一層樓高的氣象雷達球成功上船啦！美國研究船「莎莉萊德號」的神秘任務是什麼呢？

本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？

這片大家都聽過的 HEPA 濾網，裡面到底是什麼？

首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。

因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！

1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。

有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。

現在最常見的 HEPA 材料，是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？

其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。

此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。

為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附？

好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。

為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：

• 酸鹼中和：對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體，會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑，透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之，如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑，就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
• 物理吸附與凡德瓦力：對於最麻煩的有機揮發物（VOCs，如甲醛、甲苯），因為它們不具酸鹼性，科學家會精密調控活性碳的孔徑大小，利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力（凡德瓦力），像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。

空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。

工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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• 作者／劉詠鯤

本文轉載自 CASE 報科學 《千變萬化的流體（三）：哥吉拉雲—流體的不穩定性》

海岸邊的雲層上緣，出現一隻隻如同哥吉拉形狀的雲；原子彈投下後，劇烈爆炸引起的蕈狀雲；土星大氣層內形狀獨特的雲帶……等。這些看似毫無相關的現象，背後其實成因都可以歸納為：流體中的不穩定性。

2020 年在青森縣的海邊，有網友分享了一張雲朵彷彿在進行「哥吉拉大遊行」的照片（圖一左上）；也有飛行員在雲層上分享過類似的照片（圖一右上）；除此之外，天文學家在土星的大氣層也觀察到相似形狀的雲層（圖一下）。這些「哥吉拉」的行動力竟然如此之高，不只在地球上出現，連土星上都有。這是否暗示它們背後其實具有相同的形成機制呢？

在＜千變萬化的流體（一）＞一文中，我們介紹了流體流動的狀態主要可以分成兩種：層流與紊流。層流狀態的流體十分穩定，它可以被視為一層一層獨立的流動來討論；相對的，紊流如同它的名字所表示，流體內部的流動較為混亂，不同層之間的流體會互相混合、影響。而決定是層流還是紊流的關鍵因素便是「不穩定性」^[1]。

在描述天氣系統為甚麼難以預測時，常常會提到「蝴蝶效應」這個小故事：位在大西洋的颶風，其成因可能只是在亞馬遜森林裡面一隻蝴蝶煽動了翅膀，這個初始的小擾動，隨著時間演變，最終形成尺度龐大的結構。不穩定性在流體中扮演的角色也十分相似。起初流體內部隨機的產生十分微小的擾動，若整個流體的不穩定性足夠大，微小的擾動便有機會繼續成長，直到對整個流體都造成影響。流體中具有各式各樣的不穩定性，在本篇文章中，我們將會介紹與哥吉拉雲還有蕈狀雲有關的兩種不穩定性：克耳文-亥姆霍茲不穩定性以及瑞利-泰勒不穩定性。

克耳文-亥姆霍茲不穩定性：哥吉拉雲

這個不穩定性得名於兩位對此現象進行研究的物理學家：發明絕對溫標的克耳文爵士，以及對聲學共振系統做出系統性研究的亥姆霍茲（在＜香檳聲音哪裡來？＞一文中，他曾經登場過）。這個不穩定性發生的條件是：兩層流體之間具有相對速度。

請搭配圖二，讓我們一起來理解這個不穩定性是如何產生哥吉拉雲的。假設有兩層流體，分別向左與向右運動。當它們彼此完美平行時，一切無事，如圖二（a）。但這個狀態其實並不穩定，任何的擾動，都可能會破壞這個完美狀態。例如，流體中形成了如圖二（b）的擾動，接下來流體的運動會如何變化呢？

對於淺藍流體來說，A 點的體積較原本略小，因此流動速度較大，如同澆花時，將水管捏住（管徑縮小），水可以噴得更遠。此外，流速較快也會使得 A 點的壓力減小；但對於紅色流體來說，A 點的壓力反而會增大。如此會導致流體內部的壓力分佈形成圖二（c）。兩種流體之間的壓力差，會進一步使擾動長大，如圖二（d）。最後，由於流體本身橫向的速度，使擾動在橫向上出現變形，如圖二（e）。如此一來，哥吉拉形狀是不是就出現了呢？

瑞利-泰勒不穩定性：核爆蘑菇雲

接下來，讓我們來看另一種在生活中沒那麼常見，但是看過就很難忘記的不穩定性現象：核爆產生的蘑菇雲。這種現象的成因，是來自於瑞利-泰勒不穩定性，它會發生於密度較大的流體壓在密度小的流體之上時。核彈爆發會在極短時間內釋放出極大熱量，將爆炸中心的空氣瞬間加溫。我們知道，氣體的溫度越高，密度越低，因此在爆炸中心，會瞬間形成大量的低密度空氣。

讓我們用簡單的模型來看看，這種不穩定性是如何造成蘑菇雲的。圖三（a）中有兩種流體，密度較高的在上，此時整個流體系統處於不穩定態，只要有一點擾動 ，如圖三（b） ，不穩定性就會使擾動擴大。由於密度差異，重力使得密度小的流體上升，密度大的下降，使不穩定度振幅逐漸增大。此外，由於壓力差與密度差的方向並不平行，會導致流體的邊界形成渦旋，如圖三（c）。以上這些效應疊加在一起後^[2]，流體邊界處便會逐漸形成如蘑菇狀的特徵，如圖三（d）。

以上兩種流體不穩定性，其實在我們生活中也存在，例如：點燃的線香。由於線香燃燒處的溫度上升，空氣密度下降，此時就滿足瑞利-泰勒不穩定性的條件；當熱空氣上升時，和兩側靜止的空氣有一相對速度，也滿足了克爾文-亥姆霍茲不穩定性條件。只是由於規模較小，發生速度較快，肉眼未必可以清楚的看到如前文中提到的明顯特徵。儘管如此，各位讀者在了解這些不穩定性之後，若是試著觀察看看生活中的各種流體，也許也能找到隱藏起來的「蕈狀雲」喔！

註解

[1] 更詳盡的說明可以參考 CASE＜上下顛倒漂浮船＞一文
[2] 實際上，形成蘑菇狀構造還與流體在三維條件下的非線性效應有關，數學模型較為複雜，此處只是簡單概述其成因。

參考資料

1. Kelvin–Helmholtz instability
2. Rayleigh–Taylor instability
3. “Single mode hydrodynamic instabilities” draft from Hideaki Takabe.

• 本文轉載自科技大觀園，原文為《船模實驗在做什麼？船隻設計的眉眉角角》
• 作者 / 科技大觀園特約編輯｜吳謹安

臺灣近年推動自主國防，時常可以看到國艦國造的相關新聞，但你有沒有想過：所費不貲動輒數億的造船經費，要如何知道實船完工是真的功能完整的呢？國立成功大學系統及船舶機電工程學系副教授陳政宏指出，為了驗證船隻模型性能，研究者們設計了各種船模實驗，廣泛用於建造實船之前評估目前船隻設計方案的性能是否符合期望，或是存有潛在流體動力學上的問題。

釐清速度與阻力之間的關係：裸船阻力實驗、單獨螺槳實驗與自航實驗

船模實驗中研究者將縮小船模置於其中實驗水槽進行各種操作，並推估放大後的性能狀態。其中，裸船阻力實驗便用來釐清直線航行時，船隻速度與阻力之間的關聯，進而評估推進器設計、馬力與船體如何搭配恰當。然而，螺槳產生推進力的效能同時會受到其本身性能與船殼造成的流場交互影響。

陳政宏教授解釋，為了拆解可能的混淆變項，因此又衍伸了兩種實驗：螺槳單獨性能實驗、自推實驗。螺槳單獨性能實驗中，螺槳會被放置在一個均勻、流速固定的流體中檢視它的推力大小，以及是否有性能問題。例如螺槳最怕遇到的空蝕 (Cavitation) 問題，當螺槳透過推動水流取得前進的推力時，根據白努利定律，流體速度提高、壓力下降便可能使水氣化，進而出現小氣泡改變整體流場狀態影響實驗結果，甚至氣泡破裂時產生微小的力量也會逐漸侵蝕葉片表面。如何設計出能產生強大推力，但最小化空蝕現象的螺槳，便要依靠螺槳單獨性能實驗。

自航實驗則用來處理螺槳與船殼的搭配問題，裸船阻力實驗中，船首在拖航水槽中由儀器拖動加速，而實際船隻運行時螺槳從後方推動船殼，兩者間產生的流場不同。不同船殼設計也會造成進入螺槳的水流不同，使得實際阻力可能不同。此時便需要透過自推實驗取得螺槳與船殼交互作用後的綜合性、修正後的性能結果。相反的，若缺少裸船阻力實驗與螺槳單獨性能實驗，當自推實驗不理想，研究者也難以分析是哪個部份出現問題。

了解船模製造的流場分布：艉跡流實驗

陳政宏教授也提及，前面提到不同船殼搭配同個螺槳可能產生截然不同的效果，源於不同船殼尾部產生的艉跡流流場不同。因此需要額外實驗以決定如何搭配、設計螺槳，甚至當船殼設計不佳，導致流場流速差異過大，也能夠考慮重新設計船殼或增加整流器。儘管整流器會增加些許阻力，但若能顯著提升螺槳效率反而有亡羊補牢的效果。

艉跡流實驗也帶出船隻研究的重大議題——電腦運算速度仍不夠快到能投入實用，因此船模實驗仍有存在的必要。目前電腦還無法直接、快速、精確地處理紊流的問題，超級電腦要花上千年才能算完一艘潛艇定速航行時的流場。然而即使使用紊流模型模擬流場以加快速度，也會面臨精確模擬的另一大挑戰是必須提供足夠多、詳細且精準的初始與邊界條件給電腦，才能確保模型模擬結果的準確性。實務上，通常是船模實驗與電腦模擬兩者並重，對船隻設計進行評估。

實船放大後仍會遇到許多變數－紊流與製造技術限制

即使通過船模實驗，真實比例的實船航行時仍會遇到預期外狀況。紊流便是其中之一，因為流體的黏滯力，行進時流體會在船體表面形成一層稱為邊界層的薄膜，邊界層前段為流動較規則的層流，中後段則是不穩定的紊流。船模與實船時前進時，紊流在流場中出現的相對位置不同。因此船模實驗可能會在船艏貼上砂紙或釘子作為激紊器，希望模擬放大為實船後會有相似的紊流邊界層特性。

此外，製造技術產生的公差放在船模與實船，也會導致不同尺度的影響。一公分的誤差對實船或許影響不大，但對船模而言可能改變流場甚鉅。所以船模也必須有一定尺寸並製作精密才能製造貼近實船的流場，如大型商船船模需要在 6 – 8 公尺最為恰當。

如何確定船模實驗結果可以類推到實船：幾何、運動學與動力學相似性

船模實驗為了確保結果有效性，不只要求船模符合幾何相似，還需要運動學與流體動力學相似性。幾何相似指的便是船模外型須與實船相似，運動學相似則是指流場形狀、流速與壓力分佈必須相似。最複雜的動力學相似，要求船模受到各種作用力間彼此的比例關係必須對應，如流場中流體黏滯力、移動產生的慣性力與波浪所形成的重力波。但由於實驗中上述三種作用力，兩兩間的比例關係無法同時滿足：

1. 若想固定慣性力與黏滯力間的比例，「船速度 × 船長」必須為一常數。
2. 若想固定慣性力與重力之間的比例，則是「船速度 ÷ √船長」 必須為一常數。

由上面的公式可以知道，船模較實船尺寸縮小，因此若想讓 1. 比例維持一致，則船隻速度要增加。但同時想要固定 2. 的比例，則要求船隻速度縮小，兩者是相互矛盾的。因此陳政宏教授也提到實務上，通常會犧牲慣性力與黏滯力的比例，因為通常紊流流場中慣性力對黏滯力的比例夠高。此時在紊流完全發展下，慣性力對黏滯力的比例差異造成的影響差異較小。

讓船隻前進更有效率：減少阻力的方法

根據造成阻力的原因，研究者們發展了各種方式降低船隻行進中受到的阻力。船隻在流體中前進主要會受到三種類型的阻力影響：

第一種是最直觀的表面摩擦力，可以透過使用光滑材質設計船體，或是疏水性或親水性鍍膜、塗料減少摩擦力。但儘管鍍膜與塗料在實驗中取得很好的成效，實務上仍有諸多挑戰，例如：實船長期航行塗料脫落重新上塗料成本巨大、塗料是否環保，如海洋生物附著在船體也會增加表面摩擦力等原因，都是降阻方案投入實務領域面臨的挑戰。

第二種阻力為船隻行進時造成的波浪，透過船殼形狀設計可以減少行進時製造的波浪，例如斧艏與劍艏利於破浪；或是流行近百年的球形艏，在船艏水面下的部分設計突出的鈍形構造，能在水面下先製造一個波浪與船艏製造的波浪抵銷。此外，整體船型在細尖的船艏、寬敞的肩部與舯段、船艉之間，不能太快變寬或收攏，才能減少造浪。

最後一種為黏性壓差阻力，源於垂直於船體表面的壓力。船體左右對稱左右合力抵銷，但船艏由於船體向前進壓力較大，船艉由於原本貼於表面邊界層中的流體因為速度下降剝離，形成紊流區，使壓力降低。這使得整體壓力的合力向後，形成阻力，需要透過流線型船殼與較佳的船艉設計解決。

為實際航行提供指引：耐海與運動操縱性能實驗

陳政宏教授也補充，前面提到的實驗都還只是在靜止水域觀察船模性能，但實際航行時海象變化莫測，還需要評估船體在有浪環境的性能表現，才能確保安全。此時會先使用造波機製造固定波高與波長的規則波浪，觀察船模在規則波浪中前進受到的阻力，以及在空間中六個自由度(前後、左右、上下、俯仰、橫搖與平擺)上的運動。進一步也會參考實際海浪觀測資料中各種波長的機率分布，模擬做出不規則波浪，同時檢視各角度海浪拍打下船模的運動狀態。另外也會做迴旋、之字形航行……等各類操縱，完整了解運動性能。這些數據日後都能提供給船東或船長參考，判斷當船遇到各程度的海浪時，船隻速度下降、耗油增加程度，或是在何種海況下船隻應該停航以確保安全。

不只要夠大，還要夠安靜的水域：潛航器自航實驗

相較於水面上航行的船隻，潛航器自航測試類似無人船的概念，將模型放置在夠大的水體後，依靠裝置於潛航器上量測設備，記錄其航行姿勢、尾舵方向與力道、航行軌跡。因為需要在夠大的水體中進行，英國便是在人工興建的水庫中進行測試，也較容易控制環境變數。而基於軍事需求潛艇也強調匿蹤、安靜性能。因此挑選的水域不能夠太過吵雜，周邊有過多的遊憩設施、碼頭的噪音都可能干擾實驗結果。也因為要考慮聲學目的，對水域大小需求又會比一般自航實驗更大。以美國為例，則是找到位於愛達荷州由天然冰川侵蝕形成的湖泊 Lake Pend Oreille，狹長數十公里，且周邊只有少數聚落，成為進行潛艇實驗的理想場地。

整體而言，設計船隻時要解決的流體力學問題，主要有阻力與流場中的紊流。陳政宏教授最後提到，實務上同時需要船模實驗與電腦模擬數據相輔相成，從裸船殼到螺槳整合；從靜止水域到動態水域航行測試，經過一系列船模實驗評估，最終才能確保實船可以兼具性能與安全的揚帆啟航。

參考文獻

• 國艦國造需要怎樣的國家級船模實驗室？（二）船模實驗室種類與現況
• 國艦國造需要怎樣的國家級船模實驗室？（一）流體動力學問題
• 國艦國造需要怎樣的國家級船模實驗室？（三）未來船模實驗室的發展建議
• 海洋議題融入與船模製作課程，國立臺灣科學教育館
• 拖航水槽主要船模試驗項目之技術改善與比較分析
• 利用流體中的隱形殺手–翼尖渦及翼尖帆