系統識別號 | U0002-1701201720373000 |
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DOI | 10.6846/TKU.2017.00555 |
論文名稱(中文) | 太陽能飛機鴻鵠之設計與實作 |
論文名稱(英文) | Design and Fabrication of Hong Hu Solar Powered Unmanned Aerial Vehicle |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 航空太空工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Aerospace Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 105 |
學期 | 1 |
出版年 | 106 |
研究生(中文) | 高旖雯 |
研究生(英文) | Yi-Wen Kao |
學號 | 604430115 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2016-12-23 |
論文頁數 | 102頁 |
口試委員 |
指導教授
-
馬德明(derming@mail.tku.edu.tw)
委員 - 蕭照焜(Shiau@mail.tku.edu.tw) 委員 - 何翊(ianho@dlit.edu.tw) |
關鍵字(中) |
手擲式無人飛行載具 3D列印技術 C字樑 輕量化結構設計 |
關鍵字(英) |
Portable UAV 3D printing technology C beam Structure design of lightweight UAV |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
本文太陽能飛機鴻鵠之設計與實作包含:載具細部結構設計和載具製作。載具採用AXi 4130/20 kv305電馬達,翼展為3.7公尺,全機重量為10公斤,機翼搭載兩片太陽能板,尾翼搭載一片太陽能板,共三組太陽能板,每一組太陽能板發電產生的功率為45瓦,而機翼上表面直接使用太陽能板當作上蒙皮。機翼內部結構採用3DP列印技術印製的結構件與C字樑作結合,以達到輕量化結構之目的,應用在太陽能無人飛行載具。 |
英文摘要 |
The purpose of the study is included of structure design of UAV in detail and Fabrication. The motor of the portable UAV is AXi 4130/20 kv305 electric brushless motor. This UAV has 3.7 m wingspan and 10kg weight with three parts of solar panels on the top of the wing and horizontal tail with power of 45 watt. To make the portable UAV lighter, the structure of wing is the combination of C beams and 3D printed structures.Then, 3D printed structures are designed as truss structure. From these designation, the portable UAV can be lighter. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
目錄 圖目錄 V 表目錄 VIII 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與目標 1 1.2 研究方法 2 1-3 文獻回顧 3 第二章 太陽能無人飛行載具外型設計 4 2-1 最小功率需求演算法初步計算 4 2-1-1 主翼設計 8 2-1-2 穩定性分析 10 2-1-3 尾翼設計 11 2-2 DATCOM氣動力外型再設計 23 第三章 載具結構設計 27 3.1 主翼設計與製作 27 3.2 尾翼製作 32 3.2.1水平尾翼製作 33 3.2.2垂直尾翼製作 35 3.3 航電艙設計 38 3.4 轉動慣量 42 3.5主翼主樑材料強度實驗 43 3.5.1 實驗一 43 3.5.2 實驗二 44 第四章 動力系統測試 46 4.1 SunnySky X3520 47 4.2 HYK T50L 1160kv +6.7:1 51 4.3 AXi 4130/20 kv305 53 第五章 鴻鵠Baby-1太陽能飛機設計與製造 54 5.1 設計與實際參數之比較 54 5.2 新設計外型參數 56 第六章 測試計畫 63 6.1測試計畫 63 6.2太陽能電源管理系統地面測試 64 第七章 飛行實驗 70 7.1 飛行計畫 70 7.2 試飛結果 77 第八章 未來展望 78 參考文獻 79 附錄A Selig1223翼型資料 80 附錄B DIGITAL DATCOM 83 B.1 DATCOM輸入格式 83 B.2 DATCOM輸出格式 90 B.3 DATCOM input file 90 附錄C 軟體檢察單 93 附錄D 投稿用論文 94 圖目錄 圖 1 SELIG 1223 AIRFOIL 8 圖 2飛行時機翼上所受的力與力矩示意圖 10 圖 3水平尾翼影響到垂直尾翼的渦流產生 12 圖 4直尾翅等效展弦比 13 圖 5 與控制面比例的對比圖 [5] 14 圖 6力與力矩作用在主翼和水平尾翼上的示意圖 15 圖 7中性點位置示意圖 16 圖 8 CATIA®繪製飛機三視圖 26 圖 9主翼第一次設計圖 27 圖 10主翼ㄈ字樑結構設計圖 28 圖 11主翼桁架結構設計圖 29 圖 12主翼肋片細部設計 29 圖 13裝置SERVO的主翼肋片 30 圖 14主翼結構製作 30 圖 15主翼SERVO組裝 31 圖 16右主翼配線完成 31 圖 17尾翼外型設計 32 圖 18尾翼結構設計 32 圖 19水平尾翼肋片細部設計 33 圖 20裝置SERVO的水平尾翼肋片 33 圖 21水平尾翼結構製作 34 圖 22垂直尾翼肋片細部設計 35 圖 23裝置SERVO的垂直尾翼肋片 35 圖 24垂直尾翼結構製作 36 圖 25垂直尾翼結構(含RUDDER) 36 圖 26尾翼結構(含控制面) 37 圖 27尾翼製作完成 37 圖 28航電艙圖 38 圖 29航電艙細部圖 38 圖 30 MPPT與航電艙示意圖1 39 圖 31 MPPT與航電艙示意圖2 39 圖 32 MPPT與航電艙示意圖3 40 圖 33機身隔板結構 41 圖 34主翼樑疲勞試驗照片一 43 圖 35主翼樑疲勞試驗照片二 45 圖 36馬達SUNNYSKY X3520 47 圖 37馬達HYK T50L 1160KV +6.7:1 51 圖 38 AXI 4130/20馬達 53 圖 39鴻鵠太陽能飛機外型 59 圖 40副翼幾何參數示意圖 60 圖 41新設計飛機外型三視圖 62 圖 42太陽能飛機續航力測試 66 圖 43鋰電池、太陽能板、部分航電接線 66 圖 44西盛飛行場衛星圖 70 圖 45西盛飛行場當天天氣 70 圖 46西盛飛行場之飛行規劃路徑 72 圖 47飛機試飛前整備 73 圖 48起飛前數傳測試 74 圖 49海豚跳測試 74 圖 50起飛 75 圖 51起飛後機頭向左偏 75 圖 52飛機向左偏 76 圖 53 XFOIL示意圖1 80 圖 54 XFOIL示意圖2 80 圖 55XFOIL示意圖3 81 圖 56 XFOIL分析S1223翼型資料 82 圖 57 INPUT FILE樣式 83 圖 58 OUTPUT FILE樣式 90 圖17 西盛飛行場衛星圖 100 表目錄 表 1 最小功率需求演算法參數輸入表1 5 表 2最小功率需求演算法參數輸入表2 6 表 3最小功率需求演算法輸出結果 7 表 4初步設計表 17 表 5初步設計表:重量 18 表 6初步設計表:主翼 19 表 7初步設計表:尾翼 20 表 8初步設計表:氣動力導係數 21 表 9設計表:巡航狀態與各式參數 23 表 10設計表:重量 25 表 11設計表:其它 25 表 12載具實際重量 41 表 13 SUNNYSKY X3520一串電池供電測試結果 48 表 14 SUNNYSKY X3520兩串電池供電測試結果 48 表 15 SUNNYSKY X3520九串電池供電測試結果 49 表 16 HYK T50-9L + 6.7:1 51 表 17製作與設計差異表 54 表 18新設計飛機外型參數 56 表 19新設計物性表 57 表 20新設計全機物理參數 58 表 21副翼幾何參數 61 表 22控制面大小 61 表 23原訂測試計畫表 63 表 25續航力測試太陽能板溫度 67 表 26測試結束時鋰電池串電壓紀錄 68 表 27測試結果比較表 69 表 28行程表 72 |
參考文獻 |
[1] 王以昕, “最小功率需求的電動無人機設計,” 於 淡江大學航空太空工程學系, 新北市, 2017. [2] 司徒秉昇, “鴻鵠太陽能飛機的飛控系統與地面站的設計,” 於 淡江大學航空太空工程學系碩士論文, 新北市, 2017. [3] 孫景緯, “太陽能飛機太陽能與鋰電池混合供電設計與實作,” 於 淡江大學航空太空工程學系, 新北市, 2016. [4] F.N.Stoliker, Introduction to Flight Test Engineering, France: RTP/NATO, 2005. [5] R. C. Nelson, Flight stability and automatic control 2nd edition, United State: McGraw Hill, 1998. [6] 廖庭廣, “四旋翼物品抓取的模擬與實現,” 於 淡江大學航空太空工程學系, 新北市, 2015. [7] 廖淑華, “無人飛行載具的多單晶片飛行電腦,” 於 淡江大學航空太空工程學系, 新北市, 2010. [8] M. Sadraey, Aircraft Design:A System Engineering Approach, Wiley, 2012. |
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