项目/论文提案样本
AE295A -硕士项目建议书
介绍给博士. Nikos Mourtos
作者:约书亚·本顿
2011年9月1日
可伸缩飞行器的小型化、集成、分析和高空飞行测试 用于目标载荷返回的自主gps制导伞
背景与背景
伞翼是一种特殊类型的非刚性翼型，依靠动压 在飞行中保持形状. 由于它们是非刚性的(因此可折叠/可包装)， 伞翼非常适合需要控制下降的场合， 但是对于任何一种传统的机翼结构来说，装载都是有限的. 同时, 与传统的圆形降落伞相比，伞翼具有更大的方向性 控制，改善滑翔性能，并能调整下降率由 变形翼型的形状通过控制(或“切换”)线. 这些属性 伞伞使它们在人类空中下降时非常受欢迎，在那里整个 伞翼和一个冗余的备份可以储存在一个背包和快速部署 在必要的时候.
除了载人应用之外，伞翼提供了一种有吸引力的交付方式 各种有效载荷(如.g. 军事用品、应急设备、食品包) 以中等程度的准确度到达遥远或难以到达的地方. 这个精度 可以通过在有效载荷上加入自主控制系统来进一步改进， 它可以像人类一样有效地操纵伞，引导 它对着陆点的精确度更高. 在过去的十年里，有几个 独立的研究努力致力于做到这一点，提供完整的， “智能”伞翼系统可以自动驾驶到预先定义的位置 运送有效载荷(通常是军用物资)的着陆点. 最近的研究成果 这些系统的精度从几公里的着陆误差提高到命令 量级较小，取决于盛行风和初始落差高度.
在我在NASA艾姆斯研究中心的工作中，我们已经确定了小型返回的需求 有效载荷(如生物样本和小型科学实验) 空间站在需要或必要时，可独立较大的载人或补给 到访监测站次数相对较少的车辆. 我们提出的解决方案 为了解决这个问题，需要一种方法来引导载荷在其旅程的最后一段 到一个选定的着陆点，以高度的精度，以帮助在简单和 立即检索. 在建议的返回系统中可用的体积空间 消除了刚性机翼结构作为解决方案，并采用大气滑翔装置 在再入大气层之前，必须保持下降状态. 由于这些原因，一个降落伞系统 看起来是个很有吸引力的解决方案.
除了国际空间站的返回应用，一个完善的自主伞系统 可以扩大规模，并用于许多其他感兴趣的应用程序 我们，包括从亚轨道探测火箭飞行中返回的实验， 哪一种目前依赖于缓慢、昂贵且经常不成功的水回收 从租来的船上.
我们已经确定并与海军研究生院的研究人员合作 他们正在开发一种gps制导的伞翼装置. 从我们的 通过合作，我们制造了我们自己的gps导航返回装置，并且 在低空(~3000英尺)进行过几次跌落测试吗. AGL)从一个自治 无人机. 我们还与大学的同事和一个学生团队合作 在爱达荷州进行了三次高空气球降落，但其中两次导致了爆炸 in failures: the first, failure to separate from the balloon due to tangling; and 第二，伞翼不能完全充气.
问题定义和方法
虽然我们已经制造了一个自动伞翼返航的原型 我们希望在国际空间站上使用的装置，仍有许多问题需要解决 这是一个实际可行的解决方案:
- 自主控制系统的小型化目前，悬挂在伞翼下方的自主转向系统比较多 体积太大，无法适应国际空间站样品返回系统的限制. 需要物理结构的设计和更有效的包装方案 使控制系统小型化，同时保持可靠性和功能性. 更小的舵机，更有效的索具和张力，更小的 电池(同时仍保持设计余量)是实现这一目标所必需的.
- 高空翼伞空气动力学特性由于我们希望使用这种设备的应用性质，它是有利的 在尽可能高的高度获得操舵权. 通过这样做， 提高了目标着陆的最大可达地面距离. 不幸的是, 伞翼的功能依赖于动压力来保持其结构形状， 此外，由于降落伞的坍塌和“俯冲”，高空使用也存在问题 超过它的有效载荷. 为了了解我们能达到的最大滑翔能力 伞翼返航装置，使伞翼在高空/低气压下气动 需要通过分析和测试进行表征和验证. CFD、真空 将在2012年4月进行舱室试验和另一次高空气球试验 分析和验证降落伞在高空的性能.
- 伞翼结构的半刚性为消除伞翼在低动压下的坍塌问题，提出了一种方法 在保持可包装积载能力的同时自行部署的能力将得到发展. 一种轻质的弹簧状材料系统将被添加到伞翼上 这种结构是“半刚性”的，能够在低压下保持其形状 环境. 真空室测试将提供一种在气球之前进行验证的方法 综合系统的飞行测试.
- 先进的指导代码的软件移植到一个较新的控制板目前，我们的版本海军研究生院的gps制导伞装置 使用与他们的设备不同的微处理器板. 以前，我只编程 我们的板引导设备到一个指定的标题，而不是一个特定的集合 着陆坐标. 高级代码的移植版本是存在的，但是是编写的 对于我们的控制板的旧版本，并且尚未经过测试/调试. As 作为开发工作的一部分，移植的代码需要修改以保持兼容性 用新版本的控制板进行调试，并进行地面测试.
如上所述，存在从高空对整个系统进行飞行测试的机会 2012年4月与爱达荷大学的RISE气球合作 团队. 这是我们过去合作过的同一个团队，并开发了一个 良好的工作关系和理解所有必要的程序和协议 用于伞翼系统的安全飞行试验. 在飞行过程中，载荷和气球 通过APRS无线电网络上的冗余GPS应答器(业余业余无线电 波段)，能够精确地恢复有效载荷系统.
从飞行测试返回的数据包括高清视频(一个摄像头向上看) the parafoil and another looking 45 degrees to the ground); a GPS flight track including 通过APRS网络和数据记录仪控制板，获取飞机的时间和高度 the parafoil device; and three-dimensional comp一个nt velocity and acceleration of 通过机载IMU控制翼伞有效载荷.
