透過『自然科學遊戲-紙飛機設計(Activity)』進行Taguchi實驗計畫(中)

_{Step-3 參數分析(建立參數模型)}

_{1.>紙飛機設計(摺製)結構: (如下):挑選專家推薦三種機型:}

2.紙的材質: 說明: 影響紙飛機性能的紙材關鍵因素:

·       磅數（紙的重量與厚度）： 磅數直接決定了紙飛機的重力。太輕的紙雖然升力容易產生，但慣性不足、抗風能力差；太重的紙，需要更大的推力才能起飛，且容易直線墜落。理想的磅數能讓重力與升力達到平衡。

·       質地與表面光滑度： 光滑的表面能減少空氣阻力，讓紙飛機飛得更遠。粗糙的表面則會增加摩擦，讓飛行效率大打折扣。

·       中磅數 (例如：70-120gsm)俗稱:磅)： 這就是我們常說的「甜蜜點」！一般A4影印紙、道林紙大多落在這個區間。它們夠輕，容易起飛；同時又有足夠的剛性支撐機身結構，不容易變形。非常適合大部分的紙飛機設計。

·       光滑表面： 像雷射影印紙、銅版紙。表面塗佈處理過，氣流經過時摩擦力小，阻力自然就小。這有助於提升飛行距離和速度!

補充說明:銅版紙 (約80-100gsm)說明:比一般影印紙重一點點，質地細緻，抗潮性好。

·       優點： 磅數比影印紙(模造紙)更扎實，能提供更好的飛行穩定性和慣性。表面通常也比較平滑，手感好，摺出來的線條會更銳利。

·       缺點： 價格可能比普通影印紙稍高一點。

因此在紙的選擇我們選定了以下條件: 首先可以考慮3水準:

①A4規格影印紙,100磅(模造紙 wood free paper):十分容易取得,容易摺疊

②80磅銅版紙Coated Woodfree Paper 《eg.市面上高級服飾雜誌or 飛機雜誌之內頁用紙》取得容易,抗水,如果採用100磅較厚重,更可抗風,但紙飛機成本較較高

③A4回收影印紙,100磅(模造紙)-材質已經使用過(老化)但較便宜—3水準=>研究考慮經濟性是否會嚴重影響性能

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另外我們也也可以考慮更大的設計範圍:採用6水準:

①   A4規格影印紙,80磅(模造紙)

②   A4規格影印紙,100磅(模造紙)

③   A4規格影印紙,120磅(模造紙)

④   80磅銅版紙Coated Woodfree Paper

⑤   100磅銅版紙

⑥   A4回收影印紙,100磅(模造紙)=>考慮經濟性(是否紙的影響重要性被其他更顯著因子取代,研究是否A4回收影印紙也可以達到紙飛機的設計目的:飛的遠飛的準!)

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3導流設計: 機翼傾斜角度 (Dihedral)： 很多紙飛機的機翼會稍微向上V字形彎曲（稱為上反角）。這能增加飛行穩定性。如果你的飛機老是翻滾，試著把機翼兩端稍微往上折一點點。

• 尾翼微調： 如果飛機老是往左或往右偏，可以輕輕地把尾翼的對應方向稍微往上或往下彎一點點，進行修正。例如，往右偏，就將右邊的尾翼稍微往下壓一點。

因此我們嘗試3水準:

① 90ﾟ 的(摺垂直)的角度導流

②捲筒方式導流設計

③不加導流設計

4.重心設計與調整:配重與重心調整：飛行的平衡點

一個設計良好的紙飛機，重心應該在前1/3左右的位置。你可以在機頭處輕輕地加一些重量，例如用一小段膠帶、迴紋針，或是用手指輕捏機頭幾下，讓紙張變得緊實。這能幫助紙飛機在空中保持穩定的俯衝角，增加慣性，飛得更遠更穩定。

一.> 重心的改變重量:可以考慮可以研究加①塑膠夾片(重心片)③較輕薄的鐵質重心片(重心片)③較厚實的不銹鋼材質夾片(重心片)=>三種材質重心片

二.>   重心片位置:越接近機頭使得飛機往前飛的越直線越好  (設定在距機頭:①2cm  ②4cm  ③6 cm ) =>三種重心位置

還有其他可能考慮因素:

紙飛機機頭形狀:①尖頭②平頭

【註: 是否選擇飛機機頭設計是否影響?   ①比較尖形飛機機頭?—阻力比較少?②平頭飛機—摔落時機頭不易變形,可能可較容易抵抗潮濕老化!)】

Noise: 考慮Noise雜音干擾(①產品間變異:、內雜音、外部雜音)

小結論:A方案考慮:採用:L9

一.)  紙飛機結構設計:3水準(如圖-1紙飛機結構)

二.)  紙的材料:①A4、100磅(模造紙)New;

②   A4 80磅銅版紙Coated Woodfree Paper;

    ③回收A4、100磅(模造紙) 

三.)  選擇厚重的不銹鋼重心片越接近機頭(設定在距機頭:①2cm  ②4cm ③6 cm )

四.>導流:① 90度的(摺垂直)的角度導流②捲筒方式倒流設計③不加導流設計

 所以可以採用L9(比較簡單的實驗設計),又可以了解有別於網路介紹中缺少該《重心片—改變重心結構》,又同時研究較經濟的”回收紙”使否可以在其他因子共同互相貢獻情況,也可以達到飛得遠飛的直的飛行效果!

採用L9直交表:

另外若是要研究更高水準(材料-紙:6水準),飛機機翼導流結構(3水準),紙飛機形狀(3水準),重心片重量大小(3水準),重心片位置(3水準)=>6x3x3x3x3=486種組合=>因此可慮:L18=>變形為L18(6¹  *3⁴)

下一單元就會依照L9直交表展開,進行實驗配置和展開實際設計,Noise,摺紙,飛行,量測,計算,分析.....