手擲滑翔機設計與製作

國外手擲滑翔機活動

內容 飛行原理 飛機結構 模型飛機製作 問與答

內容 飛行原理 飛機結構 模型飛機製作 問與答

機翼如何產生升力 高 流體特性令空氣在背向氣流的翼面加速﹐根據伯努利定律 ﹐氣壓會因而下降 機翼相對氣流的攻角必需為正值 相反﹐在面向氣流的翼面空氣會減速﹐令氣壓增加 低 壓 高

升力與攻角的關係 攻角過大 升力驟降 阻力 升力 失速 攻角小 升力低 升力 阻力 攻角大 升力高 升力 阻力

攻角過大導致失速﹐飛機往下墜 失速可透過適當調較避免 失速

升力與翼面積的關係 翼面積大 升力高 翼面積小 升力低 飛機越重﹐所需翼面積越大

升力與速度的關係 速度高 升力高 速度低 升力低 飛機越重﹐所需的投擲力度越大

甚麼力量令滑翔機向前飛 ? 重力 飛行航線 升力 升力的垂直分量抵消重力 升力的水平分量產生向前推進力

翼荷載的影響 - 滑翔角度 翼荷載高 滑翔角度大 飛機下沉快 翼荷載低 滑翔角度小 飛機下沉慢

翼荷載的影響 - 飛行速度 翼荷載高 飛行速度高 150 克 翼荷載低 飛行速度低 100 克

翼荷載的影響 - 留空時間 翼荷載低 留空時間長 翼荷載高 留空時間短

飛機的穩定性 - 俯仰穩定性 機頭在飛行中突然墮下 穩定 自動回復水平飛行 不穩定 加快俯衝

飛機的穩定性 - 俯仰穩定性 機頭在飛行中突然抬起 穩定 自動回復水平飛行 不穩定 俯衝墜地 失速溫和 不穩定 失速猛烈

飛機的穩定性 - 橫擺穩定性 機頭在飛行中突然擺右 穩定 自動回復原來指向 不穩定 偏向加劇 飛行方向

飛機的穩定性 - 滾轉穩定性 機翼在飛行中突然右傾 穩定 自動回復水平 不穩定 傾側加劇

空氣阻力 - 對飛行的影響 阻力大 滑翔角度大 飛機下沉快 阻力小 滑翔角度小 飛機下沉慢

空氣阻力 - 誘導阻力 機翼經過空氣時會在後緣產生旋渦。過程中飛機的部份動能被旋渦吸取, 對飛機構成阻力

空氣阻力 - 誘導阻力 機翼寬而短 誘導阻力高 機翼窄而長 誘導阻力低

空氣阻力 - 形狀阻力 平板 球體 球體 + 後整流罩 球體 + 前後整流罩

空氣阻力 - 透過飛機設計減低空氣阻力 低形狀及誘導阻力的飛機 高形狀及誘導阻力的飛機

內容 飛行原理 飛機結構 模型飛機製作 問與答

後置水平穩定板機 - 結構 垂直尾翼 水平穩定板 主翼 機身

後置水平穩定板機 - 俯仰穩定性 機頭抬起時的回復 機頭下墮時的回復 主翼﹕ 升力中心 正攻角 水平穩定板﹕ 零攻角 重心 升力令機身回復水平 機頭下墮時的回復 壓力令機身回復水平

後置水平穩定板機 - 橫擺穩定性 飛行方向 壓力令機身回復原來指向

後置水平穩定板機 - 滾轉穩定性 主翼上反角 升力線傾斜令 飛機側滑 壓力大 壓力差造成的力矩令機翼回復水平 壓力小

前置水平穩定板機 - 結構 垂直尾翼 水平穩定板 主翼 機身

前置水平穩定板機 - 俯仰穩定性 機頭下墮時的回復 機頭抬起時的回復 水平穩定板﹕ 主翼﹕正攻角 正攻角，角度比主翼攻角大 重心 主翼攻角接近零﹐升力驟降 水平穩定板仍然保持一定攻角﹐繼續產生升力 升力差造成的力矩令機身回復水平 機頭抬起時的回復 主翼攻角加大﹐升力增加 水平穩定板攻角過大﹐首先失速﹐ 升力驟降 升力差造成的力矩令機身回復水平

前置水平穩定板機 - 橫擺穩定性 飛行方向 壓力令機身回復原來指向

前置水平穩定板機 - 滾轉穩定性 主翼上反角 升力線傾斜令 飛機側滑 壓力大 壓力差造成的力矩令機翼回復水平 壓力小

無水平穩定板機 - 結構 垂直尾翼 主翼 機身

無水平穩定板機 - 俯仰穩定性 機頭下墮時的回復 機頭抬起時的回復 升力中心 需用尾緣往上翹的特別翼型 重心 主翼攻角增加﹐升力中心往後移﹐令機頭下墮 重力 機頭下墮時的回復 主翼攻角減小﹐升力中心往前移﹐令機頭抬起 重力

無水平穩定板機 - 橫擺穩定性 飛行方向 壓力令機身回復原來指向

無水平穩定板機 - 滾轉穩定性 主翼上反角 升力線傾斜令 飛機側滑 壓力大 壓力差造成的力矩令機翼回復水平 壓力小

飛翼 - 結構 主翼 方向穩定板

飛翼 - 俯仰穩定性 機頭下墮時的回復 機頭抬起時的回復 升力中心 需用尾緣往上翹的特別翼型 重心 主翼攻角增加﹐升力中心往後移﹐令機頭下墮 重力 主翼攻角減小﹐升力中心往前移﹐令機頭抬起 機頭抬起時的回復 重力 主翼攻角增加﹐升力中心往後移﹐令機頭下墮

飛翼 - 橫擺穩定性 飛行方向 飛行方向 迎風面積大﹐空氣阻力大 迎風面積小﹐空氣阻力小 阻力差造成力矩令飛機回復原來指向 壓力令機身回復原來指向

飛翼 - 滾轉穩定性 主翼上反角 升力線傾斜令 飛機側滑 壓力大 壓力差造成的力矩令機翼回復水平 壓力小

其他結構 串翼機 疊翼機

其他結構 V 尾機 T 尾機

創意無限 …

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物料限制 紙 木、竹、庶 布 橡膠、乳膠 金屬 絲，線 水松、海棉 塗料：水溶性、低揮發性、非毒性  建議巴沙木(俗稱「飛機木」)，細木條，輕木材，或以下物料﹕ 紙 木、竹、庶 布 橡膠、乳膠 金屬 絲，線 水松、海棉 塗料：水溶性、低揮發性、非毒性   為實踐環保概念，如滑翔機使用以下物料製造，將被除消參賽資格： 所有塑膠類產品 玻璃 光碟如 CD、VCD、DVD 等 現成滑翔機模型製成品

工具﹕大頭針﹐刀片﹐白膠漿﹐沙紙板

繪畫 1 : 1 設計圖

材料﹕巴沙木棒及木片

將木棒裁割至機身尺吋

用白膠漿黏合機身

從設計圖剪下主翼和尾翼的形狀﹐貼在木片上﹐然後小心用刀片切出主翼和尾翼

主翼和尾翼

切下一小片長方形巴沙木﹐用沙紙把一邊打磨至弧形﹐成為翼肋。跟著設定主翼位置

將左右翼黏合並設定所需上反角

將翼肋黏在翼底﹐令主翼有弧度﹐提昇效率

將主翼固定在機身上

將尾翼固定在機身上

檢查尾翼是否與主翼平行

固定垂直尾翼

設定重心

重心位置設定 L 0.33L 至 0.4L A B

完成

珍珠板手擲機製作步驟 材料及工具 材料：珍珠板、錢幣or小鐵夾（配重用） 工具：美工刀、直尺、膠帶、接著劑 其餘自備物品

珍珠板手擲機製作 機身長寬以不小於20公分為限，但也別太大，要考量材料及飛行性 製作主翼 於珍珠板繪出主翼外形，標明中心線，以美工刀切割。請耐心、細心的切割且注意美工刀的使用安全。 尾翼 製作水平面及垂直面，黏著時注意要黏牢黏正。

珍珠板手擲機製作 製作機身 裁切機身外形，可組合多片機身，以增加強度，免得幾次投擲之後就斷成兩截….. 組合 將各部位結構組合，最好使用鑲嵌的方式，用白膠或膠帶亦可。檢查組合後的飛機是否平、正。

珍珠板手擲機重心 有適當的重心，飛機才能飛的穩健。尋找手擲機的重心方法很簡單：用拇指與中指將機身托撐住，若飛機能保持前後平衡，表示重心差不多就在這樣位置上。一般重心約會落在機翼中央偏前的位置上，只要在此加上配重（錢幣or鐵夾子），給手擲機一個必要的重量，就能飛得四平八穩

配重與試飛 主結構完成後，現在要為飛機配重並試滑。首先以小鐵夾夾在機頭處，並將重心調整在翼前緣50﹪～70﹪（如圖） 找一個無風的地方試飛，並調整配重。方式是將飛機握於重心處，往前並稍微朝下投擲，無須太用力，注意使機身軸線與投擲方向保持一致，然後觀察飛行的軌跡。

配重與試飛 若是軌跡1則需減輕配重 若是軌跡2則無須調整 若是軌跡3則須增加配重

配重與試飛 接著做正式試飛，依飛機的飛行反應修正結構。先將手擲機握好，以手指的力量直線射出，若飛行軌跡為1，則須減輕配重，或把水平安定面後緣稍微向上扳動；若為2是正常的飛行軌跡；若是軌跡3則須增加配重或把水平安定面後緣稍向後扳動。如此反覆測試，以找出飛機最佳的飛行狀態。

基本的手擲機設計圖 這裡收集了一些手擲機的設計圖，一部份來自建中航空社的收藏： http://ckfcaa.twbbs.org/gallery/album01/ 如果你對於上面的設計圖茫茫然，不知道該從哪下手，或許你可以參考這篇給新手指引 - 循序漸進的選擇飛機。 參考網站：猴子的天空 http://ckfcaa.twbbs.org/index.htm

手擲機與真實飛機 手擲機屬於無動力,所謂無動力便是指手擲機除了人力投擲之外，是沒有動力源的。而真實飛機多半都是有動力源（引擎）的。 另外，手擲機是自由飛，意指出手後不受控制，與一般的真實飛機也並不相同。

手擲機部位介紹：主翼 一台手擲機我們可以將它分成四個部分：主翼，機身，尾翼與其他。 主翼：主翼的功用是為了產生升力，並給予手擲機一定程度的穩定性，像是可以在飛機傾斜時適當的將它的姿態矯正。主翼的外形與大小都有很多種類與變化。一般而言手擲機的主翼展弦比都不會做的太大（就是不會做的太長），這個原因是因為手擲機的材料強度有限，加上用人力投擲，也比較不方便做的太大。因此雖然高展弦比的飛機提供了較高的穩定性，但是通常手擲機的翼展不會太長。另外，一般的手擲機都會有反角，反角的目的是為了讓飛機在側向有翻滾的時候能夠穩定的回復正確姿態，通常以兩節反角的最為常見。

手擲機部位介紹：主翼 主翼是手擲機最主要的部分，提供滑翔的浮力。所以主翼的設計，是最重要的一環。一般來說，手擲機主翼的設計跟飛機的幾乎一樣，只是手擲機的只要管做出翼形（縱切面的形狀）就好，做出有最高點的翼形，使其能夠產生浮力就可以了。

手擲機部位介紹：機身 機身在手擲機的領域中，主要是為了能夠串起主翼與尾翼，並提供一個可供放置配重的地方，當然也有一定程度上的美觀因素。不過和真正的飛機不同的地方在於：真正的飛機通常為了要將人員或貨物放在機身中而製造飛機，因此機身做的很粗，或是在容量上盡量越大越好，但是手擲機的機身卻只提供連接主翼與尾翼的功能，如果做的太大或是太花俏反而浪費材料，增加重量與阻力。因此手擲機的機身一般而言越細越好（當然這是必須在強度可承受的情況下）。

手擲機部位介紹：機身 以機身來說，每當手擲機落地時，最容易受到衝擊的就是機身，很有可能機頭俯衝著陸，當場跌斷身骨。如果不夠堅硬，每丟一次就壞一架，玩的心情會大大受損，所以要使用質輕但較硬的木頭。為了符合「流線型」，減少阻力，我們通常會將機身才成前大後小的形狀，並以沙紙磨光滑，以減少阻力。

珍珠板機身 一架飛得好的手擲機，機身的長度與機翼的寬度之間有一定的比例，通常是0.85～1.0比1。因為我們使用的材料是珍珠板，建議同學在製作機身時以2～3層的材料組合製作，會比較堅固。

手擲機部位介紹：尾翼 尾翼的存在是為了要提供手擲機一個穩定的方向，並且讓手擲機在方向有偏差（如向左或右邊飛）時能夠給予一個穩定的回復力，並且提供一個力矩與主翼產生的力矩對消，避免飛機出現頭上腳下或頭下腳上的情形。通常尾翼的翼面積是與主翼成一定比例的，如果比例不正確（過大或過小）就會出現前面所說的頭上腳下，亦或是頭下腳上的情形。

手擲機部位介紹：尾翼 尾翼是整架手擲機中，影響最少的部位，但是垂直尾翼卻能夠決定方向。就好像行船時，尾舵可以控制船行的方向一樣，因為垂直尾翼受力的方向是左右，不像其他機翼都是上下，所以需要有垂直尾翼穩住方向。看起來不是提供主要升力的水平尾翼沒什麼存在價值，實際上，它的功用穩住機身，減少轉圈圈的危機。雖然翻觔斗很好看，但丟出去的飛機滾幾圈摔下來就不好玩了，所以要有水平尾翼，打消主翼的壞心眼，手擲機才能平順滑翔

珍珠板尾翼 又分水平安定面及垂直安定面。水平安定面用來穩定飛機的俯仰運動，垂直安定面用來穩定飛機的側向運動。因為手擲機是最簡易的飛行器，沒有機械動力控制，沒有升降舵及方向舵，重要的是一定要保持尾翼的水平及垂直，才能使手擲機的飛行保持平穩。

手擲機材料選擇 主翼用材：用4mm~6mm的輕巴爾沙木，主翼面積愈大，所需木材愈厚，但皆以質輕為訴求。 配重：一般用鉛片纏繞，然後用絕緣膠帶固定。

材料來源 巴爾沙木：模型店可買到，價格比一般木頭貴一點。5mm大約50元。 白木：建材行可買到，價格不貴，購買時選直一點的木頭。 檜木：建材行亦可買到，以價格也不算貴。 鉛片：釣魚店可買到，一捆大約10元。

手擲機製作工具準備 美工刀：寬刃窄刃各一把，為重要工具，刀片鈍了要捨得換。文具店可買到 砂塊：100、400、1200號砂紙各數張，定在木塊上以求其平整。五金行可買到。 線鋸：細鋸條較好用(鋸壓克力用)，可在五金行買到。 瞬間膠：在出口處裝上針頭，可調節流量，在文具店或五金行可買到。 鐵尺：30cm最好，在文具店可買到。

設計概念 手擲滑翔機要飛的久 第一、投擲要高； 第二、滑翔要好，兩大基本概念。

投擲方法-迴旋擲法 一般手擲方式又垂直擲法和迴旋擲法，雖然迴旋擲法是初學者較易掌握的方法，利用扭腰轉身將手擲機迴旋擲上去，飛機投擲高度不高，但也不易失速墜地，飛機的上反角不需要太大，水平尾翼面積亦不用太大，飛機儘可能做輕一點、表面的粗糙程度不是太重要，但是水平尾翼的傾斜要逐夠，才能迴旋滑翔。

投擲方法-垂直擲法 垂直擲法是在助跑兩、三步後過肩向前用力擲去，爬升高度可達迴旋擲法的兩倍以上、但是投擲技巧要好，以免失速墜毀，而飛機要具有適當之重量，才能有足夠的慣量克服空氣阻力，又要有足夠的安定性（上反角與尾翼面積夠大）才可以在達到最高點後自動修正滑翔。

滑翔變因 可以藉由翼面荷重減少，讓滑翔速度變慢增加滯空時間，或是以略為加快飛行速度，增加雷諾數，提高滑空比性能，間接減少下降速度。

主翼外型 一方面要減少投擲阻力要翼展減短；又要提高滑空比主翼翼展加長。此外，還要考慮雷諾數不能太小影響滑空性能，所以翼弦也不能窄。最後，手擲機的展弦比一般在4～5.5間，厚弦比在5﹪～7﹪之間最適合。一般身高在175㎝左右的人，適合15英吋～17英吋翼展手擲機。一英吋為2.54公分

機體重量 一方面要夠重以方便投擲，一方面要夠輕減少飛行沈降速度，所以重量要適度。機首配重調整飛機正確的重心位置，而機首配重與稽首長度有關，如果機頭長一些可以減少配重，進而降低機體重量。但是機首過長，增加轉動慣量，不利於垂直擲法的翻滾動作，極易失速墜落，若是機頭減短，配重將增加，利於增加投擲高度，但是飛行速度提高，可能略微影響滑翔沈降率。

飛行姿態-高攻角小迴旋半徑 可以分成兩類：高攻角小迴旋半徑與小攻角大迴旋半徑。如果採用高攻角，可以不必投擲高，一下子就翻滾進入滑翔階段。一般是用迴旋擲法投擲，等到滑翔時，因攻角大，阻力、升力都大，滑翔速度慢，但也較易失速，所以利用小迴旋半徑，將升力的水平分力作為向心力旋轉飛行，極適合小場地、風速低的環境飛行。

飛行姿態-小攻角大迴旋半徑 另一類飛行姿態是採用小攻角、大迴旋半徑以小攻角的極低阻力爭取投擲高度，並有直線爬升的特性，利於垂直擲法，另一方面由於飛行速度大，不利於迴旋，且大迴旋半徑的升力，不會因機身側頃而減少。但是卻需要較大場地以免難以回收。

投擲的角度 一般來說，投擲的角度在30度到45度之間最好，因為我們不只要高度，還要最遠距離，行徑路徑越長，留滯時間也會越長。水平行徑路徑，要以45度來得最好，但是以我們手擲的誤差來說，30度到45度都不錯。因為每個人的力氣不同，角度越大，需要越大的力氣投擲，不然無法達到完美的飛翔高度，所以如果沒力氣投到30度，也可以測試自己要怎樣的角度投擲才最好。

組合 大致上來說，這樣就可以做出一架手擲機，只是在組合的時候，需要注意機身要黏主翼與尾翼的地方，不能磨光滑，因為接著劑能夠黏著的原因，是因為它能夠侵入縫隙，像是在抓鰻魚的時候，鰻魚吃了餌，又用尾巴勾著石洞兩邊拔河一樣，所以如果磨得光光滑滑，就沒辦法好好黏住。

配重 做好了手擲機，還有一件非常重要的工程要做，就是配重。我們做手擲機的時候，只會針對手擲機的各種比例，調配位置，但是我們不知道它的重心在哪，飛的時候會不會頭重腳輕，或是直接被尾巴往下拽。所以，我們要拿起來測試，看看它是不是機頭完美往上傾斜的狀態，如果不是，就要利用鉛片、銅板等重物調整，讓它成為最優美的飛翔姿勢

試擲 丟飛機也是要有技巧的，當做出了手擲機之後，會先試滑幾次，看看它滑行的狀態是否平穩，如果不平穩，再利用配重調整。調整好確定沒問題之後，才會盡情投擲，讓手擲機奮力滑翔。其實，手擲機的做工都不算什麼大問題，細心點就可以了。但是，投擲的時候，卻要好好評估，找到最適合的方式，手擲機才能滑翔得最遠、最久。

結論 手擲機迷人的地方在於全部都可以自己動手做，而且做出來的東西還可以依照自己的意思改良，甚至連飛翔也是靠自己，做完一架手擲機出去試飛的時候，是最有成就感的時刻。而且手擲機可以不停測試，找到更好的方法飛翔，摔傷了還可以修一修再飛，就算修不好重做一架也不是難事。 這些只是飛行的初步，學會了初步的飛行，漸漸就可以明瞭，為什麼飛機是前無僅有的偉大發明。在還無法獨立飛翔於空中時，製作手擲機是個簡單的方式，還可以藉由製作過程，以及排除疑難雜症的時候，一點一滴學到飛行的技術。