微型飞行器
微型无人飞机
GIT佐治亚理工学院
Vanderbilt大学
“Bug”微型机器昆虫
"微星"
"微星"的设计重量是100克，总电功耗是15瓦。它 的机身重为7克，处理/存储电子组件重量6克，照相 机/镜头总重4克。
“微星”的组成及机载电 子设备的功耗和重量
名称 电动机+螺旋桨 数据传输系统+天线 机身 电池
功耗/重量 7W/13.5g 2W/6.5g 7g 13W/44.5g
研究新型机翼，提高飞机升 阻比、增大飞机有效载荷，实现 MAV超低速、大攻角飞行。可以 通过控制，设法取代副翼等操纵 面，实现滚转、转弯等机动和实 现其他非常规机动飞行。
国内研究进展
国内微型飞行器的研究比国外晚2－3年，清华大 学、上海交通大学、南京航空航天大学等单位也 开展了对微型飞行器的研究，取得初步成果； 作为微型飞行器的支撑技术，国内微型机电系统 的发展，如微加速度计和陀螺，为微型飞行器的 发展提供了基本元器件；
MEMS气泡用于改善飞机动力学特性（F16）
麻省理工大学（MIT）基于MEMS技术的 微型喷气式发动机原理
推力=11g 涡轮前温度=1600 K 小时耗油率=16g/hr 发动机转速=1.2x106RPM 发动机重量=1g 尾喷管排气温度=970°C
五 、基本概念——1 低雷诺数空气动力学
雷诺数是流体惯性力与粘性力大小的对比，雷诺数大时， 惯性力为流体的主要表现，雷诺数小时，粘性力为流体 的主要表现 当雷诺数小于等于105时，可认为是低雷诺数范围，此时 流体的粘性力作用非常明显 低雷诺数下的机翼阻力很大，而最大升力系数很小，飞机
584
54
1
A
B
微型飞行器综述
微型飞行器综述摘要：本文简要介绍了国际上微型飞行器的概念的提出，及其发展现状和应用前景。
关键词：微型飞行器，MAV，军事1．前言1992年，美国兰德公司提交美国国防高级研究计划署(Defense Advanced Research Projects Agency，简称DARPA)的一份关于未来军事技术的研究报告首次提出了微型飞行器(Micro Air Vehicle，简称MA V)的概念。
此后，麻省理工学院的林肯实验室和美国海军研究实验室对微型飞行器技术上的可行性进行了更加深入的评估，得出了与兰德公司一致的结论。
微型飞行器概念的提出引起了DARPA的高度重视。
1995年11月，DARPA首次组织了关于微型飞行器可行性的专题研讨会，并由此制定了一项旨在发展微型飞行器的计划；1996年3月DARPA 召开了向工业界通报情况的介绍会；同年10月DARPA召开了用户与研究单位之间有关这一问题的讨论会，会后DARPA意识到开展微型飞行器技术研究的重要性以及研制生产微型飞行器的现实可行性；1997年DARPA正式通过SBIR项目增加投资，加大对微型飞行器技术的研究力度，并开始实施一项耗资3,500万美元，为期四年的微型飞行器研究计划。
美国最初的研究把MA V作为无人机(Unmaned Air Vehicle，简称UA V)中的微小型方向，随后发现，MA V的超微型、超轻质量的要求而引起对控制器件、系统、能源等一系列挑战性和革命性的技术问题。
于是在90年代中期，MA V的概念从UA V中完全分离出来，最终，DARPA把其基本指标定为[1]：飞行器各向最大尺寸不超过15厘米，质量10～100克，最大航程1～10公里，巡航速度30～60公里/小时，连续航行时间20～60分钟。
DARPA除对微型飞行器的尺寸、重量、留空时间、飞行速度提出要求外，还从实际应用角度对其特性提出相应要求。
例如：要求微型飞行器应具有自主飞行、携带任务载荷执行特定任务、通信及传输信息等基本特征。
低雷诺数与微型飞行器
摘要微型飞行器（MA Vs ）的设计绝不是常规飞行器在尺度的简单缩小，面临许多技术难题，其中微型飞行器低雷诺数空气动力学是其最为根本的技术瓶颈之一，也是目前受到广泛关注的热点之一。
本文紧密结合微型飞行器技术，对这一领域中所面临的低雷诺数空气动力学问题和近两年来该方向国内一些新的进展进行了较为详细的介绍。
按照MA Vs 飞行方式和结构特性进行分类，简单介绍微型飞行器研究中的低雷诺数空气动力学问题。
介绍了二维和三维固定翼低雷诺数空气动力学问题：包括层流分离泡，翼型升力系数小攻角非线性效应，静态迟滞效应，以及低雷诺数小展弦比机翼气动特性。
以及国内学者近几年的研究成果。
关键词 低雷诺数、微型飞行器、空气动力学1. 引言美国DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency )于1992年提出微型飞行器（micro air vehicles ， MA Vs ）概念后，由于它具有广阔的军事以及民用前景，该领域广受关注并快速发展。
仅美国从事该项研究的单位就有150多家，研制出一批性能优良的试验样机。
其中最具有代表性的是Aerovironment 公司的“黑寡妇”、Sander 公司的“微星”、麻省理工学院林肯实验室的“侦查鸟”、斯坦福大学的“Mesicopter ”、加州工学院的“Microbat ”和加州大学伯克利分校的“微机械昆虫”等。
国内，大约几十个单位在开展这方面的研究，已先后研制出多种型号，并进行了初步的飞行试验，但距完全自主飞行和满足实用化要求的目标还有较大的差距。
制约微型飞行器发展的因素很多，主要归纳为以下几个方面：（1）低雷诺数高升阻比气动设计与增升措施；（2）控制问题：包括飞行稳定性、抗阵风干扰以及微型化导航和控制系统；（3）动力，能源和高效推进技术；（4）结构重量和微型化任务载荷。
目前最为关键的技术瓶颈是MA Vs 低雷诺数空气动力学技术。
飞行生物仿生流体力学和微型飞行器低雷诺数空气动力学是近几十年来广受关注的热点问题，目前该领域已进行过大量相关研究。
模仿自然界昆虫飞行原理设计微型飞行器
模仿自然界昆虫飞行原理设计微型飞行器参考文章：自然界中的昆虫具有出色的飞行能力，其独特的飞行原理给人类设计微型飞行器提供了重要的灵感和启示。
昆虫的飞行原理有着巧妙的设计和高效的性能，使得它们能够在空中自由飞行，并且具备出色的机动性和稳定性。
本文将探讨昆虫飞行原理的关键要素和应用在微型飞行器设计中的潜在价值。
首先，昆虫的翅膀结构是其飞行的核心。
昆虫的翅膀通常由薄而坚固的外骨骼支撑，且具有一定的弯曲度和弹性。
这种结构使得昆虫的翅膀能够在飞行过程中产生较大的升力，并且具备变形适应环境的能力。
在微型飞行器的设计中，我们可以借鉴昆虫翅膀的结构，采用轻巧而坚固的材料制作出具有类似特性的翅膀，以实现更加高效和稳定的飞行。
其次，昆虫的振翅飞行方式也是其独特之处。
昆虫的翅膀不是像鸟类一样以扇形的方式挥动，而是以高频率的震动产生升力。
这种震动的方式使得昆虫能够在较小的空间内产生大量的升力，从而实现快速而灵活的飞行。
在微型飞行器的设计中，我们可以模仿昆虫的振翅飞行方式，通过电子驱动设备产生高频率的振动，从而实现类似的飞行效果。
此外，昆虫在飞行过程中还利用了空气阻力和涡流的效应。
昆虫的身体和翅膀表面通常具有特殊的纹理和结构，可以减小空气阻力，降低能量损耗。
同时，昆虫的翅膀振动还会产生涡流，这些涡流能够稳定昆虫的飞行轨迹，提供额外的升力支持。
这些特殊的纹理和结构可以被应用在微型飞行器的设计中，以减小空气阻力和提供额外的稳定性。
最后，昆虫的飞行方式也受到了环境因素的影响。
昆虫可以根据周围环境的变化调整自己的飞行姿态和速度，以适应不同的飞行条件。
这种自适应性使得昆虫能够在复杂的环境中灵活飞行，并且具备较高的适应性和生存能力。
在微型飞行器的设计中，我们可以通过引入控制算法和传感器技术，使飞行器能够感知和响应周围环境的变化，并相应地调整飞行姿态和速度，以提升飞行性能和安全性。
综上所述，模仿自然界昆虫飞行原理设计微型飞行器具有重要意义和广阔前景。
超轻型飞行器功能介绍与使用指南
超轻型飞行器功能介绍与使用指南超轻型飞行器，这名字听起来就让人激动。
想象一下，轻飘飘的飞在空中，风在耳边呼啸，感觉就像在做梦一样，真是太酷了！它们不仅外观吸引眼球，还能带给你意想不到的乐趣，仿佛在蓝天上翱翔的自由鸟。
这种飞行器轻便到你几乎可以用一个手指就把它举起来，难以想象吧？这玩意儿可不是只能在大马路上飞的，公园、湖边、甚至你自家后院，只要空间够大，飞行无碍。
操作起来也超级简单，不像那些复杂的机器，一堆按钮让你眼花缭乱。
一般来说，飞行器的遥控器就那么几个按钮，按一按，飞起来，玩得就是个痛快！最厉害的是，超轻型飞行器通常配备了高清摄像头，咔嚓一下，你就能记录下那惊艳的视角。
想象一下，飞翔在空中，俯瞰美丽的风景，回到家打开视频，哇塞，感觉自己简直像个探险家，心里美滋滋的。
说到使用指南，其实不用太担心，老司机也没啥特别的诀窍，跟个小朋友一样，只要放轻松就好。
确保你飞的地方不违章，避免和树、楼、甚至路人发生“亲密接触”。
提前检查一下飞行器的电量，别等飞到高空时，突然发现电池没电了，那就尴尬了。
充电这事儿，真心不能马虎哦！飞行的时候，记得适当控制高度，不要飞得太高，不然万一掉下来了，真是肉痛。
操控的时候尽量平稳，别像个小鸡似的东摇西晃，这样不但容易出事故，还可能让周围人看了忍俊不禁。
不过，万一真的不小心摔了，别担心，超轻型飞行器一般都挺结实的，除非你飞得特别狠，不然大多数情况下只是轻伤，拍拍灰继续飞！还得提一下，飞行过程中，遇到风可得小心。
这种轻型的飞行器对风的敏感度特别高，轻轻一吹就可能偏离轨道。
尽量选择风和日丽的好天气，别让天气来捣乱。
飞的感觉就像是给自己插上了翅膀，无比自由。
若是周末约上三五好友，一起在空地上比试飞行，想想就觉得开心。
不光是飞行，超轻型飞行器还可以给你带来更多惊喜，打个比方，你在飞行的时候，可以让小朋友一起参与，增强家庭的凝聚力。
看到孩子们那惊喜的眼神，简直是心里甜滋滋的。
用飞行器拍照的时候，笑脸加上蓝天，这样的画面留存下来，回忆的味道真是浓厚。
MAVLink微型飞行器的通信协议
值
解释
V1.0： 0xFE 的 （V0.9： 表示开始一个新的包。 将 0x55） 0 - 255 0 - 255 1 - 255 表示以下的有效载荷的长度。 每个组件计数他的发送序列。 允许 检测丢包 发送系统的 ID。允许在同一网络 上区分不同的飞行器。 发送组件的 ID。允许在同一系统 中区分不同的组件， 如 IMU 和自动 驾驶仪。 消息 ID - ID 定义有效载荷“是 指”应如何正确解码。 消息数据，取决于消息的 ID。
§
问：安全性如何？mavlink
-
两年多前已用于 mavlink 在 PIXHAWK MAV
的飞行项目，并依靠行之有效的 ITU X.25 的校验数据包损坏的检测。 包解剖 这是一个包的解剖。它的灵感来自于 CAN 和 SAE AS-4 标准。
字节的 索引 0 1 2 3 4
内容 包开始标 志 有效载荷 的长度 包序列 系统 ID
组件的 ID 0 - 255
5
消息 ID
0 - 255 （0 - 255）字节
6 （N +6） 数据 （N +7） 校验和 至（n （低字 +8） 节，高字 节）
§
国际电联 X.25/SAE AS-4 拼凑，不含包开始的标志，所 以字节 1 ..（n+6）注：校验包括 MAVLINK_CRC_EXTRA （数计算从消息字段保护了不同版本的解码包相同的数 据包，但不同的变量）。
MAVLink
桥
ETH PIXHAWK 团队提供了一个 MAVLink ROS 桥为最常见的消息。桥之间通过 UART / 串行端口和 UDP 连接，传输到装有 MAVLink 和 ROS 实例的计算机上。
简
§
微型扑翼飞行器的结构设计与制作技术研究
微型扑翼飞行器的结构设计与制作技术研究随着科技的不断进步，微型扑翼飞行器作为一种新型飞行器，受到了越来越多的关注。
微型扑翼飞行器是一种仿生飞行器，其设计灵感来自于昆虫的翅膀运动原理，通过模仿昆虫的翅膀运动方式实现飞行。
本文将重点研究微型扑翼飞行器的结构设计与制作技术。
微型扑翼飞行器的结构设计是实现其稳定飞行的关键。
首先，需要设计合适的翅膀形状和尺寸。
翅膀的形状应具有良好的气动特性，能够产生足够的升力和稳定的飞行。
其次，需要确定翅膀的材料和结构。
翅膀的材料应具有足够的轻量化和强度，常见的材料有碳纤维、玻璃纤维等。
翅膀的结构可以采用刚性或柔性结构，刚性结构适用于大型扑翼飞行器，而柔性结构适用于微型扑翼飞行器。
最后，需要设计合适的机身结构和连接方式，以实现翅膀的运动和控制。
微型扑翼飞行器的制作技术主要包括翅膀制作、机身制作和控制系统制作。
翅膀制作需要先制作翅膀的模具，然后根据模具制作翅膀，最后进行表面处理和装配。
机身制作可以采用3D打印技术或精密加工技术，根据设计要求制作机身的外形和内部结构。
控制系统制作包括电机、传感器和控制电路等的选择和安装，以及飞行器的姿态控制和稳定控制算法的开发。
微型扑翼飞行器的结构设计与制作技术研究的目的是实现微型扑翼飞行器的稳定飞行和控制。
通过合理的结构设计和制作技术，可以使微型扑翼飞行器具有较好的飞行性能和操控性。
此外，结构设计和制作技术的研究还可以为更大规模的扑翼飞行器的设计和制作提供参考。
总之，微型扑翼飞行器的结构设计与制作技术研究是一项复杂而重要的工作。
通过深入研究和不断探索，可以进一步提高微型扑翼飞行器的性能和应用领域，为未来的飞行器发展做出贡献。
微型扑翼飞行器的现状及关键技术
无人机本文2007-08-02收到,作者分别系海军航空工程学院讲师、副教授和助教图1 微型蝙蝠飞行器微型扑翼飞行器的现状及关键技术郭卫刚 贾忠湖 康小伟摘 要 微型扑翼飞行器是高新技术的产物,是当前国内外研究的热点。
简述了微型扑翼飞行器目前的发展现状,提出发展微型扑翼飞行器的几项关键技术,并对微型扑翼飞行器的发展趋势进行了展望。
关键词 扑翼机 微型飞行器 微机电系统(ME M S)MAV(M icro A ir Veh icle微型飞行器)由于具有特殊的用途(如侦察、电子干扰、搜寻、救援、生化探测等)而倍受关注。
根据美国国防高级研究计划局(DARPA)提出的要求,微型飞行器的基本技术指标是:飞行器各个方向的最大尺寸不超过150mm,续航时间20m i n~60m in,航程达到10km以上,飞行速度22k m/h~45km/h,可以携带有效载荷,完成一定的任务[1]。
按飞行原理的不同,MAV分为固定翼、旋翼、扑翼三大类型。
固定翼布局有许多问题亟待解决,如升阻比相对较小,在低雷诺数状态下机翼不能提供足够的升力,遭遇突风难以保持稳定等。
旋翼布局尽管能够垂直起降和悬停,但其飞行速度低,质量大,仅适宜于在比较狭小的空间或复杂地形环境中使用。
而综观生物的飞行,无一例外都是采用扑翼飞行方式。
同常规布局相比,扑翼布局仅用一套扑翼系统就可代替螺旋桨或喷气发动机提供推力;扑翼可以使MAV像昆虫和鸟类那样低速飞行、盘旋、急转弯甚至倒飞;扑翼下面可以产生一种涡流,这是扑翼飞行器飞行的必要助推力,扑翼飞行器可以通过自身机翼扇动产生的上下大气压差来飞行。
微型扑翼飞行器具有一般航空飞行器无法比拟的机动和气动性能,与无人侦察机相比,具有以下优势:可以低速飞行,可以随意改变方向,可以悬停,还可以向后倒退。
1 研究现状在DARPA的资助下,微型扑翼飞行器的研究得到了很大进展,主要有加州理工学院与加利福尼亚洛杉矶大学共同研制的微型蝙蝠(M icrobat[2]),斯坦福研究中心和多伦多大学共同研制的引导者(M en-tor),乔治亚理工研究院及其协作者研制的昆虫机(Ento m opter)。
黑寡妇无人机的发展
黑寡妇微型微型飞行器的发展本文讲述了黑寡妇微型微型飞行器( MAV模型)在过去4年的发展，一架微型飞行器已普遍界定为具有跨度小于6英寸,质量小于100克. 黑寡妇不到6英寸跨度固定翼飞机用彩色摄像机,下行直播电视的试验. 它飞行速度在30英里每小时,续航能力在30分钟内,最大通讯距离为2公里. 其上安装有一个自动驾驶仪,其作用是维持高度、速度、仰角和水平旋转角。
他的电子系统是世界上最小最轻的,其中包括了2克的相机, 2克的视频发射机, 5克的无线电控制系统与0.5克的驱动装置. 多学科设计优化方法,以遗传算法来整合微型飞行器子系统和优化飞机最大耐力. 一些潜在的使命微型飞行器视觉侦察,了解情况,损害评估,监视生物或化学战剂探测,通信中继. 除了这些军事任务,有好几个商业应用,如搜寻和救援,边防巡逻, 空气采样,电子警察,并进行实地研究。
简介微型飞行器的第一次可行性研究实在1993年由兰德公司完成的,研究者认为发展昆虫大小的微型飞机系统,可以给美国在未来几年内带来重要的军事优势。
在以后的两年里,在林肯实验室进行更详细的研究，在1995年的研究导致了DARPA微型飞行器研究小组的成立. 在1996年秋季，DARPA在给于了微型飞行器小组在小商业创新研究( SBIR )考察项目中更多的投资。
AiroVionment进行了第一期的研究,其结论是一个6英寸的MAV是可行的. 1998年春天,AiroVionment获得了第二阶段革新合同，确定了黑寡妇微型飞行器现在的外型。
几所大学也参与了研究微型飞行器. 1997年在佛罗里达大学和亚利桑那州立大学进行了比赛. 比赛的目标是在一定的载重下，找到位于起飞点600m外的一个目标并能在至少两分钟内返回.早期的雏型机在初期的黑寡妇微型飞行器计划中，几个模型机已建成探索六寸飞机设计空间,这主要是在未知的时间. 大约有二十不同材质的轻木头做的机翼,对其进行了简单的性能测试,以确定升阻比. 这些试验表明,盘状的结构有一些很好，所以下一步就是使他拥有动力。
微型飞行器设计与实现
微型飞行器设计与实现随着科技的发展，微型飞行器在各个领域的应用越来越广泛。
微型飞行器的设计和制造涉及到多学科的知识，需要对材料、机械、电气、控制等方面有深入的了解和掌握。
本文将从微型飞行器的定义、发展历程和应用领域出发，介绍微型飞行器的设计与实现。
一、微型飞行器的定义和发展历程微型飞行器指的是尺寸在数厘米至数十厘米之间的小型无人机或飞行器。
不同于传统的大型空中器具，微型飞行器因为尺寸小巧、机动性好、成本低廉，使其在特定应用环境中具有更好的优势。
微型飞行器的发展历程可以追溯到20世纪60年代的冷战时期，美国和苏联的情报机构开始开发微型侦察飞行器。
80年代后期，随着微型控制器的出现，微型飞行器的普及应用开始向多个领域拓展，如测绘、灾难救援、地质勘察、研究与教育等。
二、微型飞行器的应用领域1.影视拍摄微型飞行器在影视拍摄中的应用越来越广泛，可以用于航拍、跟踪和特效拍摄。
由于微型飞行器尺寸小，能够在特定环境和地形下灵活运动，可以拍摄到传统地面拍摄不到的角度和场景，例如峡谷、山林、城市建筑等。
2.测绘勘察微型飞行器已经被广泛应用于地图绘制、土地调查、环境监测、管道巡检等领域。
利用微型飞行器可以更加快速、高效地完成对农田、野生动物、建筑结构和自然地貌等的勘测工作，同时也可以降低勘测成本和提高效率。
3.灾难救援当发生自然灾害如地震、洪水和山体滑坡时，人员和物资往往难以进入，在这种情况下，微型飞行器可以通过巡视、搜救和物资运输等方式为救援工作提供支援。
微型飞行器的快速部署和控制，并且能够在拥挤或者危险的现场完成救援任务。
4.军事任务微型飞行器常常在军事任务中发挥重要作用，例如侦察、监视、打击等。
微型飞行器因为体型小、易于释放且不易被发现，成为了军事领域的日益重要的技术手段。
三、微型飞行器的设计与实现微型飞行器的设计与实现需要建立在多学科的技术基础上。
在机械结构的设计方面，微型飞行器通常采用四轴、六轴等多旋翼结构，能够提供更加稳定、灵活的飞行控制。
微型飞行器概述
微型飞行器（micro air vehicle，MAV）是20世纪 90年代开 始提出的新概念技术。
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
1924 年，出现了一种叫做Oemichen的四旋翼直升机， 直升机首次实现了1km 的垂直飞行。
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
1956 年，Convertawing造了一架四旋翼直升机，该飞 行器的螺旋桨在直径上超过了19 英尺，用到了两个发 动机，并且通过改变每个螺旋桨提供的推力了来控制飞 行器。
微型飞行器技术发展方向： 实用性 ＭＡＶ 的发展
美国应用于军方的微型飞行器
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
各种微型飞行器类型与系统技术的发展还刚刚开始，人们心目中的微型飞 行器，希望更微小、更灵巧和更智能化，能够像自然界各种各样的鸟类一样自由飞 翔，像蜜蜂、蚊子一样隐秘潜行，具有像蜜蜂一样的视嗅觉与灵感、像飞行生物一 样吃几粒谷就能飞几十公里的能力。 因此，微型飞行器系统技术的发展
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
微型四旋翼飞控系统总体设计框图
历史回顾 | 工作原理 | 技术难点 | 未来展望
微型飞行器的基本技术指标是：
各向尺寸不超过 150 mm 质量 10~100 g 续航时间 20~60 min 续航速度 30~60 km/h 平台承载质量 1~18g 最大飞行距离1~10 km 可实时传输图像 能自主飞行
微型飞行器
五、微型飞行器的关键技术
2.抗干扰稳定飞行问题 微型飞行器由于尺度、质量和转动惯量都很 小，机翼过载很低，几乎不存在惯性，很容易受 到不稳定气流(如湍流或阵风)甚至飞行器操纵引 起的不稳定因素的影响，抗干扰飞行能力很差。 MAV要走向实用化，其抗十扰和对复杂飞行环境 的适应能力是必须解决的关键问题之一。 解决问题的途径：发展基于MEMS的新型控制 式和仿生扑翼和柔性可变翼型
三、微型飞行器的应用
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。
四、微型飞行器研究现状
Байду номын сангаас
四、微型飞行器研究现状
四、微型飞行器研究现状
C.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，在应用技术上超出了传统的飞机 设计和气动力的研究范畴。与微型固定翼和旋翼 飞行器相比，其主要特点是将举升、悬停和推进 功能集成于一体，可以用很小的能量进行长距离 飞行，同时具有很强的机动性和灵活性，更适于 执行侦察任务。根据仿生学和空气动力学研究，在 翼展小于15cm时，扑翼飞行能产生远大于固定翼 和旋翼飞行方式所能产生的升力。
四、微型飞行器研究现状
五、微型飞行器的关键技术
微型飞行器 主要由机身 结构、推进 动力、飞行 控制和通信 数据处理以 及侦测传感 器等物理子 系统组成
五、微型飞行器的关键技术
1.低雷诺数下的高升阻比升力新机制 微型飞行器与常规飞行器的空气动力学 特性有很大不同。MAV由于尺度较小，飞 行速度较低，相应雷诺数较小，螺旋桨的 推进效率也将随着飞行雷诺数的减小而降 低。因此，如何提高升力、减低阻力和消 除气动力非线性变化带来的影响，成为微 型飞行器气动力研究面临的一个关键问题。
微型飞行器制造材料选取方法及设计考虑
微型飞行器制造材料选取方法及设计考虑随着科技的不断进步和人们对航空器的需求不断增长，微型飞行器作为新兴的航空器类型受到越来越多的关注。
微型飞行器具有体积小、重量轻、灵活机动等特点，广泛应用于无人机、飞行器模型等领域。
在微型飞行器的制造过程中，选择合适的材料是至关重要的，它直接影响到飞行器的性能和使用寿命。
本文将介绍微型飞行器材料的选取方法以及在设计过程中需要考虑的因素。
首先，微型飞行器的材料选取应考虑其性能要求。
微型飞行器要具备良好的飞行稳定性、强度和刚度，因此选取的材料应具备较高的强度和刚度，并且具有良好的抗疲劳性和耐磨性。
一般来说，常用于微型飞行器的材料有塑料、金属合金和复合材料等。
塑料具有重量轻、低成本的特点，适合用于微型飞行器的构件上。
金属合金具有良好的机械性能和热传导性能，适合用于微型飞行器的结构件上。
而复合材料由两种或两种以上的材料组合而成，可以兼顾强度和轻量化的要求，适合用于微型飞行器的机体和翼面等关键部件上。
其次，微型飞行器的材料选取还应考虑其重量。
微型飞行器的体积和重量都较小，因此材料的重量是一个重要因素。
选取轻量化的材料可以减轻飞行器的总重量，提高飞行器的携带能力和机动性能。
相比之下，塑料材料的密度比金属合金要低得多，因此在一般情况下，塑料是较为常见的微型飞行器材料选项之一。
另外，复合材料由于具有较高的强度和刚度，并且密度相对较低，也可以作为优质的轻量化材料。
第三，微型飞行器的材料选取还应考虑其耐腐蚀性。
航空器经常暴露在大气、水汽和污染物等恶劣环境中，材料的耐腐蚀性是确保飞行器长期使用的重要因素。
金属合金由于其良好的耐腐蚀性，常被应用于飞行器的结构件上。
然而，塑料材料可能在一些特定的腐蚀环境中存在腐蚀问题，因此在选取塑料材料时需要注意其耐腐蚀性能。
复合材料一般由纤维增强材料和基体材料组成，纤维增强材料具有较强的耐腐蚀性，可以提高整体材料的耐腐蚀性。
最后，微型飞行器的材料选取还应考虑其成本和可制造性。
天平一号--单旋翼迷你飞行器
平衡控制方式简 单
`
机身中部设置漏 斗型风道，可以 收集飞行器飞行 时因旋翼旋转产 生的气流，并在 机体四个方向分 别设有气孔，通 过电磁阀控制气 孔开关喷气，以 此控制飞行器飞 行方向。
图1 单旋翼超微型飞行器概念图
3 作品简介
3.作品简介
3.1
旋翼的 参数设计
3.2
摄像头与 侦听器
3.3
风道设计
02
吸盘
03
图6 吸盘三维结构图
气孔
吸盘工作流程图
飞行器接近墙 面等可吸附物
体
飞行器不需要 吸附时
飞行器下压挤 出吸盘内的空
气
控制电磁阀打 开吸盘中的气
孔
控制电磁阀关 闭气孔
吸盘吸附到 墙上
空气0进2入吸盘
内
飞行器旋翼开
03 始高速旋转，
离开墙壁等吸 附的物体
图7 吸盘工作流程图
3.6飞行器整体3D模型及各项参数
02
内层连接杆
外层连接杆
摄像头
03
侦听器
图3 连接杆与摄像头三维结构图
3.3 风道设计
我们在机身中部设计了一个漏斗型的风道，用来收集旋翼的下洗流 ，为飞行器的方向控制提供动力。
设计的风道三维模型如图4所示：初定风道上口直径为15mm,下口直 径为 3mm,风道高度为 10mm。
02 风道
03
图4 风道三维模型
有4个气孔，通过电磁阀控制气孔的02开关，从而改变气流方向，实
现飞行器的前飞，后退及偏航。气孔直径为3mm。
气孔
03
图5 机身与气孔三维模型图
3.5 吸盘设计
在机体底部设置真空吸盘，可以让其贴到墙面等平滑物体上，节省 能量消耗，提高续航时间。吸盘内部设置气孔，通过电磁阀控制气孔开 关进而控制吸盘吸放，吸盘直径设置为10mm，内部气孔直径设置为 3mm。吸盘三维结构图如图6所示。
微型飞行器制造材料选取方法及设计考虑
微型飞行器制造材料选取方法及设计考虑近年来，随着科技的不断进步，微型飞行器的制造和应用逐渐成为现实。
与传统飞行器相比，微型飞行器具有体积小、重量轻、灵活性强等特点，广泛应用于无人机、微型机器人、传感器网络等领域。
在微型飞行器的制造过程中，材料的选择显得尤为重要。
本文将介绍微型飞行器制造材料选取的方法以及设计所需考虑的因素。
首先，在微型飞行器制造材料的选取方法中，有几个关键因素需要考虑。
首先，材料的轻量性是制造微型飞行器的重要特点之一。
由于微型飞行器体积小、重量轻，因此需要选择轻质的材料，如复合材料、聚合物材料等，以便降低整体的重量。
其次，材料的强度和硬度也是需要考虑的因素。
微型飞行器通常需要在复杂的环境中工作，因此需要选择具有较高强度和硬度的材料，以保证其稳定性和耐用性。
此外，材料的灵活性和可塑性也是需要考虑的因素。
由于微型飞行器常常需要经历多次变形和折叠，因此需要选择具有较好的灵活性和可塑性的材料，以便适应各种复杂形状和环境。
其次，微型飞行器的制造材料也可以根据其结构和功能进行选择。
例如，对于微型飞行器的外壳材料，需要选择具有较好的防护性和耐热性的材料。
聚合物材料，如聚碳酸酯（PC）、聚醚酮酮（PEKK）等，具有较好的耐化学腐蚀性和耐热性，在微型飞行器的外壳部分可以有较好的应用。
对于微型飞行器的内部结构材料，需要选择具有良好导热性和导电性的材料。
金属材料，如铝合金、钛合金等，可以提供较好的导热和导电性能，适用于微型飞行器的内部结构。
此外，在微型飞行器的设计过程中，还需考虑以下几个因素。
首先，要考虑微型飞行器的稳定性和控制性。
微型飞行器的稳定性是其正常工作的关键要素之一，需要通过材料的选择和设计的优化，确保飞行器在各种工作状态下保持平衡和稳定。
其次，要考虑微型飞行器的空气动力学性能。
材料的选择会直接影响微型飞行器的空气动力学表现，如阻力、升力等。
因此，需要选择具有较好的空气动力学性能的材料，以提高微型飞行器的飞行性能。
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图1：微型飞行器图2：微型直升机
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人考试者，双方均给予开除学籍处理。
并取消授予学士学位资格，该科成绩以零分记。
监测化学、核或生物武器，侦察建筑物内部情况。
可适用于城市、丛林等多种战争环境。
因为其便于携带，操作简单，安全性好的优点，可以在部队中大量装备。
在非军事领域，配置有相应传感器的微型飞行器可以用来搜寻灾难幸存者、有毒气体或化学物质源，消灭农作物害虫等。
1.4主要特点
微型飞行器不同于传统概念上的飞机，它是MEMS （微机电系统）集成技术的产物。
微型飞行器的姿态控制系统中的微型地平仪、微型高度计，导航系统中的微型磁场传感器和微型加速度计、微陀螺仪等，飞行控制系统中的微型空速计、微型舵机等，在微型飞行器上应用的微型摄像机、微型通讯系统等，都需要MEMS 技术的支持，以减少体积和重量，改善飞行器的性能。
微型飞行器的动力——微型发动机也需利用MEMS 技术制造，所以说，微型飞行器除机身和机翼外，都需依靠MEMS 技术，甚至机翼也可以用MEMS 技术制造灵巧蒙皮，以控制飞行器的飞行姿态。
2 研究现状
从已有的研究情况看，大致可将微型飞行器分为两类：一类是以DARPA 定义为基础相应研制的15厘米左右的微型飞行器；另一类是尺寸更加微小的只有几个厘米或毫米大小的微型飞行器或微型飞行机器人。
根据发展情况，微型飞机主要有三大类别，分别是固定翼微型飞行器，微小扑翼机和微型直升机，以下列举几种：
（1） Aero Vironment 公司的“Black Widow ”
该微型飞行器采用固定翼飞行模式，外形类似于盘装飞碟。
最大直径15厘米，由微电机驱动前置螺旋桨产生拉力，采用锂电池提供能源，微型飞控系统由计算机、无线接收器和三个微电机驱动的执行器组成。
经试飞其留空时间为16分钟，最大飞行速度70公里/小时。
设计人员目前正在为其添加必要的通信系统和导航设备，以使其更加具备实用要求。
“Black Widow ”代表了目前为飞行器的较高技术水平。
（2） Lockheed Martin 公司的“MicroST AR ”
“MicroST AR ”也是一种采用固定翼飞行模式的微型飞行器，他的设计总重为85克，留空时间20分钟，未来将具备GPS 导航定位系统和摄像功能。
Lockheed Martin 公司计划将“MicroST AR ”设计成为战场上前所未有的高效侦察工具。
图3： “Black Widow ”微型飞行器 图4：“MicroST AR ”微型飞行器 （3） Lutronix 公司与Auburn 大学合作研制的“Kolibri ”
该微型飞行器是一种旋翼飞机，能够垂直起降和悬停，其直径为10厘米，总重316克，有效负载约100克，可飞行时间30分钟，装有Draper 实验室研制的GPS 、加速度计和陀螺仪集成系统等，动力装置为D-STAR 公司提供的微型柴油发动机。
旋翼微型飞行器与固定翼微型飞行器相比的最大优点是能够垂直起降和悬停，因此比较适宜于在室内等狭小空间或较复杂地形环境中使用。
（4） Caltech 的扑翼“MicroBat ”
“MicroBat ”是一种防生物飞行方式的扑翼微型飞行器，其机翼是通过模仿蝙蝠和昆虫的翅膀，并用MEMS 技术加工制作而成。
该微型飞行器的研究人员通过大量实验研究了扑翼飞行方式的非定常空气动力学特征，并制作了一种轻型传动机构将微电机的转动转变为了机翼的扇动。
飞行试验表明该微型飞行器目前使用电池作为能源可飞行5-20秒。
图4：“Kolibri ”微型飞行器 图5： “MicroBat ”微型飞行器 （5） 美国环境航空公司研制的“黑寡妇”微型飞机
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“黑寡妇”是由美国环境航空公司研制的圆盘形的微型飞机，飞机的全重，它的全机重量仅仅60克，其中，动力系统，动力系统包括电池，电机，减速器和螺旋桨37克，飞机结构重量10克，比例控制系统重6克，任务载荷，包括摄像机，传输系统7克。
1993年3月22日，黑寡妇飞机创造了该类飞机的多项世界纪录。
包括巡航时间22分钟，飞行距离16公里，巡航速度每秒12米，俯冲速度达到每秒20米。
图6： “黑寡妇”微型飞机
（6） 西北工业大学研究的微扑翼飞行器
该微扑翼飞行器有体积小、重量轻、成本低、隐身性和可操作性好等特点，经研 究采用特殊驱动机构。
其驱动机构的设计原则是： ① 能实现预定的运动规律；
② 尽可能简单轻巧，即满足需要 的情况下，重量和尺寸越小越 好；
③ 运动高效可靠。
即运动 机构的效率要高，能量消耗要 少，且在高频的扑翼运动下机构不会失效。
其驱动机构特点：
(1)结构简单牢固。
经数次试飞结构牢固可靠， 样机在扑翼频率20—30Hz 工况下，可持续无故障工作。
胶粘剂应该慎重选用，若选用不当，可导致试飞时辅助元件脱落。
(2)质量和尺寸小。
特征尺寸小于20mm ，重量轻，仅3．19，设计时充分考虑了机身总体重量，在 驱动机构的设计上在保证传动情况下尽量减少不必要 的结构，板材采用碳纤维。
(3)高效节能、传动效率高。
两翼相位差最大值(△妒=3．096。
)小于以前设计值6。
，减小了 50％，提高了样机的稳定性和平衡性。
装配样机后多次进行实验(试飞)，初始飞出姿态良好，可持续飞行10～20s ，有望实现更长时间的可控飞行。
图7： “微扑翼飞行器
3 技术归纳
下面7条关键技术是归纳和总结出来的研究和发展微型飞行器所必须解决的问题，也就是说是我们面临的挑战。
第一条，就是低雷诺数的空气学问题。
第二条，高推重比的微型动力系统， 第三条，大容积重量比的结构设计技术。
第四条，飞行稳定性操纵性与控制技术。
第五条，弱功率信号下的超视距遥控导航信息传递技术。
第六条，多学科设计优化技术。
第七条，基于微机电（MEMS 技术）的加工与制造技术。
4 总结
微型飞行器由于其具有特殊的作用和低廉的价格，因此，发展微型飞行器和相关
的技术是客观需要的。
这种需要使我们面临着许多技术上的挑战，这些技术上的挑战，既
涉及到空气动力学，推进系统，结构材料与设计等，传统的航空技术领域，又涉及到微机
电设计与制造等新型的学科领域，我们只有面对这些挑战，采取，科学求实的态度，去解
决这些问题，才能最终战胜这个挑战，并且实现技术上的又一次的飞跃。
参考文献：
[1] 苑伟政 ,乔大勇.《微机电系统》西北工业出版社,2011.03.
[2] 吴怀宇，周兆英.《微型飞行器的研究现状及其关键技术》武汉科技大学学报，2000.02.
[3] 周兆英，王晓浩，叶雄英.《微型机电系统》中国机械工程，2000.01．
[4] 刘岚，傅卫平，吴立言．仿生微扑翼飞行器的翅翼设计与优化[J]．机械科学与技术，2005．.
[5] 侯宇，方宗德，刘岚．微扑翼飞行器驱动机构的设计与动态特性研究[J]．航空动力学报，2004．.
[6] 刘岚，方宗德，侯宇，吴立言．微扑翼飞行器的尺度律研究与仿生设计[J]．中国机械工程，2005．.
[7] 曾理江．昆虫运动机理研究及其应用[J]．中国科学基金，2000．4
[8] 岑海堂，陈五一，喻懋林，刘雪．翼身结合框结构仿生设计[J]．北京航空航天大学学报，2005．.
[9] 王姝歆，颜景平，张志胜．仿昆飞行机器人的研究[J]．机械设计，2003．
[10]孔宪光．面向行业CAPP的理论、技术与方法[D]．西北工业大学，2004．
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