩種製作皆可達70-80％。

（三）飛行軌跡與落點分析討論：

研究利用錄影方式記錄飛行軌跡，並以飛行筒落地的縱向、橫向位置，進行落點 分析，以了解更詳細的飛行過程與狀況，如表5-2-3。

表5-2-3「不同製作方式與機翼構造飛行筒」飛行軌跡與落點分析表

A-x 手摺紙帶無翼飛行筒 A-o 手摺紙帶有翼飛行筒

B-x 梯形貼紙條無翼飛行筒 B-o 梯形貼紙條有翼飛行筒

C-x 長條貼紙條無翼飛行筒 C-o 長條貼紙條有翼飛行筒

1.飛行軌跡：

（1）此項實驗六組飛行筒，投放後都會在垂直下降一段距離後，出現偏於水平飛 行的軌跡。實際觀察飛行過程中，都有出現數次筒身前緣「抬頭」向上，再 往下降的飛行趨勢。

（2）無翼飛行筒飛行軌跡較少彎折；有翼飛行筒的飛行軌跡有明顯「迴旋」狀況。

（3）手摺紙帶的飛行筒，飛行軌跡差異較大；使用貼紙條的飛行筒，飛行軌跡較 為一致。

2.落點分析：

（1）無翼飛行筒的落點分布較廣；有翼飛行筒的落點則較為集中在原點附近。

（2）有翼飛行筒中，使用貼紙條的飛行筒落點幾乎在原點 3m 範圍內，明顯較手 摺紙帶的飛行筒落點更集中。

（四）綜合歸納：

1.改良的製作方式稍減少飛行時間與距離，但影響不大，可取代手摺紙帶的方式。

2.增加機翼裝置並未提昇飛行時間與飛行距離，反而有所減少，且變異性增加。

3.增加機翼裝置會增加「迴旋」的飛行效果，落點較為集中。

4.本項實驗六種飛行筒都出現筒身前緣「抬頭」造成水平飛行的效果，顯示影響 主因應在於筒身結構，而非原本預測的機翼影響。

三、機翼造型對飛行筒飛行效果影響的研究結果與討論

（一）研究結果：以寬翼（D 組）、窄翼（E 組）、長翼（F 組）、短翼（G 組）四種形式，

並以正常翼（C-o 組）作為對照，研究機翼造型對飛行筒飛行效果之影 響，研究結果如表5-3-1。

表5-3-1「不同機翼造型飛行筒」飛行效果實驗結果統計表

組別

第一次 第二次 第三次

飛行 時間

（s）

縱向 位置 x

橫向 位置 y

飛行 距離

（m）

飛行 時間

（s）

縱向 位置 x

橫向 位置 y

飛行 距離

（m）

飛行 時間

（s）

縱向 位置 x

橫向 位置 y

飛行 距離

（m）

C-o-1

3.04

0.45 11.10

1.19 2.67

-0.15 11.00

1.01 3.00

0.92 8.50

1.76

C-o-2

3.05

1.30 9.32

1.47 3.05

-0.10 8.41

1.59 3.00

1.30 9.10

1.58

C-o-3

2.69

-0.15 10.95

0.96 2.73

1.94 7.60

3.09 3.88

4.73 13.2

5.71

D-1

3.35

-0.82 10.10

0.83 3.20

0.35 9.86

0.38 3.68

0.00 10.10

0.10

D-2

3.46

-1.99 10.25

2.01 3.70

1.28 10.63

1.43 4.06

0.45 10.10

0.46

D-3

3.15

2.54 11.63

3.02 2.96

3.15 10.20

3.16 3.40

1.46 9.80

1.47

E-1

3.89

-2.00 15.35

5.71 3.69

6.17 14.10

7.41 3.81

7.42 10.5

7.44

E-2

3.70

0.83 9.30

1.09 4.20

1.18 9.90

1.18 4.17

1.05 9.40

1.21

E-3

3.08

1.04 10.59

1.20 3.80

0.70 10.16

0.72 3.97

-1.40 13.80

4.05

F-1

3.20

0.50 10.10

0.51 2.80

-0.20 9.40

0.63 3.46

2.09 10.70

2.20

F-2

2.26

0.90 10.68

1.13 2.42

2.10 10.00

2.10 2.81

1.58 9.29

1.73

F-3

3.59

0.77 9.51

0.91 2.97

1.23 8.96

1.61 2.91

1.90 10.80

2.06

G-1

4.85

-0.50 5.41

4.62 4.07

-1.00 9.67

1.05 5.08

-0.50 8.85

1.25

G-2

4.89

-2.10 4.55

5.84 5.00

6.85 7.50

7.29 4.98

2.06 4.70

5.69

G-3

3.18

0.00 11.00

1.00 3.18

0.90 10.57

1.07 3.46

0.17 11.05

1.06

（二）結果分析與討論：依據研究結果，彙整成各組飛行時間及飛行距離的「平均值」

及「變異係數」統計表，進行比較與穩定性分析，如表5-3-2。

表5-3-2「不同機翼造型飛行筒」飛行效果平均值與變異係數統計表

組別 機翼造型 飛行時間 飛行距離

平均值 變異係數 平均值 變異係數

C-o ^{正常翼 長}29.7cm、寬 4cm 3.01 12% 2.04 74%

D ^{寬翼 長}29.7cm、寬 8cm 3.44 10% 1.43 78%

E ^{窄翼 長}29.7cm、寬 2cm 3.81 9% 3.33 86%

F ^{長翼 長}39.6cm、寬 4cm 2.94 15% 1.43 46%

G ^{短翼 長}19.8cm、寬 4cm 4.30 19% 3.21 81%

圖5-3-1 不同機翼造型飛行筒 平均飛行時間比較圖

1.飛行時間討論：

（1）由統計表可發現不同機翼造型對飛行時間 影響較小，平均都在3-4 秒左右。進一步將 飛行時間平均值畫為長條圖做比較（圖 5-3-1），則可發現機翼較窄（E）、較短（G）

的飛行筒平均飛行時間較長；機翼較寬

（D）、較長（F）的飛行筒，平均飛行時間 較短。且長短機翼造型差距超過 1 秒、寬 窄機翼造型則僅差距0.5 秒以內，顯示機翼 長度影響較大。

（2）由統計表發現各項變異係數都在 20％內，

代表飛行時間穩定。

圖5-3-2 不同機翼造型飛行筒 平均飛行距離比較圖

圖5-3-3 機翼大小與飛行距離關係圖

2.飛行距離討論：

（1）由統計表可發現機翼的造型，對於距出發 點直線距離有很大的影響，進一步將飛行 距離平均值畫為長條圖做比較（圖5-3-2），

則可發現機翼較窄（E）、較短（G）的飛 行筒平均飛行距離明顯較長；機翼較寬

（D）、較長（F）的飛行筒，平均飛行時間 明顯較短。

（2）若一併與對照組（C-o）相較，不論是機翼 寬窄或長短，都可以發現與平均飛行距離 有負向關連，雖然不是絕對的反比關係，

但會隨著機翼越由窄到寬、由短到長，平 均飛行距離也會漸漸減小。（圖5-3-3）

（3）由統計表發現，除了長翼飛行筒飛行距離 變異係數低於 50％外，其他各種機翼造型 的飛行筒，飛行距離的變異係數差異都很 大，達70-90％。

（三）飛行軌跡與落點分析討論：

研究利用錄影方式記錄飛行軌跡，並以飛行筒落地的縱向、橫向位置，進行落點 分析，以了解更詳細的飛行過程與狀況，如表5-3-3。

表5-3-3「不同機翼造型的飛行筒」飛行軌跡與落點分析表

C-o（對照組）

正常翼飛行筒飛行軌跡與落點分析

D 寬翼飛行筒飛行軌跡與落點分析 E 窄翼飛行筒飛行軌跡與落點分析

F 長翼飛行筒飛行軌跡與落點分析 G 短翼飛行筒飛行軌跡與落點分析

1.飛行軌跡：

（1）寬翼飛行筒飛行軌跡與對照組相似，但下墜的狀況較明顯。

（2）窄翼飛行筒飛行狀況與對照組相似，但迴旋範圍更大、無迴旋直線飛出的數 量較多，變化性較高。

（3）長翼飛行筒飛行軌跡呈現不規則墜落狀況。

（4）短翼飛行筒飛行軌跡迴旋範圍較大、迴旋數較少，飛行效果的變化性很大。

2.落點分析：

（1）寬翼和長翼飛行筒，落點分布比對照組更集中，多在原點附近，尤其是長翼 飛行筒最明顯。

（2）窄翼和短翼飛行筒，落點分布比對照組更廣。

（四）綜合歸納：

1.機翼大小（寬度或長度）與平均飛行時間、平均飛行距離均為負向的關聯。

2.過長的機翼將會明顯減弱飛行效果，呈現不規則墜落。

3.本研究中，短翼飛行筒有最長的平均飛行時間（4.3 秒），若要製作滯空時間最 長的紙製飛行筒，可考慮此種造型與比例。

四、筒身配重對飛行筒飛行效果影響的研究結果與討論

（一）研究結果：以無配重紙條（H 組）、2 層配重紙條（I 組）、6 層配重紙條（J 組）、

8 層配重紙條（K 組）四種形式，並以原始 4 層配重紙條（C-o 組）作 為對照，研究筒身配重對飛行筒飛行效果之影響，研究結果如表5-4-1。

表5-4-1「不同筒身配重飛行筒」飛行效果實驗結果統計表

組別

第一次 第二次 第三次

飛行

（s） 時間 縱向 位置 x

橫向 位置 y

飛行

（m） 距離

飛行

（s） 時間 縱向 位置 x

橫向 位置 y

飛行

（m） 距離

飛行

（s） 時間 縱向 位置 x

橫向 位置 y

飛行

（m） 距離

H-1

3.83

0.40 9.95

0.40 3.80

0.98 9.50

1.10 3.81

0.80 10.00

0.80

H-2

3.82

-0.10 8.22

1.78 3.40

-0.64 9.79

0.67 3.82

1.21 8.70

1.78

H-3

3.70

0.80 9.35

1.03 3.90

0.24 10.00

0.24 4.11

0.40 9.67

0.52

I-1

4.38

0.70 9.29

1.00 3.84

0.50 10.00

0.50 3.86

0.64 10.60

0.88

I-2

3.88

2.20 9.99

2.20 3.91

0.30 9.79

0.37 3.99

0.60 7.10

2.96

I-3

3.71

0.35 10.03

0.35 3.91

0.75 9.50

0.90 3.96

2.00 11.84

2.72

C-o-1

3.04

0.45 11.10

1.19 2.67

-0.15 11.00

1.01 3.00

0.92 8.50

1.76

C-o-2

3.05

1.30 9.32

1.47 3.05

-0.10 8.41

1.59 3.00

1.30 9.10

1.58

C-o-3

2.69

-0.15 10.95

0.96 2.73

1.94 7.60

3.09 3.88

4.73 13.20

5.71

J-1

2.37

1.10 10.01

1.10 2.60

1.00 6.85

3.30 2.48

0.62 10.00

0.62

J-2

2.52

0.80 10.60

1.00 2.49

0.80 10.90

1.20 2.71

1.08 10.26

1.11

J-3

2.99

0.40 6.98

3.05 2.71

5.60 9.30

5.64 2.69

5.40 10.85

5.47

K-1

2.01

1.80 9.30

1.93 1.83

1.40 9.00

1.72 1.87

1.79 9.30

1.92

K-2

2.41

0.50 5.00

5.02 2.51

-1.02 14.08

4.21 2.76

5.70 9.62

5.71

K-3

1.64

0.70 8.46

1.69 1.66

-0.50 8.64

1.45 1.73

1.40 8.80

1.84

（二）結果分析與討論：依據研究結果，彙整成各組飛行時間及飛行距離的「平均值」

及「變異係數」統計表，進行比較與穩定性分析，如表5-4-2。

表5-4-2「不同筒身配重飛行筒」飛行效果平均值與變異係數統計表 組別 貼紙條層數

/ 前緣配重佔比

飛行時間 飛行距離

平均值 變異係數 平均值 變異係數 H 無 / 0％ 3.80 5% 0.92 60%

I 2 層 / 23.9％ 3.94 5% 1.32 78%

C-o-1 4 層 / 38.3％ 3.01 12% 2.04 74%

J 6 層 / 48.8％ 2.62 7% 2.50 79%

K 8 層 / 55.3％ 2.05 20% 2.83 59%

圖5-4-1 不同筒身配重飛行筒 平均飛行時間比較圖

1.飛行時間討論：

（1）由統計表可發現不同筒身配重對飛行時間 影響稍大，平均為2-4 秒左右。進一步將飛 行 時 間 平 均 值 畫 為 長 條 圖 做 比 較 （ 圖 5-4-1），可發現筒身前緣的貼紙條配重越 重，平均飛行時間越短。

（2）由統計表發現各項變異係數都在 20％內，

代表飛行的時間較穩定。其中，配重最重 的

K 組，飛行時間變異最大，達 20％。

圖5-4-2 不同筒身配重 平均飛行距離比較圖

2.飛行距離討論：

（1）由統計表可發現不同的筒身配重，對於距 出發點直線距離影響較前兩項實驗小，各 組都在3m 距離內。進一步將飛行距離平均 值畫為長條圖做比較（圖 5-4-2），可發現 筒身前緣的貼紙條配重越重，平均飛行距 離越遠。

（2）由統計表發現，各種筒身配重的飛行筒，

飛行距離的變異係數差異約在60-80％，其 中無貼紙條和 8 層貼紙條的兩組，變異係 數較小。

（三）飛行軌跡與落點分析討論：

研究利用錄影方式記錄飛行軌跡，並以飛行筒落地的縱向、橫向位置，進行落點 分析，以了解更詳細的飛行過程與狀況，如下頁表5-4-3。

1.飛行軌跡：

（1）無條紙條飛行筒，飛行軌跡呈現沒有規則的近乎垂直落下，對照錄影結果，

證實此組飛行筒沒有明顯的飛行狀態，而是在不規則的擺動、旋轉中落下。

（2）二層貼紙條飛行筒，出現的迴旋最多圈、迴旋半徑較小，但迴旋出現的狀況 不一致（僅有藍線I-1 組較明顯）。

（3）六層貼紙條飛行筒與對照組（四層貼紙條）迴旋狀況較類似，且旋轉狀況明 顯。但六層貼紙條飛行筒的迴旋圈數僅有 1～2 圈，較對照組少，迴旋半徑 則比對照組大。

（4）八層貼紙條飛行筒迴旋狀況更不明顯。

2.落點分析：

（1）無貼紙條及二層貼紙條的飛行筒，落點集中在原點附近，較接近自由落體向 下的狀況。

（2）四層貼紙條以上的飛行筒，落點分布較廣，但彼此沒有明顯的分別。

表5-4-3「不同筒身配重的飛行筒」飛行軌跡與落點分析表

H 無貼紙條飛行筒飛行軌跡與落點分析 I 二層貼紙條飛行筒飛行軌跡與落點分析

C-o 四層貼紙條飛行筒（對照組）

飛行軌跡與落點分析

J 六層貼紙條飛行筒飛行軌跡與落點分析 K 八層貼紙條飛行筒飛行軌跡與落點分析

（四）綜合歸納：

1.這一項實驗的結果非常特別，筒身配重越重，會有較短的平均飛行時間，卻有 較長的平均飛行距離。顯示筒身配重對飛行時間與飛行距離有不同的影響。

2.無筒身前緣配重（貼紙條）的飛行筒無法有穩定的飛行。

3.筒身前緣配重（貼紙條）越多，迴旋飛行的效果較不明顯，飛行範圍則會加大，

應該是造成飛行時間短（少迴旋），但飛行距離長的原因。

4.若飛行效果需綜合考量飛行時間與飛行距離，對照組的四層貼紙條是最均衡的 筒身配重，其配重（1.55 克重）約佔飛行筒總重量（4 克重）的 40％比例。

五、筒身造型對飛行筒飛行效果影響的研究結果與討論

（一）研究結果：以無尾造型（L 組）、長尾造型（M 組）、顛倒造型（N 組）、固定機翼 造型（O 組）、筒身封口造型（P 組）五種形式，並以正常筒身造型（C-o 組）作為對照，研究筒身造型對飛行筒飛行效果之影響，研究結果如下 頁表5-5-1。

表5-5-1「不同筒身造型飛行筒」飛行效果實驗結果統計表

組別

第一次 第二次 第三次

飛行

（s） 時間 縱向 位置 x

橫向 位置 y

飛行

（m） 距離

飛行

（s） 時間 縱向 位置 x

橫向 位置 y

飛行

（m） 距離

飛行

（s） 時間 縱向 位置 x

橫向 位置 y

飛行

（m） 距離

C-o-1

3.04

0.45 11.10

1.19 2.67

-0.15 11.00

1.01 3.00

0.92 8.50

1.76

C-o-2

3.05

1.30 9.32

1.47 3.05

-0.10 8.41

1.59 3.00

1.30 9.10

1.58

C-o-3

2.69

-0.15 10.95

0.96 2.73

1.94 7.60

3.09 3.88

4.73 13.2

5.71

L-1

2.92

-0.15 10.10

0.18 1.33

1.32 10.00

1.32 2.77

0.27 11.70

1.72

L-2

2.39

0.30 10.35

0.46 3.10

0.23 10.20

0.30 2.69

1.23 9.20

1.47

L-3

2.79

3.26 8.25

3.70 2.97

0.20 10.90

0.92 2.69

1.45 10.80

1.66

M-1

4.09

2.00 9.22

2.15 2.81

0.40 9.20

0.89 3.29

3.80 6.80

4.97

M-2

2.56

0.40 11.00

1.08 2.20

0.30 10.00

0.30 2.40

0.70 10.40

0.81

M-3

4.17

1.50 3.58

6.59 2.70

-0.35 8.00

2.03 3.71

0.85 9.60

0.94

N-1

3.43

0.80 10.15

0.81 3.38

0.11 10.70

0.71 3.14

0.00 9.20

0.80

N-2

2.91

0.20 10.50

0.54 2.71

-0.20 10.00

0.20 3.37

0.40 10.20

0.45

N-3

2.78

0.15 10.10

0.18 2.16

0.10 10.00

0.10 2.76

0.00 10.10

0.10

O-1

3.34

5.20 12.00

5.57 2.69

4.00 13.60

5.38 2.96

5.30 11.00

5.39

O-2

2.95

2.40 12.80

3.69 2.69

0.20 12.00

2.01 3.25

5.10 8.20

5.41

O-3

3.50

0.75 14.18

4.25 2.71

3.00 12.80

4.10 2.99

4.10 11.40

4.33

P-1

2.09

0.10 9.00

1.00 1.84

0.20 9.80

0.28 2.14

0.30 10.00

0.30

P-2

2.20

1.00 9.60

1.08 1.97

0.45 10.50

0.67 2.05

0.64 10.50

0.81

P-3

1.90

0.85 10.40

0.94 1.89

0.60 9.20

1.00 1.97

0.60 10.60

0.85

（二）結果分析與討論：依據研究結果，彙整成各組飛行時間及飛行距離的「平均值」

及「變異係數」統計表，進行比較與穩定性分析，如表5-5-2。

表5-5-2「不同筒身造型飛行筒」飛行效果平均值與變異係數統計表

組別 機翼造型 飛行時間 飛行距離

平均值 變異係數 平均值 變異係數 C-o 正常造型 3.01 12% 2.04 74%

L 無尾造型 2.63 20% 1.30 82%

M 長尾造型 3.10 24% 2.20 98%

N 顛倒造型 2.96 14% 0.43 69%

O 固定機翼 3.01 10% 4.46 26%

P 筒身封口 2.01 6% 0.77 39%

圖5-5-1 不同筒身造型飛行筒 平均飛行時間比較圖

1.飛行時間討論：

（1）由統計表可發現，除了筒身封口（P）的飛 行筒，平均飛行時間僅有2.01 秒，其他造 型的飛行筒，飛行時間都在2.5-3 秒左右。

進一步將飛行時間平均值畫為長條圖做比 較（圖5-5-1），則可發現除了筒身封口（P）

的造型外，其他筒身造型對於飛行時間影 響不大。

（2）由統計表發現各項變異係數多在 20％內，

其中長尾造型（M）變異係數為 24％，是 所有飛行筒組別中，飛行時間變異狀況最 明顯的。

圖5-5-2 不同筒造型飛行筒 平均飛行距離比較圖

2.飛行距離討論：

（1）由統計表可發現筒身造型對於距出發點直

線距離有很大的影響，進一步將飛行距離 平均值畫為長條圖做比較（圖 5-5-2），無 尾造型（L）、顛倒造型（N）、筒身封口（P）

三組飛行距離較短，尤其顛倒造型和筒身 封口的飛行筒，飛行距離都不到1m；固定 機 翼（O）飛行距離明顯較長， 平均達 4.46m，也是有翼飛行筒中飛行距離最遠的 組別；長尾造型（M）飛行距離則與對照 組（C-o）相仿。

（2）由統計表發現，無尾或長尾造型變異係數 較大，都超過80％；固定機翼的變異係數 只有26％，是所有有翼飛行筒中最小的。

（三）飛行軌跡與落點分析討論：

研究利用錄影方式記錄飛行軌跡，並以飛行筒落地的縱向、橫向位置，進行落點 分析，以了解更詳細的飛行過程與狀況，如下頁表5-5-3。

1.飛行軌跡：

（1）無尾造型飛行筒飛行軌跡較不規則，有向前後左右各種方向，且投放後無明 顯抬頭、水平飛起的狀態

（2）長尾造型飛行筒的飛行軌跡不穩定，有幾次出現接近對照組飛行筒的迴旋飛 行效果，但另外幾次則是不規則的落下。

（3）顛倒造型飛行軌跡和對照組類似，但投放後水平飛行的狀況較不明顯。

（4）固定機翼飛行軌跡很類似無翼飛行筒，但飛行距離明顯較無翼飛行筒短。

（5）筒身封口飛行軌跡幾乎是自由落體，沒有飛行效果。

表5-5-3「不同筒身造型的飛行筒」飛行軌跡與落點分析表

C-o 正常造型飛行筒飛行軌跡與落點分析 L 無尾造型飛行筒飛行軌跡與落點分析

M 長尾造型飛行筒飛行軌跡與落點分析 N 顛倒造型飛行筒飛行軌跡與落點分析

O 固定機翼飛行筒飛行軌跡與落點分析 P 筒身封口飛行筒飛行軌跡與落點分析

2.落點分析：

（1）無尾造型、顛倒造型、筒身封口造型三種飛行筒，落點集中於原點附近。

（2）長尾造型飛行筒落點分布與對照組相似。

（3）固定機翼飛行筒落點分布較廣。

（四）綜合歸納：

1.無尾造型飛行筒幾乎沒有飛行效果，長尾造型飛行筒則因為設計方式，導致尾 部未如對照組飛行筒直挺，容易彎折或被吹動，也造成飛行效果變異性大。顯 示尾部構造是穩定飛行的重要構造。

2.顛倒造型飛行筒飛行效果類似對照組，但經過檢視錄影，發現筒身前緣抬頭狀 況不明顯，飛行軌跡中水平飛行也較對照組少，顯示上短下長的飛行筒結構對 水平抬升有影響。

3.固定機翼飛行筒呈現類似無翼飛行筒的飛行效果，顯示機翼構造增加了飛行的 迴旋與不穩定性，可能是由於原本的機翼設計容易隨機擺動、受氣流影響所致。

4.筒身封口飛行筒幾乎呈現自由落體墜落，顯示環狀的飛行筒構造才能擁有飛行 效果，僅有上短下長的外型是無效的。

六、紙製有翼飛行筒於風洞測試之實驗結果與討論

（一）實驗結果：研究將7 組實驗組別放入風洞中，尾端繫住風洞管壁，手持 45 度斜下 放置，啟動風扇後，錄影並擷取過程照片，實驗結果如下表5-6-1。

表5-6-1 風洞測試實驗結果

組別 A-x 組 C-x 組 H 組 L 組 N 組 P 組 C-o 組 飛行筒

樣式 手摺無翼 長條貼紙 無翼

無貼紙條

配重 無尾造型 顛倒造型 筒身封口 長條貼紙 有翼

實驗 過程

（二）實驗討論：

1. A-x 組 C-x 組

兩組正常的無翼飛行筒，都能穩定的懸浮在風洞口，作小幅度上 下擺動；且具有向前的力量，將棉線緊緊拉扯，顯示本研究的飛 行筒造型，確實能透過氣流造成「向上」及「向前」的飛行效果。

2. H 組 無貼紙條配重，飛行筒被氣流吹起亂飄，最後掉出風洞外，顯示 無法有穩定的飛行效果。

3. L 組 無尾造型的飛行筒稍有向前和漂浮的狀態，但方向不固定，最後 則向後下方停住，顯示出飛行筒的尾部對飛行效果的重要性。

4. N 組 顛倒造型的飛行筒會在空中旋轉一圈，變回類似正常版的飛行筒 型態，但由於配重變成在上方，因此飛行震盪較大，不穩定。

5. P 組 筒身封口的飛行筒完全沒有向上及向前的飛行效果，直接往下並 不再飄動，顯示飛行筒的環狀構造對飛行效果之影響甚大。

6. C-o 組 有翼的正常版飛行筒，依然能維持漂浮在洞口的飛行狀態，但因 為多了機翼，而呈現左右大幅搖擺的不穩定飛行狀態。

（三）慢動作錄影結果：經過側面及正面慢動作錄影C-x 型、C-o 型飛行筒，並以每秒

（實際時間1/8 秒）截圖與拼接，形成投放後飛行過程圖，如下 頁圖5-6-1、圖 5-6-2、圖 5-6-3、圖 5-6-4。

圖5-6-1 C-x 型無翼飛行筒正面慢動作錄影 圖5-6-2 C-o 型有翼飛行筒正面慢動作錄影

圖5-6-3 C-x 型無翼飛行筒側面慢動作錄影 圖5-6-4 C-o 型無翼飛行筒側面慢動作錄影

（四）慢動作錄影結果討論：

1.水平抬升狀況：有翼與無翼飛行筒都在 5/8 秒後出現筒身下傾角度變小的狀況，

7/8 秒後都趨於水平飛行，呈現飛行軌跡中「抬頭」的狀況，顯 示機翼並非飛行筒抬升的主因。但可發現無翼飛行筒一開始的下 傾角度較大，達 66.5°，有翼飛行筒則為 44.5°，可能與無翼飛行 筒重心更趨前緣及機翼提供浮力有關。

2.迴旋狀況：有翼和無翼飛行筒都會朝某一側偏向，但無翼飛行筒會偏至整個飛 行筒迴旋至反向飛行，觀察可能與左右機翼立起的幅度不同，致使 偏轉較無翼飛行筒更大，而造成迴旋飛行效果。

（五）太乙飛豬飛行筒飛行效果之討論：

經前述相關研究結果，推測太乙飛豬紙製有 翼飛行筒自由投放時，前緣因配重導致自然 斜下，讓空氣能經中空環狀且有長尾的筒身 流過，因受筒身拘束使流速加快，依白努利 原理作用使飛行筒具有向上的升力，而形成 我們觀察到飛行筒會抬頭（水平飛行）的原 因（如右圖5-6-5）；而長條機翼可能因其受 風不均，而會造成飛行筒變換方向，產生「迴 旋」的飛行效果。

左右機翼立起 幅度不同

迴旋至反向 雖偏轉朝右側 飛行

但筒口仍朝前

5/8 秒後筒身抬高 5/8 秒後筒身抬高

7/8 秒後筒身 接近水平

56.0° 44.5° 33.0°

66.5°

流速快

流速慢 升力

產生向前及向上力量 圖5-6-5 筒身造型產生升力推測圖

7/8 秒後筒身 接近水平

陸、結論

一、紙製有翼飛行筒改良方式：可利用標籤貼紙條取代手摺紙帶，作為飛行筒的前緣配重的 改良方式。本研究所製作的標準飛行筒樣式為：

1.筒身與機翼：用 A4 影印紙裁出底長 29.8cm、高 14.9cm 的等腰直角三角形，捲成上短 下長、口徑約8.5cm 的飛行筒，並製作長 29.7cm、寬 4cm 的長條型機翼。

2.前緣配重：長 21cm、寬 1.9cm 貼紙條 4 條，黏貼於飛行筒前緣底部作筒身之配重。

二、投放與測量方式：

利用壓條、磁鐵、中國結繩製作可長距離伸出，避免飛行筒碰撞欄杆的投放裝置，定量 測量飛行筒飛行效果，包含：飛行時間、飛行距離（距原點直線距離）、飛行軌跡與落點 分布，每項實驗都製作三個飛行筒，並各投放三次，減少誤差。

三、製作方式對飛行效果之影響：

標籤貼紙條取代手摺紙帶的改良方式，僅稍微減少平均飛行時間與平均飛行距離，對飛 行效果影響與手摺紙帶相似，且可彈性調整實驗因素，是可行的改良替代方式。

四、機翼構造對飛行效果之影響：

1.機翼未如預期提昇飛行時間或距離，反而減少飛行時間與距離、提高飛行的變異性。

2.機翼溝造可增加「迴旋」的飛行效果，使落點較集中。

五、機翼造型對飛行效果之影響：

1.機翼大小與平均飛行時間、平均飛行距離有負向關聯。

2.較窄、較短的機翼構造會有較好的飛行效果；較長的機翼會造成飛行不穩定。

六、筒身配重對飛行效果之影響：

筒身配重對平均飛行時間有負向關聯，對平均飛行距離卻有正向關聯（如配重越重，平 均飛行時間較短、平均飛行距離卻較長），推論與筒身配重會減少迴旋飛行有關。

七、筒身造型對飛行效果之影響：

1.尾部構造是穩定飛行的重要構造；上短下長的飛行筒結構對水平抬升有影響。

2.中空環狀的飛行筒構造才能擁有飛行效果，僅有上短下長的外型是無效的。

八、風洞及慢動作錄影驗證與推測「太乙飛豬」紙製有翼飛行筒的飛行效果：

1.證實本研究中「尾部構造、中空環狀、前緣配重」的太乙飛豬飛行筒造型，能在垂直 向上的氣流中，造成「向前」及「向上」的飛行效果。

2.推測太乙飛豬飛行筒因其特殊造型，依據白努利定理於空氣流經飛行筒時產生升力，

並透過立起受風的機翼造成迴旋，形成獨特的飛行效果。

柒、參考資料

YOUTUBE 影片-BIRD SHAPED PAPER AIRPLANE GOES VIRAL IN CHINA !。（無日期）。 民109 年 12 月 2 日。取自：https://www.youtube.com/watch?v=elT8sdpwXUw

陳植謙、林立璿、游欣紜、黃楹喬（民106）。這樣飛太遠！─探討飛行筒的飛行現象。中華 民國第57 屆中小學科學展覽會作品。

佚名（民105）。天使的華爾茲-斷毛羽球在鉛直下落時的晃動。金門地區第 57 屆中小學科學 展覽會作品。

【評語】 080109

本作品探討紙製有翼飛行筒，以自由落體投放時的飛行狀 況。配合簡易風洞及慢動作錄影，確認各項因素影響飛行效果的 結果。這類主題常見於網路影片，與過往科展作品，需要有實質 創新研究，或再進一步討論實驗結果，看看有無新的發現。

排版\評語\080109-評語

作品簡報

I.研究動機與研究目的

什麼是「太乙飛豬」？

《BIRD SHAPED PAPER AIRPLANE GOES VIRAL IN CHINA !》

https://www.youtube.com/watch?v=elT8sdpwXUw

一種曾經在youtube網站 紅極一時的紙製飛行筒。

1.長條狀的機翼構造 與一般飛行筒相異處：

2.不需丟擲，高處投放

外型神似動畫電影中太

研究目的：

1.探討製作與投放紙製有 翼飛行筒的最佳方式 2.探討定量測量有翼飛行

筒飛行效果的方式 3.製作方式與機翼構造對

飛行筒飛行效果之影響 4.機翼造型對有翼飛行筒

飛行效果之影響

5.筒身配重對有翼飛行筒 飛行效果之影響

6.筒身造型對有翼飛行筒 飛行效果之影響

7.紙製有翼飛行筒於風洞

測試及慢動作錄影之研

II.初探實驗～太乙飛豬製作與投放測試

太乙飛豬紙摺方式製作

太乙飛豬手握投放測試

初探研究問題分析：

1.紙摺方式不易調整機身樣式、紙帶 配重，不利於後續實驗。

2.紙帶摺疊多層，造成許多稜角，使 飛行筒存在造型上差異。

3.依投放高度不足，飛行效果不明顯，

建議需在一層樓以上。

4.紙製重量很輕，於室外易受風的影 響，需於無風室內場地實驗。

5.採用手持投放，投放動作不一致，

應有統一的投放工具。

6.有翼飛行筒常形成盤旋向下的狀況，

容易投放後碰撞柵欄或牆面。