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系統識別號 U0026-0812200915052610
論文名稱(中文) 利用無人載具進行空投應用之研究
論文名稱(英文) A Study on Airdrop Applicability of Unmanned Aerial Vehicle
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系專班
系所名稱(英) Department of Aeronautics & Astronautics (on the job class)
學年度 97
學期 1
出版年 98
研究生(中文) 鄭宇森
研究生(英文) Yu-Sen Cheng
電子信箱 maverick_20092@yahoo.com.tw
學號 p4794108
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 84頁
口試委員 指導教授-蕭飛賓
口試委員-許掙強
口試委員-江志煌
中文關鍵字 非線性迴歸  拋投物前進軌跡距離  六自由度  無人載具 
英文關鍵字 Unmanned Aerial Vehicles  6-Degree-Of-Freedom  Nonlinear Regression  Forward Track Distance 
學科別分類
中文摘要 隨著科技進步無人飛行載具(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)滯空時間大幅增加,籌載模組功能提升,使得無人飛行載具運用領域增加,而發展無人飛行載具應用在空投方面是深具挑戰性的研究課題;本論文針對此課題進行研究,依據空投物軌跡分析的結果設計自主空投系統,並以無人飛行載具-SWAN進行空投試驗,探討自主空投應用在無人飛行載具上的可行性。本研究在不考慮風向、風速對拋投物造成側向運動的影響下,將三維六自由度運動數學模式,簡化成二維三自由度拋投物軌跡運動數學模式,以數值積分計算出拋投物軌跡,然後應用非線性迴歸找出高度(Altitude, ALT)、速度(Speed)與拋投物前進軌跡距離(Forward Track Distance, FTD)關係式。風向、風速、GPS等影響因素亦加以探討,由模擬分析歸納所造成的偏差量,估測出合理的撞擊點偏差範圍為半徑16公尺。依據拋投物軌跡分析獲得的條件式,實際製作一套自主空投系統,裝置於SWAN無人飛行載具上進行實驗。在不同高度與空速下的空投實驗,均符合撞擊點誤差範圍半徑16公尺內的估測,證明載具在此條件下具有將拋投物空投至目標區的能力。本論文研究結果證明了無人飛行載具執行空投應用的可行性,並且可達到自主空投的能力。
英文摘要 The purpose of this thesis is to study the airdrop applicability of an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) flying to an anticipated target point through trajectory simulation, the point of impact deviation simulation, and real flight experiments. The premise of designing an autonomous airdrop system is the correctness of trajectory calculation and analysis, then the results are verified by flight experiments on the SWAN UAV. This study, without consideration of the influence of the wind direction and velocity, simplifies the 3-dimensional, 6-degree-of-freedom (6-DOF) equations of motion of the airdrop into 2-dimensional, 3-DOF equations of motion. The trajectory of the airdrop is then simulated with the Runge-Kutta method. According to the results of simulation, the functions of relationship among altitude and speed of the UAV and Forward Track Distance (FTD) between the target point and the UAV position are deduced using the nonlinear regression. Then, the point of impact deviation due to wind direction, wind velocity and GPS drift are also estimated and discussed. Results indicate that the reasonable deviation with the anticipated target point is about 16 meter in radius. The functions and criteria are used to design an autonomous airdrop system equipped on the SWAN UAV. In different altitude and speed flight texts, it conforms the estimation of the range radius 16 meter of the point of impact deviation. This study also proves that the autonomous airdrop executed by the UAV is feasible and the accuracy of point of impact is acceptable.
論文目次 中文摘要............................................................................................................i
英文摘要...........................................................................................................ii
誌謝..................................................................................................................iii
目錄..................................................................................................................iv
圖目錄..............................................................................................................vi
表目錄...............................................................................................................x
符號說明.........................................................................................................xii
第一章 緒論.....................................................................................................1
1.1 空投的起源與應用.......................................................................1
1.2 研究動機與目的.........................................................................4
1.3 文獻回顧….................................................................................5
第二章 實驗裝備及風洞測試.........................................................................7
2.1 測試平台.......................................................................................7
2.2 風洞設備.....................................................................................13
2.3 拋投物氣動力分析.....................................................................16
第三章 拋投物軌跡模擬...............................................................................18
3.1 拋投物軌跡模擬的設計理念.....................................................18
3.2 座標系定義.................................................................................18
3.3 運動分程式推導.........................................................................21
3.4 拋投物軌跡模擬.........................................................................27
第四章 撞擊點誤差模擬分析與空投系統設計...........................................41
4.1 撞擊點誤差模擬分析.................................................................41
4.2 空投系統.....................................................................................52
第五章 空投實驗...........................................................................................56
5.1 空投測試....................................................................................56
5.2 落點分析....................................................................................65
第六章 結論...................................................................................................68
6.1 結語...........................................................................................68
6.2 未來展望...................................................................................69
附表.................................................................................................................70
附圖.................................................................................................................77
參考文獻.........................................................................................................82
自述.................................................................................................................84
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  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2010-02-02起公開。
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