选修课结课论文------小型飞行器基础

1、小型飞行器基础课程论文微型飞行器指导教师： 学号： 姓名： 年级专业班级： 论文完成时间： 上课地点： 成绩 微型飞行器【摘 要】微型飞行器（MAV）是于20世纪90年代发展起来的一种新型飞行器。其应用技术基本上已超出传统的飞机设计和空气动力技术的研究范畴，是对传统航空技术的一种挑战，同时它的出现也开拓了纳米技术和微机电系统技术在航空领域的应用。微型飞行器的发展和应用，必将推动国防科技工业的发展，并且具有广阔的民用前景。【关键字】MAV 研究现状 发展前景1 微型飞行器简介 微型飞行器(Micro Air Vehicle，简称MAV)这个概念最初是由美国科学家布鲁诺·W·奥

2、根斯坦在1992年美国国防高级研究计划局(DARPA)主持的一次未来军事会议上提出的。 按照DARPA的定义，微型飞行器的基本技术指标：飞行器各项尺寸不超过150 mm，重量为10100 g， 续航时间20 60 min， 巡航速度3060 kmh，平台有效负载118 g，飞行距离110 km，能自主飞行。 在第一次和第二次海湾战争中，美国士兵使用了这种低成本的简便微型飞行器。它们被用于军事侦察、目标跟踪、武器投放、电子干扰和对地攻击等，可以帮助士兵在战场上侦察近距离、小范围和复杂环境下的敌情，发现隐藏在小山后、丛林中或建筑物内的敌人，了解自己所处的环境。 1995年秋，DARPA首次组织了关

3、于MAV可行性的专题研讨会，并由此制定了一项旨在发展MAY的计划。1996年3月，DARPA向美国工业界作了简要介绍并于同年1O月举办了用户和研究单位之间有关这一问题的讨论会。这一系列的研讨会使DARPA意识到了开展MAV技术研究的重要性以及研制生产MAV的现实可行性。自1997 年起，DARPA开始通过SBIR项目增加投资，加大对MAV技术的研究力度，并开始实施一项耗资3500万美元、为期四年的微型飞行器研究计划。参与竞标的单位包括美国国内众多大学的研究实验室、业界的公司以及企业。 微型飞行器的概念唤起了巨大的研究热情。1997年起，美国弗罗里达大学发起组织了每年一度的以美国高校为主的微型飞

4、行器比赛，到目前参赛队伍已经扩展到世界范围。2003年，仅在美国就有150余家公司、科研机构和高校在从事MAW及其相关技术研究。微型飞行器的研究发展已经不限于美国DARPA、NASA和军方的支持，而逐渐演变为世界范围的飞行器和机器人领域的研究热点。在军事上，微型飞行器可用于敌情侦察、目标追踪、电子干扰、损伤评估、核生化取样、部署传感器、中继通信、甚至主动进攻和防御。在民用上，微型飞行器可用于各类监测、监控、巡视、搜救、摄影、测绘、调查和考察。比如环境监测、灾情监测、交通道路监控、边境巡逻与控制、毒品禁运、农业勘测、大型牧场巡逻、城区监视和航空摄影等。正是由于MAV在军事和民用两方面潜在的极其广

5、阔的应用前景，使其从一开始就受到人们的广泛关注，很快成为世界先进国家竞先投入研究、开发的热点。二微型飞行器的研究现状随着微米技术和纳米技术的飞速发展，一种体积如甲壳虫、苍蝇、蚂蚁乃至跳蚤的微型武器即将出现，微型飞行器就是其中之一。美国是涉足微型飞行器研究最早的国家，并已取得了重大进展。另外，英、法、德、以色列、瑞典和加拿大等国也对微型飞行器进行了积极的研究与探索。 按照飞行机理的不同，微型飞行器一般可分为三种类型：微型固定翼飞行器，微型旋翼飞行器，微型扑翼飞行器。1.微型固定翼飞行器  微型固定翼飞行器的典型代表是美国航空环境公司（AeroVironment）研制的Black Wid

6、ow和洛克希德桑德斯公司（Lockheed Sanders）研制的MicroStar。Black Widow微型固定翼飞行器翼展15厘米，起飞重量56克，使用锂电池、携带摄像头以40公里/小时的速度飞行了22分钟，数据链范围15公里。包括气压发射架、地面控制系统和自动追踪天线在内的整个系统可装在一个手提公文箱内，总重只有6.8公斤。MicroStar微型固定翼飞行器翼展为15厘米，起飞重量85克，其中动力源44.5克，有效载荷18克，发动机重13.5克，巡航速度48公里/小时，续航时间20分钟，飞行距离5.6公里。具有自动驾驶系统和电视摄像机，采用手持式发射器或直接手掷发射。2.微型旋翼飞行器

7、  微型旋翼飞行器与微型固定翼飞行器相比其最大的优点是：能够垂直起降和悬停，适宜于在比较狭小的空间或复杂地形环境中使用。微型旋翼飞行器的典型代表是洛克尼克公司（Lutronix）研制的Kolibri和斯坦福大学研制的Mesicopter。Kolibri微型旋翼飞行器的基本尺寸为10厘米，重316克，采用重37克的微型柴油发动机为动力，燃油重132克。该飞行器上部装旋翼，下部装照相机，采用GPS自动驾驶，可以垂直起降和旋停，留空时间至少30分钟，可携带大约100克的设备。esicopter微型旋翼飞行器是一个厘米级大小的飞行器，其机身为16×16毫米的方形框架，有四个螺旋桨，

8、螺旋桨直径为15毫米，厚度仅为0.08毫米。每个螺旋桨由直径为3毫米，重325毫克的微型电机驱动。目前这一研究项目已经完成了试验样机在一竿臂上的离地起飞，进一步的工作仍在继续，最终目标是实现自主飞行和多个飞行器协调完成具体任务。3.微型扑翼飞行器  微型扑翼飞行器是一种模仿鸟类或昆虫飞行的新型飞行器。与微型固定翼和旋翼飞行器相比，其主要特点是将举升、旋停和推进功能集成于一体，具有很强的机动性和灵活性。因此，更适于执行侦察任务。近年来，在DARPA的资助下，微型扑翼飞行器的研究取得了一定的成果。较典型的微型扑翼飞行器是加州技术学院研制的MicroBat和斯坦福研究中心（SRI）研制的M

9、entor。MicroBat微型扑翼飞行器是最早的电动扑翼飞行器。其机翼是采用微型机电系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)技术加工制作而成的。通过重量轻、摩擦低的传动机构将微电机的转动变为机翼的扑动。该飞行器目前已经发展了四种不同的原理样机。目前飞行性能最好的是第四代样机（图1.7.11），该机采用锂离子电池为动力，总重11.5克，最大尺寸20.32厘米，飞行方式为无线电遥控飞行，最大续航时间为6分17秒。在DARPA资助下，美国斯坦福研究中心（SRI）研制的Mentor微型扑翼飞行器重50克，有四片机翼，以电致伸缩聚合体人造肌肉EPAM（Electr

10、ostrictive Polymer Actuated Muscle）为动力。三飞行器的发展前景 微型飞行器的出现顺应了现代航空器的无人化、隐身化、数字化、微型化的发展趋势和设计思想，其研制和实用开发已收到许多国家的高度重视。一场前所未有的微型飞行器的研究热潮目前正在国内外兴起。 从目前国内微型飞行器的研究现状和未来高新技术的发展趋势看，微型飞行器今后的发展主要有以下几个特点：智能化、集成化和节能化。 微型飞行器采用智能方式，将使它不仅可以飞行，而且能够像同尺寸的鸟类一样爬行、停靠、奔跑、跳跃、游泳和鸣叫，甚至可以穿越洞孔、下水道和通风系统。微型飞行器能够在枝头树梢、丘林地带、室内室外自主控制

11、和自由飞行，并选择适当的时机、地点和方式传输实时的或压缩的数据。 微型飞行器采用集成的方式，将使它的材料呈现多功能化，飞行器的机翼同时也是天线和传感器，机械结构和电子线路集于一体，既可以处理信息又可以执行动作。微型飞行器的机载设备被微型化并被系统集成，如同现今的集成电路板。这将导致微型飞行器生产的规模化。 微型飞行器采用微型推进器、微型动力源、轻型高能燃料，甚至太阳能等节能方式。数据传输采用可见光传送，并关闭暂时不用的设备，以节约能源。微型飞行器采用扑翼方式，利用上升气流翱翔。 微型飞行器是典型的重大高科技仿生学工程，需要飞行设计、发动机设计、昆虫学、自动化、电子学、力学、光学、微机电系统、神经学和控制论等多学科长期的密切协作，以及政府、企业和科研院所的大力支持。微型飞行器的研究可谓任重道远。微型飞行器的前景十分诱人，同时它的研制面临着微电子和维工程技术的挑战，目前由于微型飞行器研究的关键问题尚未得到完全解决，所以国外的微型飞行器还没形成一个大产业，而国内的MAV研究也