[[alternative]]Research on the semi-automatic data acquisition of MAV wind tunnel testing

碩士[[abstract]]本研究主要是探討拍翼式微飛行器在拍動過程中，如何準確的得知機構運動相對於氣動力訊號之走向，並探討在八字拍翼的過程中，其拍翅振幅長度長寬比值的增減，對升推力及拍翼頻率的影響。 夾治具製作係由放電線切割加工製作，另因考慮翅膀上下起始點位置，而設計計數器電路搭配編碼齒輪達成精確的定位。控制程式使用美商國家儀器公司LabVIEW軟體，搭配資料擷取器，完成開發自動化的實驗設備。加上高速攝影機拍攝流場煙線圖並可與量測訊號同步，紀錄拍翼特定位置所產生的氣流走向。 微飛行器實驗經由不同風速及電壓控制，完成機構特定位置對氣動力訊號的標記，自動化流程方面也達到效率的提升，減少因實驗步驟及資料後處理分析的繁雜，可加速實驗的進行。本研究也藉由LabVIEW軟體的影像處理模組，完成對拍翼軌跡的寬高比值，對八字拍翼有初步的推論結果。[[abstract]]This study was to investigate the flapping-MAV that how to accurate that body movement relative to the signals to aerodynamic during flapping. And investigate the effect of the thrust, lift force and the wing beat frequency with the aspect ratio of wing span changing during eight-flight. Jigs and fixtures produced by the production of wire electrical discharge machining. Another starting point for considering the wings up and down position, the counter circuit is designed with a code to reach a precise positioning gear. Control program using National Instruments LabVIEW software, match data acquisition device, complete the development of automated test equipment. MAV experiments by different wind speed and voltage control, to complete a specific location on the aerodynamic body of the signal tag. The study also through LabVIEW software for image processing module, to complete the film''s aspect ratio wing trajectory, preliminary inferences on the results of a eight-flight.[[tableofcontents]]目錄 致謝 I 中文摘要………………………………………………………………..III 英文摘要………………………………………………………………..IV 目錄 V 圖目錄 VII 表目錄 X 第一章 緒論 1 1-1 研究背景 1 1-2 研究動機 2 1-3 文獻回顧 3 第二章 實驗系統架構 8 2-1 硬體架構 8 2-2-1 低速風洞 9 2-1-2 六軸力規 9 2-1-3 資料擷取卡 11 2-1-4 電源供應器 12 2-1-5 高速攝影機 13 2-2 軟體架構及邏輯判斷 14 2-2-1 資料擷取卡設定 15 2-2-2 電源供應器控制 16 2-3 風洞半自動化測試控制程式 18 升力、推力 21 拍翼頻率 21 第三章 實驗方法 23 3-1 風洞 23 3-1-1 風洞流場紊流強度量測[21] 23 3-1-2 風洞測試區阻塞率 26 3-2 氣動力訊號標記 27 3-2-1 編碼齒輪 28 3-2-2電路製作 28 3-2-3 夾治具與輔助機構設計 29 第四章 實驗結果與討論 32 4-1 氣動力訊號與計數器電路訊號比對 32 4-2 八字拍翼寬高比計算 40 4-2-1 八字軌跡記錄 40 4-2-2 拍翼軌跡寬高比計算 42 第五章 結論與未來展望 50 5-1 結論 50 5-2 未來展望 50 參考文獻 52 附錄A風洞半自動化測試資料獲得控制程式Block Diagram 55 附錄B不同風速及工作電壓訊號煙線對照圖(風速-工作電壓) 57 附錄C LabVIEW影像處理程式 Block Diagram 81 圖目錄 圖1.1 X0Z0平面與Y0Z0平面攝影架設視圖 4 圖1.2 架設一面鏡組並由投影觀察蝙蝠底部影像 4 圖1.3 蝙蝠的一個拍翼週期之翼尖軌跡] 5 圖1.4 仿照蜂鳥飛行之仿生模型：(a)LED翼尖軌跡顯像；(b)不同參 數下與蜂鳥翼尖軌跡比較 5 圖2.1 風洞實驗設備架構 8 圖2.2 開路式低速風洞 9 圖2.3 六軸力規 10 圖2.4 PCI-6221資料擷取卡 11 圖2.5 電源供應器規格表 12 圖2.6 本研究使用之高速CCD 13 圖2.7 風洞程式流程圖 14 圖2.8 取樣率影響示意圖 15 圖2.9 DAQ設定圖 16 圖2.10 電源供應器控制人機介面 17 圖2.11 電源供應器控制程式介面 18 圖2.12 風洞實驗架設圖 19 圖2.13 數據擷取畫面 19 圖2.14 資料運算端 19 圖2.15 程式邏輯示意圖 20 圖2.16 升、推力與電壓關係圖 22 圖3.1 風速量測位置 24 圖3.2 風洞風速中央測試點之速度分佈 24 圖3.3 風洞風速中央偏左測試點之速度分佈 25 圖3.4 風洞風速中央偏右測試點之速度分佈 25 圖3.5 風洞測試段之阻塞率 27 圖3.6 Didel公司所生產之齒輪 28 圖3.7齒輪與計數器感測之搭配 28 圖3.8計數器感測部位：(a)計數器電路 (b)實體圖。 29 圖3.9 夾治具實體圖 30 圖3.10 輔助機構設計圖 30 圖3.11 放電線切割加工示意圖 30 圖3.12 測試相關零件 31 圖3.13 測試機構組合圖 31 圖4.1實際架設情形：(a)待測物安裝於力規；(b)攝影機架設正面圖；(c)攝影機架設側面圖 32 圖4.2 LabVIEW撰寫之資料處理程式 33 圖4.3 高速攝影機影像處理軟體畫面 33 圖4.4 單一拍翼週期氣動力訊號與拍攝影像比照圖 34 圖4.5 開關與氣動力訊號比對圖 35 圖4.6 風速3m/s，工作電壓0.9V之氣動力訊號：(a)推力；(b)升力； (c)八字拍翼軌跡。 36 圖4.7 風速3m/s，工作電壓2.5V之氣動力訊號：(a)推力；(b)升力； (c)八字拍翼軌跡。 37 圖4.8 風速3m/s，工作電壓3.7V之氣動力訊號：(a)推力；(b)升力； (c)八字拍翼軌跡 38 圖4.9不同頻率效應升力係數與週期關係圖 38 圖4.10 拍翼之渦流：(a)下拍時；(b)上拍時 39 圖4.11 卡門渦街示意：(a)阻力例；(b)推力例 40 圖4.12 LED於MAV翼尖 41 圖4.13 風速3m/s各工作電壓隻翼尖軌跡圖 41 圖4.14 八字拍翼寬高之定義 42 圖4.15 影像計算用比例尺 43 圖4.16比例尺基準物設定：(a)檔案讀入；(b)目標放大 44 圖4.17 校正比例計算 44 圖4.18 軌跡計算圖 44 圖4.19 風速0m/s下隨拍翼變化：(a)寬高比；(b)推力；(c)升力 45 圖4.20 風速1m/s下隨拍翼變化：(a)寬高比；(b)推力；(c)升力 46 圖4.21 風速2m/s下隨拍翼變化：(a)寬高比；(b)推力；(c)升力 47 圖4.22 風速3m/s下隨拍翼變化：(a)寬高比；(b)推力；(c)升力 48 表目錄 表2.1 六軸力規規格表 10 表2.2擷取卡規格表 11 表2.3 單次實驗紀錄表格 22 表3-1 風洞速度紊流強度 26[[note]]學號: 697371804, 學年度: 9