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研究生: 廖俊安
Liao, Chun-An
論文名稱: 應用GPS/INS於超輕航機氣動力係數之估算
The Estimation Of Aerodynamic Coefficients Of An Ultra-light Airplane With Using GPS/INS/Air Data Sensors
指導教授: 何慶雄
Ho, Ching-Shun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 65
中文關鍵詞: 超輕航機氣動力參數飛行測試
外文關鍵詞: GPS, Aerodynamic Coefficients, Ultra-light Airplane, INS, Pitot tube
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  • 一般估算輕航機氣動力係數的主要方法有三種。理論分析法。以United States Air Force Datcom(1978)為最著名。第二,風洞實驗,其為重要之地面氣動力參數研究之工具與方法。第三,飛航測試,其作法為在飛機上攜帶相關感測元件,諸如慣性感測元件、空速計、GPS、引擎轉速表等。
    本研究中目標是以低成本且提供不錯的精確度的方法來估算輕航機氣動力係數。方法為採用GPS提供速度與位置,慣性感測元件提供加速度、角速度與姿態,最後以最小平方法估算各項參數值。
    本研究使用型號為A22超輕航機在屏東南華超輕航機場地做飛行測試,由上述研究方法所得之結果在等速平飛的動作下,縱向的氣動力係數 、 差值皆小於0.02;側向的氣動力係數 與側風大小的平方亦有類似線性的結果。另外,在X-Plane模擬飛行的結果上與實測結果差異並無太大。

    In general, the aerodynamic coefficients estimation can be divided into three categories. The first is called the analytical and empirical method. United States Air Force Datcom (1978) is a well-known example of this kind. The second kind is the wind tunnel testing to determine the aerodynamic parameters with ground facilities. The practical flight test with relevant sensors such as inertial navigation system (INS), air data sensor, GPS, engine speed, etc. is the third kind.
    The aim of this study is to develop a flight test method to estimate the aerodynamic parameters. The method requires using the GPS position and velocity, INS, and pitot tube so as to precisely estimate the aerodynamic coefficients by Least Square Method.
    The flight test applied in this study is with using an A22 Ultra-light Airplane and was performed in Pingtung NanHua flying field. Under the condition of steady level flight, the experiment results show that longitudinal aerodynamic coefficients and errors are less than 0.02; lateral aerodynamic coefficient is approximately linear with square of the side wind strength. In addition, the results are compatible against the X-Plane simulator values.

    論文摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 VII 圖目錄 VIII 第一章 前言 1 1.1文獻回顧 1 1.2 研究動機與方法 1 1.3論文架構 2 第二章 系統介紹與力平衡方程式建立 3 2.1 全球定位系統(Global Positioning System,GPS) 3 2.1.1 GPS觀測量型態及觀測方程式 3 2.1.2 GPS都卜勒速度求解 4 2.2 GPS差分定位原理(Differential GPS) 5 2.3 慣性導航系統(Inertial Navigation System,INS) 5 2.3.1座標系統定義 6 2.3.2座標系統轉換 8 2.3.3導航方程式 9 2.4 力平衡方程式 10 2.5 最小平方法(Least-Squares Method) 12 2.6 擴展式卡爾曼濾波器(Extended Kalman Filter,EKF) 13 第三章 實驗設備、流程與估算方法 15 3.1 硬體設備 15 3.2 實驗方法與流程 17 3.2.1地面測試 17 3.2.2飛行測試 18 3.3氣動力參數與風速、風向的估算方法 18 3.3.1 氣動力參數 的估算方法 18 3.3.2 氣動力參數 的估算方法 19 3.3.3 氣動力參數 之估算方法 20 3.3.4 風速、風向之估算方法 21 第四章 估算結果之分析 24 4.1 地面測試結果與分析 24 4.2 IMU bias、drift結果分析 27 4.3 氣動力參數 之估算結果與分析 29 4.4 氣動力參數 之估算結果與分析 32 4.5 氣動力參數 之估算結果與分析 39 第五章 結論與建議 46 參考文獻 63 自述 65

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    下載圖示 校內:2008-08-07公開
    校外:2008-08-07公開
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