本研究以10公分翼展之微飛行器為設計之目標，材料選用質量輕、強度強的鋁合金作為基座材料，並搭配本實驗室自行開發之塑膠連桿與齒輪，組成10公分翼展微飛行器之傳動機構。機翼骨架為質輕之碳纖維棒帶動聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)翼膜，鋰電池為動力之來源，構成全機重約4克之拍翼式飛行器。
本研究主要針對10公分拍翼機之翼膜，於不同攻角與不同拍撲頻率下氣動力之探討，經由風洞實驗，發現本研究之拍翼式微飛行器之升力與其全機重接近，但其淨推力值卻會出現負值。本研究亦針對尾翼之外型進行最佳化設計，利用田口直交表進行歸納，並得知尾翼裝置角、厚度、翼展與弦長之最佳值。分析結果發現，於裝置角0°、厚度1.8 mm、翼展15 cm與弦長22 mm時具有最佳之升推力值。與無尾翼時相較，推力值有著大幅提升。並且藉由風洞可視化實驗發現，加裝尾翼後可以有效引導拍翼時所產生之渦流，由此可看出加裝最佳化尾翼後為何淨推力值上升之原因。
本實驗最後將此拍翼式微飛行器進行實際飛行測試，其飛行時間約為11秒，飛行範圍約為直徑3公尺。

This research is to fabricate a flapping micro aerial vehicle (MAV) with 10 cm wingspan. The aluminum alloy with light weight and strong intensity is selected to manufacture the motor base, which is combined a plastic linkage and gear to form a wingspan of 10 centimeters of transmission system. The PET wing membrane is driven by the skeleton of the light carbon fiber rods and the power source is supplied by lithium battery. Finally, we make up a MAV which is only 4 grams in weight and 10 cm in width.
Additionally, the PET films are tested by a series of aerodynamic experiments. The results show that the lift forces are sufficient to the MAV. However, the net thrust force  would be a negative value. The design of tail shape is also optimized in this work. The optimization is done by Taguchi orthogonal table including the tail angle, thickness, chord length and wingspan. It is found that the best value of the aerodynamic force is the device with angle 0°, 1.8 mm thickness, 15 cm wingspan and 22 mm chord length. Then compared with non-tail, the thrust force has increased dramatically. Flow visualization by wind tunnel shows that the installed tailcan effectively guide the shedding vortex, that influences the net thrust of the MAV.
Finally, we have some flying tests. The endurance of the MAV is about 11 seconds, and the flight range of about 3 meters in diameter.

目錄
誌謝	I
中文摘要	III
英文摘要	IV
目錄	V
圖目錄	IX
表目錄	XIV
第一章 緒論	1
1-1 研究背景	1
1-2 文獻回顧	8
1-3 研究目的與架構	13
第二章 飛行理論與材料特性	15
2-1 拍翼式飛行方式概述	15
2-2 拍翼式飛行器設計參數	24
第三章 仿鳥類微飛行器設計	28
3-1 拍翼式微飛行器製作架構	28
3-2 四連桿機構	28
3-2-1雙平行曲柄四連桿機構	29
3-2-2非平行等長曲柄連桿機構	30
3-2-3直拉桿機構	31
3-2-4曲柄搖桿機構	32
3-2-5角度問題	33
3-3傳動機構設計與製作	35
3-3-1機構設計	35
3-3-2機構製作	37
3-4 材料特性	41
3-4-1基座	41
3-4-2翼膜	41
第四章 實驗規劃與實驗架設	45
4-1 實驗設備	45
4-1-1風洞	45
4-1-2數據擷取卡	46
4-1-3六軸力規	48
4-1-4擷取軟體LabVIEW	49
4-1-5電源供應器	50
4-2 實驗架設	51
4-3 實驗規劃	53
4-3-1實驗一：PET翼膜之氣動力量測	54
4-3-2實驗二：尾翼設計之最佳化	55
4-4實驗參數	57
第五章 實驗結果與討論	59
5-1 實驗一結果與討論	59
5-2 實驗二結果與討論	65
5-3 可視化流場分析	75
5-4實際試飛結果	77
第六章 結論與未來建議	79
6-1 結論	79
6-2 未來建議	81
參考文獻	84
論文著述目錄	88
附錄A 壓力感測塗料	89
A-1壓力感測塗料	89
A-2 理論基礎	90
A-3實驗方法	96
圖目錄
圖	1-1 Caltech的拍翼式飛行器Micro Bat	4
圖	1-2 淡江大學微機電研究群第二代拍翼式飛行器Eagle II	4
圖	1-3 淡江大學微機電研究群第三代拍翼式飛行器-金探子	4
圖	1-4 減速齒輪傳動機構之正視圖	5
圖	1-5 飛行生物翼展與重量關係圖	8
圖	1-6 Weis-Fogh clap and fling mechanism	8
圖	1-7 Żbikowski 製作的拍翼機構	11
圖	1-8 Agrawal 所製作的拍翼機構	11
圖	1-9 Wood製作的機器蒼蠅	12
圖	1-10 機器蒼蠅與硬幣大小比較	13
圖	1-11 本研究團隊飛行器重量與拍撲頻率發展圖	14
圖	2-1 鳥類滑翔模態示意圖	16
圖	2-2 鳥類振翅模態分解示意圖	16
圖	2-3 下撲時翼截面受力圖	17
圖	2-4 昆蟲振翅飛行示意圖	17
圖	2-5 鳥類身體質量與拍撲頻率關係圖	18
圖	2-6 MAV之重量與翼展之關係圖	19
圖	2-7 自然界飛行體之飛行速度與其質量關係圖	19
圖	2-8 MAV 之飛行境域示意圖	21
圖	2-9 a) Bat wings，span=15cm，升力特性	21
圖	2-9 b) Cicada wings，span=15cm，升力特性	22
圖	3-1 拍翼式微飛行器之製作架構	28
圖	3-2 四連桿機構	29
圖	3-3雙平行曲柄四連桿機構	30
圖	3-4非平行等長曲柄連桿機構	30
圖	3-5直拉桿機構	31
圖	3-6曲柄搖桿機構	33
圖	3-7 四連桿機構角度圖	35
圖	3-8 a) Ornithopter zone網站所提供的JAVA分析軟體	36
圖	3-9 a) Solid Works 軟體繪製機身與尾翼組合圖；b) 翼膜圖形	38
圖	3-10 減速齒輪機座	39
圖	3-11 減速齒輪與四連桿機構	39
圖	3-12 Solid Works 軟體繪製之機構設計為6 mm傳動機構	39
圖	3-13 Solid Works 軟體分析之四連桿機構行程角	40
圖	3-14 MATLAB 軟體分析本研究之四連桿機構行程角	40
圖	3-15 MATLAB 軟體分析本研究之四連桿機構相位差	41
圖	3-16 PET聚乙烯對苯二甲酸酯	44
圖	4-1 本實驗所用之低速風洞	46
圖	4-2 熱線測速儀之感測端點	46
圖	4-3 NI公司所生產之數據擷取卡	48
圖	4-4 六軸力規	49
圖	4-5 電源供應器	51
圖	4-6 各軸軸向的定義	52
圖	4-7 LabVIEW人機介面	52
圖	4-8 風洞實驗示意圖	53
圖	4-9 翼膜示意圖	54
圖	4-10 尾翼參數示意圖	55
圖	4-11 尾翼於機身的裝置角示意圖	56
圖	5-1 攻角10°之升力值	61
圖	5-2 攻角20°之升力值	61
圖	5-3 攻角30°之升力值	62
圖	5-4 攻角10°之推力值	63
圖	5-5 攻角20°之推力值	63
圖	5-6 攻角30°之推力值	64
圖	5-7 不同尾翼於風洞實驗量測所得之升力	66
圖	5-8 田口直交表分析後所得之升力值	66
圖	5-9 純拍翼與增加最佳化尾翼後的升力	68
圖	5-10 純拍翼與增加最佳化尾翼後的推力	68
圖	5-11 鏤空之尾翼設計圖	69
圖	5-12 PET薄膜貼於尾翼上表面與下表面之升力	70
圖	5-13 PET薄膜貼於尾翼上表面與下表面之推力	70
圖	5-14 無翼後緣尾翼之設計圖	72
圖	5-15 無翼後緣尾翼與有翼後緣尾翼之升力	72
圖	5-16 為無翼後緣尾翼與有翼後緣尾翼之推力	73
圖	5-17 未加裝最佳化尾翼之可視化流場分析	75
圖	5-18 加裝最佳化尾翼後之可視化流場分析	76
圖	5-19 組裝完成之10公分微飛行器	77
圖	5-20 實際飛行之飛行路徑圖	78
圖	6-1 Rudpp塗佈於翼膜上之發光情形	83
圖	A-1 Jablonski 能位示意圖	92
圖	A-2 壓力感測塗料原理示意圖	93
圖	A-3 PSP運用於定翼機壓力場分布量測	94
圖	A-4 PSP方法運用於汽車之壓力分布	94
圖	A-5 Ru錯位化合物分子結構	96
圖	A-6 使用旋轉塗佈後螢光染劑之分布	98
圖	A-7 使用毛筆將溶有Rudpp之酒精溶液塗佈於翼膜之分布	98
圖	A-8 改質後之翼膜塗佈	99
圖	A-9 翼膜照光測試	100
圖	A-10 改良塗佈方式後之翼膜	101
圖	A-11 改良後之翼膜照光試驗	101
圖	A-12 翼膜照光並吹氮氣試驗	102
圖	A-13 吹氣前後之差異	102
表目錄
表	1-1本研究團隊開發之拍翼式微飛行器演進	5
表	3-1 鋁合金7075成分及機械性質表	43
表	3-2 PET 之物理性質	44
表	4-1 淡江大學DAQ卡規格表	47
表	4-2 淡江大學六軸力規規格表	48
表	4-3 本次實驗 直交表	56
表	4-4 本研究實際飛行之拍翼式飛行器各項參數	58
表	5-1 實驗參數	59
表	5-2 不同電壓下、攻角、風速之拍撲頻率	60
表	5-3尾翼最佳化實驗參數	65
表	5-4 各因數的升力數值	67
表	5-5 純拍翼與增加最佳化尾翼後升、推力值	69
表	5-6 PET薄膜貼於尾翼上表面與下表面之各點升力、推力值	71
表	5-7 無翼後緣尾翼與有翼後緣尾翼之升力、推力值	73
表	A-1 不同螢光染劑之各項特性	96

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