2014年2月2日 星期日

專題研究 Crosswind Tethered Plane Prototype Construction

//這篇主要是要把學校的專題研究做統整。先把片段的想法,以及目前所做的半成品做個集結,資料持續更新增加中。

前言
    為了確認製作出風箏能達到我要求的運動軌跡,以及符合目前我個人能力所及,因此直接製作一台綁著風箏線的遙控滑翔機,以人工控制來進行飛行載具外形確認。
    其實這個寒假執行的進度內容,在去年五、六月早就構思好專題執行步驟,實驗企劃書也寫好了,投稿中等科學獎助計劃,拿到了一小小筆研究金費。不過這個期間不斷在做大量的文獻查詢,學習基本數學工具、運動學、飛行力學等等。不過到了寒假,因為開學要繳交科展作品說明書給學校,全部理論推導也不太好,總得實作點東西出來才是,才促成這個還學不會走路就想飛的風箏原型設計。

背景知識
    1. 風箏發電發展
          好處
          類型
    2. 質點運動模擬
          Loyd 1980 
          MATLAB 模擬結果
    3. 空氣動力設計
         何謂空氣動力設計?
         為什麼需要空氣動力設計?
         飛機運動方程組
         飛行運動特徵值
         風箏跟一般的飛機有什麼不同?
    4. 自動控制方式
         
設計概念
   由於要簡化到我的能力範圍內,因此我想直接以人工控制數據,加上量測地面風箏線角度變化,分析這兩組數據,希望能用來進行自動控制時使用。
    1. 記錄手動控制的訊號

    2. 量測地面風箏線的角度變化
        球座標系
        座標變換
        位置、速度、加速度
        
    3. 地面站設計
        風速計
        放線滾軸
        風箏起降架

    4. 自動起降流程設計
        起飛流程
        穩定滯空轉為繞圈盤旋
        繞圈盤旋轉為穩定滯空
        降落流程

    5. 意外狀況處理對策
        忽然沒風!

實驗過程
    1. 製作遙控風箏

    2. 利用arduino連接接收器,記錄遙控器控制訊號

    3. 利用可變電阻+arduino製作球座標角度感測計

    4. 利用arduino連接風速計,記錄風速變化

    5. 利用Xxx通訊模組,讓空中與地面數據取樣時間同步
(為什麼不直接量發射器的發射訊號就好了?可以事前做量測發射器與接收機之間的誤差分析啊!)

實驗結果
    1. 遙控風箏試飛結果

    2. 手動控制數據分析
        尾翼角度變化
        副翼角度變化

    3. 球座標角度感測器數據分析
        飛行路徑
        飛行速度

    4. 副翼角度、風速與飛行路徑的關係








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