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系統識別號 U0026-2701201417021000
論文名稱(中文) 四旋翼與傳統直升機特性比較研究
論文名稱(英文) Flight Characteristics Comparison between Quadrotor and Conventional Helicoptor
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Aeronautics & Astronautics (on the job class)
學年度 102
學期 1
出版年 103
研究生(中文) 林俊杰
研究生(英文) Chin-Chieh Lin
學號 P47001105
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 89頁
口試委員 指導教授-賴維祥
口試委員-尤芳忞
口試委員-謝成
中文關鍵字 四旋翼  直升機  多旋翼  飛行特性  構型  載重  滯空  效率 
英文關鍵字 quadrotors  helicopter  multi-rotors  flight characteristics  configurations  payload  duration  efficiency 
學科別分類
中文摘要 在早期直升機發展過程中,航空先驅們嘗試了各種的構型,然而自從塞考斯基(Sikorsky)公司的XR-4服役,直升機實用化以來,大部分直升機構型皆為大眾所熟知的一個主旋翼,加上一個尾旋翼之構型,亦可稱為傳統型的直升機。近年來,四旋翼構型直升機的研究越來越多,成為一個熱門的研究項目,屢屢搶攻新聞版面。每當媒體報導此型飛行器時,常稱其特性為穩定性較佳、載重量大等。然而,四旋翼構型飛行器與傳統直升機相較之下,兩者特色各為何?適用之時機與考量為何?有其探究之必要,亦為本研究欲探討之重點。

本研究藉由各式文獻與資料之蒐集與整理,將直升機的構型加以分類,並探討其原理與特性,以對直升機之各種構型有一基礎之認識,而後在四旋翼機的外尺寸與傳統直升機主旋翼直徑相等的原則下,利用一架四旋翼無人飛機,以及一架傳統構型的遙控直升機,以實際飛行測試的方式,對兩者特性做一比較。經研究發現,四旋翼機之轉盤受力約為傳統直升機之四倍,傳統直升機的最大載重則約為四旋翼機的兩倍,效率值兩者幾乎相等,滯空時間以傳統直升機較長,傳統直升機之振動性也較四旋翼機大,在操控上以四旋翼機較為簡易,在動力選擇性上以傳統直升機較佳,但四旋翼機在設計及應用上有較高的彈性,噪音方面以傳統直升機較大,在抗風性上傳統直升機可抵抗來自各方向的風,而四旋翼機則是無法抵抗上升氣流。

未來預料將可再見到更多新穎獨特的四旋翼航空器問世,目前全球各先進國家皆對多旋翼航空器進行研究,並發展各式創新的載具與應用,且由於無人飛行載具不需航空認證程序,若台灣可在多旋翼航空器領域投注更多研發資源,以台灣優秀的創意、加工及電子技術,將有機會與全球並駕齊驅,甚至領先全球,值得台灣產、官、學、研各界一同努力。
英文摘要 In recent years, research of quadrotors helicopter becomes more and more popular, and often seen in news pages, mentioned it as good stability characteristics, good payload capacity and so on. However, what are the characteristics of quadrotors and conventional helicopter? When and how should they be used? These questions need further exploration, which is also the focus of this thesis.

Then the author compares the characteristics of quadrotor and conventional helicopter through a series of actual flight tests by using an unmanned quadrotor and a conventional RC helicopter, which the diameter of helicopter main rotor is equal to the outside dimension of quadrotor.

Through this study, it shows that the performance of helicopter is better in payload (2 times larger) than quadrotor, but the efficiencies are almost the same. Helicopter also has better performance in operation duration, power variety (engine or electricity). However, quadrotor has more advantages in low vibration, low noise, easy control, as well as design flexibility. A particular feature is its sustainable to the updraft for helicopter, which has very difficult for quadrotor.
論文目次 摘要 2
ABSTRACT 3
致謝 1
表目錄 1
圖目錄 1
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機 3
1-3 文獻回顧 4
1-4 研究方法 5
第二章 直升機構型介紹 7
2-1 直升機分類 7
2-2 單主旋翼式直升機 (Single Rotor Helicopter) 9
2-2-1 構型介紹 9
2-2-2 飛行運動控制 10
2-2-3 構型特點 12
2-3 共軸式直升機 (Coaxial Rotors Helicopter) 12
2-3-1 構型介紹 12
2-3-2 飛行運動控制 13
2-3-3 構型特點 15
2-4 縱列雙旋翼式直升機 (Tandem Rotors Helicopter) 15
2-4-1 構型介紹 15
2-4-2 飛行運動控制 16
2-4-3 構型特點 17
2-5 並列雙旋翼式直升機 (Side-by-Side Rotors Helicopter ) 18
2-5-1 構型介紹 18
2-5-2 飛行運動控制 19
2-5-3 構型特點 20
2-6 多旋翼式直升機(Multi-Rotors Helicopter) 20
2-6-1 構型介紹 20
2-6-2 飛行運動控制 22
2-6-3 構型特點 23
2-7 複合式直升機(Compound Helicopter) 24
2-7-1 構型介紹 24
2-7-2 飛行運動控制 26
2-7-3 構型特點 28
第三章 實驗器材準備 30
3-1 四旋翼直升機準備 30
3-1-1 四旋翼無人載具選擇 30
3-1-2 試驗用四旋翼直升機介紹 30
3-2 傳統直升機整備 31
3-2-1 電動直升機選擇 31
3-2-2 試驗用電動直升機介紹 32
3-3 其他實驗設備準備 33
3-3-1 hTC wildfire野火機 33
3-3-2 Andro Sensor 35
3-3-3 Castle Phoenix ICE 50“鳳凰”電子變速器 35
3-3-4 低壓警報器 37
第四章 飛行特性比較 38
4-1 載重能力比較 38
4-1-1 載重能力分析 38
4-1-2 最大載重測試 41
4-1-3 最大載重測試結果 43
4-1-4 載重特性討論 44
4-2 效率比較 46
4-2-1 效率分析 46
4-2-2 四旋翼停懸效率分析 47
4-2-3 傳統直升機停懸效率分析 49
4-3 停懸滯空時間比較 50
4-3-1 停懸滯空時間測試 50
4-3-2 結果與討論 51
4-4 振動性比較 53
4-4-1 振動簡介 53
4-4-2 加速度感測 55
4-4-3 四旋翼機與傳統直升機振動測試 55
4-5 穩定性比較 58
4-5-1 穩定性介紹 58
4-5-2 四旋翼與傳統直升機穩定性特性分析與探討 60
4-6 操控性 62
4-6-1 飛行操控比較 62
4-6-2 飛行操控探討 63
第五章 其他特性比較 65
5-1 動力選擇性 65
5-2 設計應用彈性 67
5-3 安全性 69
5-4 噪音 72
5-4-1 機艙噪音 72
5-4-2 艙外噪音 74
5-5 耐候性比較 77
5-5-1 抗風能力 77
5-5-2 抗雨能力 79
第六章 結論與未來工作 81
6-1 結論 81
6-2 未來工作 82
參考文獻 83

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論文全文使用權限
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