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同济大学胜利放飞苍蝇能源微型飞机

2019-05-16 12:57 来源:未知 提交:poster

同济大学航空航天与力学学院(简称“航力学院”)举行了2013年同济大学微型飞机大赛暨《微型飞机计划、制作》课程作品展。加入本次大赛的主体为航力学院2015届航空专业的四十余位大二门生,他咱咱们提交的微型飞机均为今年暑期《微型飞机计划、制作》实践课程上刚

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伸平手掌,一枚硬币大小的苍蝇能源微型飞机即刻从指尖起飞,并徐徐飞向远方……8月2日上午,同济大学航空航天与力学学院(简称“航力学院”)举行了2013年同济大学微型飞机大赛暨《微型飞机计划、制作》课程作品展。加入本次大赛的主体为航力学院2015届航空专业的四十余位大二门生,他咱咱们提交的微型飞机均为今年暑期《微型飞机计划、制作》实践课程上刚刚实现的作品,包含十架微型飞机和三十余枚微型苍蝇能源飞机。此中,苍蝇飞机等多架飞机都已经胜利实现为了试飞。

图1 微型飞机大赛暨展览会现场
 

l 巴掌大小的飞机

本次参展的十架微型飞机均为固定翼飞机,红外遥控,遥控规模20米阁下,适于室内飞行,可平放于掌心。十架飞机的全体布局各不相同,有单翼机三架、双翼机两架、联接翼飞机一架、三翼飞机一架,椭圆形机翼飞机一架、碳杆薄膜蝴蝶飞机一架,另有一架3D蝴蝶飞机和一架零式迷你机。为了减轻重量,统统飞机的骨架、蒙皮等布局均采纳直径0.5~1毫米的碳纤杆、2毫米厚的epp泡沫板/轻木薄板或0.01毫米厚的塑料薄膜等轻质资料。能源为重量3克或7克的3.7伏可充电的小锂电池;发动机应用6毫米直径的有刷小电机,颠末过程减速齿轮减速后可为飞机供给约20克的拉力。

图2 三翼机与薄膜蝴蝶飞机
十架飞机的共同特色可概括为两个字,“小”和“轻”。尺寸最大的飞机翼展仅为25厘米,机身长度21厘米,起飞重量约20克,应用螺旋桨的直径为11厘米;最小飞机的翼展不超过7厘米,机身长不超过5厘米,飞机总重约10克,螺旋桨直径仅为4.5厘米。飞机的升降舵和偏向舵等舵面驱动均采纳自行研制的微型小电磁舵机;舵机的磁芯为圆柱形的钕铁硼强力小磁铁,柱状磁铁的直径仅为3毫米,舵机线圈内径为5毫米;单个舵机总量1克不到。十架飞机中包含有一架薄膜蝴蝶飞机和一架3D蝴蝶飞机。这两架飞机计划时参考了大型野外凤蝶的外形特色,巧妙地接收了蝴蝶滑翔降落的仿生学原理。

l 一轮微缩简化版的飞机计划、研制、试飞全过程

现代飞机计划与制作是一个庞大的体系工程,几乎触及机械、电子、化工、资料等统统的理工类学科和门类。作为航空相干某个特定专业的门生,全体大学学习过程中接触的专业知识其实都很窄;“只见树木,不见丛林”,很难无机遇站在一定高度上节制飞机计划、制作、试飞的全过程。
本次同济大学暑期《微型飞机计划、制作》实践课的偏向恰恰便是要让航空专业的门生亲身阅历一轮微缩简化版的飞机计划、研制、试飞全过程。该课程貌似构造门生分组制作会飞的遥控玩具,但这种“玩具”的计划、制作过程是完全差别于通俗模子爱好者的;它除了请肄业生咱咱们制作、试飞胜利微小遥控飞机之外,更夸大气动阐发、推力测试、CAD建模、电磁舵机计划等飞机的计划关键。正所谓“麻雀虽小,五脏俱全”。

图3 蝴蝶飞机与零式迷你飞机
在飞机开端计划阶段,每个小组的4位同学先要给出待计划飞机的航时、起飞重量、翼展、机身长度、高度、发动机、电磁舵机驱能源矩等计划偏向和参数,进而确定出飞机的全体布局和构型计划。
进入详细计划阶段后,一名卖力CAD建模的同学开端利用AutoCAD软件在电脑上停止的全机制图;一名卖力电磁舵机与体系节制的同学开端绕线圈,计划、制作得当自己飞机舵面衔接情势的电磁舵;而另两名同学则分头拿着电机在自制的发动机推力测试体系上测量发动机的推力,和利用美国NASA(美国航空航天局)网站上的气动软件Tunnel阐发飞机的升力和阻力等气动机能数据。上述工作实现后,综合测得的发动机推力、计算的飞机的升力和阻力、电磁舵机扭矩和早先飞机预设的偏向参数,对先前的飞机计划停止修定。
末了,各小组进入飞机制作阶段;颠末共同极力,成员咱咱们实现一架微型飞机,并停止试飞。
同济大学胜利放飞苍蝇能源微型飞机
图4 同学咱咱们在计划、制作飞机
颠末一轮相对完备的飞机计划、研制、试飞过程,门生咱咱们互相合作的能力、阐发成就/解决成就的能力、实践知识与工程实践相结合能力,动手能力等综合本质取得了进一步的造就和提高。

l 讲堂上放飞的苍蝇飞机

7月26日,在《微型飞机计划、制作》实践课的讲堂上,指点教师沈海军传授亲自放飞了一架比一枚邮票还小的苍蝇能源飞机。该苍蝇飞机的重量约为0.04克,相当于一颗黄豆的重量;翼展1.2厘米,大小与五角硬币相当;飞机机体由很轻的油封纸裁剪、折叠而成。这里的所谓“苍蝇飞机”,实际上就因此苍蝇作为引擎的微小飞机。在本次《微型飞机计划、制作》实践课上引入苍蝇飞机,重要偏向有两个,一是引发门生咱咱们的立异思维,二是发掘昆虫能源飞机的应釉墼勖潜力。
苍蝇飞机计划、制作并不容易。为了获得飞机的“引擎”—苍蝇,沈海军传授率领几位同学拿着扑捉苍蝇的塑料袋跑遍了全体同济校园的十余处扑蝇器。天气炎热,但大家一发现某扑蝇器内有鲜活的苍蝇,就会无比激动,因为他咱咱们心里明白,自己飞机的引擎终于找到了。
苍蝇“引擎”有了,接下来便是要测量引擎的推力。为此,同学咱咱们想出了一个简略而又适用的办法:竖起一根半米长0.6毫米粗的碳纤维杆,碳纤杆的顶端用细线黏住苍蝇;然后驱赶苍蝇,并用摄像机记载下苍蝇拉动碳杆顶端的位移;末了根据该位移值和碳纤杆的刚度估算出苍蝇的拉力。试验结果发现,苍蝇飞行中的拉力可到达0.1克,其推重比(发动机推力与飞机重量之比)惊人地高,约为2.5。相比之下,美国最先辈的第四代战机F22的推重比仅为1.2。苍蝇飞机完胜,推重比约为F22战机的两倍。
同济大学胜利放飞苍蝇能源微型飞机
图5 苍蝇飞机与黄蜂飞机
取得了苍蝇发动机的推力数据后,下来要做的事便是确定苍蝇飞机的构型,并计算飞机的升力、阻力。为此,同学咱咱们提出了三种计划:常规布局、三角翼和鸭式布局,并用气动软件估算了三种布局苍蝇飞机的升力和阻力。气动阐发表明,三种计划均与发动机有很好的匹配性;飞行时,机翼可以或许或许获得相对较大的升力和较小的空气阻力。
有了苍蝇引擎和飞机计划,用剪刀裁剪油封纸做出机体,并将苍蝇“引擎”和机体用0.5毫粗的超细碳纤杆胶结,一架合格的苍蝇飞机就算实现。
苍蝇,与人类历史同业,相生相伴,维系了千万年。面对大自然残酷的生计法则,苍蝇练就了高超的飞行技能。苍蝇可以或许或许野外收集,也适于人工造就,是微型飞机性价比极高的引擎。试想,如果在苍蝇飞机机体上写上标语、或许带上微生物,人类就可以或许或许利用它来传递信息、广告、表白,甚至流传细菌或生物信息素。为此,一些同学在苍蝇飞机机翼上写下了自己的豪言壮语:“钓鱼岛,中国的!”、“同济航空,加油!”……
别的,同济大学的师生咱咱们还对蝉能源飞机和黄蜂能源飞机停止了尝试。
同济大学胜利放飞苍蝇能源微型飞机
图6苍蝇,黄蜂与蝉能源飞机




8月2日上午 微型飞机大赛暨《微型飞机计划、制作》课程结束典礼支配
掌管人:沈海军  摄影:许一明,董文豪

9>2019-05-16:05    《微型飞机计划、制作》课程结束典礼开端。
9>2019-05-16:15      两名门生代表发表结课感言。
9>2019-05-16:25      指点老师做课程总结7,发表感言。
9>2019-05-16:30     飞机大赛开端,每构成员为自己的飞机拉票(每组5分钟)。
10>2019-05-16:00   开端投票,投票规矩:每人有4票,投给自己认为计划精彩的飞机,得票至多的四组获胜,发表奖状;课程成就自墼勖情给予倾斜考虑。
11:00        获奖组长携组员发表获奖感言。
11:30        合影(统统人和飞机),小构成员和自己的飞机。


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