淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
進階搜尋


下載電子全文限經由淡江IP使用) 
系統識別號 U0002-0407201909060100
中文論文名稱 電動飛行翼無人機的設計、製作與試飛
英文論文名稱 Design, Fabrication and Flight Test of Electric-Powered Flywing UAV
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Aerospace Engineering
學年度 107
學期 2
出版年 108
研究生中文姓名 蔡一睿
研究生英文姓名 Yi-Rui Tsai
學號 706430047
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2019-06-20
論文頁數 76頁
口試委員 指導教授-馬德明
委員-蕭照焜
委員-蕭富元
中文關鍵字 無人機  飛行翼  無人機設計  無人機製作  無人機試飛 
英文關鍵字 UAV  flying wing  UAV design  UAV manufacturing 
學科別分類
中文摘要 本論文介紹了台灣無人機產業的現況,並記錄了電動飛行翼無人機的設計、製作、與試飛過程。依據無人機的性能需求:失速速率、最大飛行速率、巡航高度、絕對飛行升限、及轉彎半徑與速率等,求得滿足上述性能需求的機翼負載(Wing loading)及功率負載(Power loading)配對。再根據飛行時間及酬載質量的需求估算無人機的質量,接著計算翼面積及功率需求。由功率需求尋找合適的馬達,根據翼面積選擇適當的翼剖面、進行氣動力設計、及穩定性設計。根據完成的設計以複合材料製作,無人機拆分成三大區塊:機身段、及左右機翼,以CNC開模並以碳纖維環氧樹酯貼附。載具空重6公斤,動力採用AXi 4130/20 kv305電動無刷馬達,飛控系統用Pixhawk,全機質量8.62公斤。飛行試飛包含兩階段,第一階段為遙控飛行觀察飛機飛行狀況,第二階段透過Pixhawk遙控飛行,利用內建陀螺儀、加速儀記錄飛行姿態等,待日後分析飛機的動態特性。由於實際製作的飛機質量大於較原先設計,本文也討論了實際製作完成的無人機對性能需求的影響。
英文摘要 This paper presents the design, manufacturing, and flight testing of an electrically powered experimental flying wing unmanned aerial vehicle (UAV). The design process starts with defining the performance requirements including stall speed, maximal speed, cruise altitude, absolute ceiling, and turn radius and speed. The wing loading and the associated power loading are obtained based on the defined performance requirements. The wing area, UAV mass, and power requirement are determined from the endurance and payload requirements. Power requirement supports the determination for motor sizing. Aerodynamics and stability designs are accomplished based on the selected airfoil and the obtained wing area. After the completion of the design, the UAV is made of composite material. The flying wing UAV is equipped with AXi 4130/20 kv305 brushless motor and Pixhawk flight control board. The total mass of the UAV is 8.6 Kg. Flight tests were conducted to evaluate the performance and dynamic characteristics of the produced flying wing UAV and to demonstrate the success of the design.
論文目次 目 錄
摘要.......................II
目錄.......................IV
表目錄.................... VI
圖目錄.................... VII
第一章 緒論.................... 1
1.1前言.................... 1
1.2台灣無人機產業分析............. 2
1.3電動無人機設計流程............. 9
第二章 無人機設計................. 11
2.1飛機性能需求................ 11
(1)失速速度
(2)最大飛行速度
(3)爬升率
(4)升限
(5)最小的轉彎半徑及特定速率下的轉彎半徑
2.2功率負載及機翼負載的篩選......... 24
2.3電動飛行翼無人機性能需求..........27
第三章無人機最大起飛重量估算及飛機氣動力設計.. 28
3.1最小功率需求............... 28
3.2無人機最大起飛重量估........... 30
3.3飛機氣動力設計.............. 34
第四章 電動飛行翼無人機的製作.......... 38
4.1電動飛行翼無人機CAD編成......... 38
第五章 電動飛行翼無人機的飛行驗證........ 43
5.1試飛驗證數據討論............. 43
5.2無人機硬體修正流程............ 50
第六章 結論................... 53
參考文獻.................... 55

表目錄
表2-1 各類飛機的最大升力係數及失速速度......12
表3-1式(6)使用的效率值............. 32
表3-2電動飛行翼無人機氣動力特性.........37

圖目錄
圖1-1 無人機產業全景圖.............. 3
圖1-2 Interact Analysis對於至2022年UAV產業預測. 4
圖1-3 台灣無人機產業分布圖........... 5
圖1-4 2019台灣屏東燈會Intel無人機....... 6
圖1-5 2018平昌冬季奧運開幕Intel無人機...... 7
圖1-6 2018五月西安城牆國際文化節無人機表演... 7
圖1-7 飛機設計系統流程圖............. 9
圖2-1 失速速度限制函數滿足區域示意圖.......13
圖2-2 最大飛行速度限制函數滿足區域示意圖..... 15
圖2-3 爬升率示意圖................15
圖2-4可供功率(available power)......... 16
圖2-5 服務升限限制函數滿足區域示意圖.......20
圖2-6...................... 25
圖2-7 滿足性能需求的 Matching plot........27
圖3-1 AXi 4130/20 kv305電動無刷馬達...... 34
圖3-2 s5010翼剖面............... 34
圖3-3 xflr5設計飛行翼初步外型..........35
圖3-4 飛行翼無人機的Drag Polar......... 36
圖3-5 升力係數及俯仰力矩係數與攻角的關係圖....36
圖4-1 UG繪圖軟體設計載具外型.......... 38
圖4-2 內部結構..................38
圖4-3 無人機分部.................39
圖4-4 預先過切保麗龍...............39
圖4-5 貼覆玻璃纖維布與環氧樹脂..........40
圖4-6 修邊並黏上結構...............41
圖4-7 機身複材成品................41
圖4-8 主翼與翼尖複材成品.............42
圖4-9 組裝完成後的飛行翼無人機..........42
圖5-1 第一次飛行的空速..............45
圖5-2 第一次飛行的姿態角.............45
圖5-3 第二次飛行的空速..............47
圖5-4 第二次飛行的姿態角.............47
圖5-5 實機五線結果................48
圖5-6 馬達的功率需求表..............48
圖5-7 AXI5325官網功率表............. 49
圖5-8 升級馬達機體修正圖.............50
圖5-9馬達介面版升級改裝配置圖.......... 50
圖5-10 升級馬達配置圖.............. 51
圖5-11 噴漆使用品牌............... 51
圖5-12 調漆過程................. 52
參考文獻 [1] Interact Analysis Drones https://www.interactanalysis.com/
[2] Loftin, L.K, “Subsonic Aircraft: Evolution and the Matching of Size to Performance”, NASA, Reference Publication 1060, 1980.
[3] Roskam, J. (2005) Airplane Design, vol. I, DAR Corporation, 2005.
[4] Mohammad H. Sadraey, Aircraft design: a systems engineering approach, John Wiley & Sons, Ltd., Publication, 2013.
[5] AXi Products Catalogue, https://www.modelmotors.cz/file/wisiwig/files/actual_katalog_hr.pdf
[6] http://www.xflr5.com/xflr5.htm, retrieved at 2019/02/10.
[7] Pixhawk Overview, http://ardupilot.org/copter/docs/common-pixhawk-overview.html
[8] “業餘自製超輕型載具飛行測試指引”,交通部民用航空局飛航標準組, AC90-001,2006。
論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2019-07-22公開。
  • 同意授權瀏覽/列印電子全文服務,於2019-07-22起公開。


  • 若您有任何疑問,請與我們聯絡!
    圖書館: 請來電 (02)2621-5656 轉 2486 或 來信