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。

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.

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

[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.