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微型飞行器技术

来源:航空学院 作者:张金凤 点击:302 发布时间:2019-03-08 11:48:40

1、学科概况

我校是国内最早开展微型飞行器技术的单位,早在90年代初和中期我们就注意到美国无人机技术在向微小型化方向发展,提出微型飞行器(MAVMicro Air Vehicle)的新概念。1995年美国国防高级研究计划局(DARPA)正式启动微型飞行器技术研究不久,我校便及时跟踪并开展了微型飞行器技术的研究,于1997开始研究试制当时国内最小的飞翼式微型飞行器(43CM),并于1998年成功地进行了试飞。

    通过对微型飞行器技术的深入研究,我们认识到微型飞行器技术已远不是单纯的“飞行器设计”和“飞行器制造技术”学科所包括了的内容,它涉及到特殊的空气动力与试验技术、材料科学、智能结构与力学、微细加工技术、微机械电子技术(MEMS)、微控制技术、微信息传输技术、微型动力技术、微型能源技术、仿生学等一系列新型的微系统技术。微型飞行器它不是常规飞行器的比例“缩小”,而是完全崭新的概念的飞行器系统技术。

 

2、优势与特色

鉴于深刻认识到这一新型交叉发展学科技术的重要意义,我校于1998年就正式成立了跨学科、跨院系的新型交叉科研机构——“微型飞行器研究中心”。该中心由学校组织一支跨院系和跨学科的技术精英组成基本队伍,并由这些技术骨干分别带动原学科技术力量,推动这一新型交叉学科的发展。

2002年南航的“微型飞行器技术”被国防科工委批准为“新兴、交叉”类的国防重点学科。200210,批准南航建立“微型飞行器设计与制造” 211工程重点学科建设项目,也是目前国家单独立项的唯一的微型飞行器技术“211工程”建设项目和国防重点学科在微型飞行器综合技术和整体研究水平上南航处于国内领先水平。进一步加强国际前沿学术和技术交流,努力使本学科达到国际先进水平,为我国国防和航空科学技术的发展作出新的贡献。

 

3、学科队伍

目前在这一学科已建有一支梯队学历层次高、科研实力强、年轻的学科队伍,主要技术骨干为中青年教师,有正高职人员16人(10人为博士生导师),副高职人员18人,具有博士学位的教师23人,其有教育部“长江学者”特聘教授1名、国家百千万人才工程1名、委部“有突出贡献专家”多名以及部“十佳青年”和省“优秀教师”等一批中青年教师。本学科教师团结协作,发挥跨学科群体优势、开展高技术攻关研究,带动了相关学科在微系统技术方面的发展。

 

4、科学研究与条件

在国防科工委和学校大力支持下,我校的“微型飞行器技术实验室”,并已建立了一批相关的微型飞行器专门技术的实验系统,主要设备有:小型可倾转风洞,微型飞行器自主控制测试与仿真系统微型飞行器总体和和结构综合实验系统,微型信息传输测试系统,特种材料加工设备等。

目前,本学科研究方向主要有:(1)微型飞行器特殊空气动力学;(2)微型飞行器飞行与导航自主控制技术;(3)微机电MEM系统集成技术;(4)微型动力装置与能源技术;(5)微型信息传输系统技术;(6)微细特种加工技术。十五期间,本学科共承担了17项重要科研项目,包括国家自然科学基金、国防基金、国防基础技术、国防预研等。其中南京航空航天大学作为项目总体负责单位,组织有5个合作单位的国家队,承担并完成了国防演示论证项目重大专项。十五期间,南航研制出微型飞行器试验机系列,尺寸从43厘米到小于15厘米;重量从350 克到小于150 克;从遥控到自主飞行控制;从活塞式燃油发动机到电动机;从黑白图象传输到彩色图象传输;向微型化和功能化逐步发展。学校已研制出8种固定翼型微型飞行器试验机。自主设计并研制出多传感器(具有基于惯性、磁、高度、GPS集成)MEMS自主飞行控制系统、微型无刷电动机、微型飞行记录仪等关键部件,创新设计制造并试飞成功国内第一架具有自主飞行控制功能、目前国内最小的微型飞行器。

     在微型扑翼机研究上也取得重大突破,十五期间共设计研制成5种不同形式的仿鸟扑翼式微型飞行器(最小的尺寸24厘米),成功进行了仿鸟可控制的扑翼式微型飞行器的飞行试验,可实现控制拉升、转弯、降落等运动,连续飞行时间还超过了美国最先进的可控微型扑翼飞行器MICROBAT(尺寸23cm,也是目前国外唯一研制成功可控制飞行的微型扑翼机)。 2003年获全国第八届大学生课外科技作品挑战杯“特等奖”。2004年底在珠海国际航空航天博览会上受到国内外专家赞赏。2004年中央电视台一套“科技博览”和十套“走近科学”进行了现场录象作专题节目报道,以及20051231日“双十新闻”中报道。20061月全国科技大会期间,我校三架微型飞行器被国家科技部选在北京展览馆全国科技创新重大成就展展出。

 

5、人才培养

本学科在培养“复合型”人才方面发挥特殊作用,飞行器设计、空气动力学与飞行力学、自动控制与导航电子与信息技术电气工程、动力工程、机械工程材料加工等不同学科的研究生,在一起从事微型飞行器的研究和创新设计科研工作,在学科交叉、融合的集体研究中,研究生拓展了知识面,提高了综合科研能力,参与创造了十几种新型微型飞行器及其机电系统,获得了一系列重要成果。“十五”期间,本学科共培养了博士生20多名,硕士生80多名。研究生胡铃心从本科时2002年就参加本项目中微型扑翼飞行器的研究,2003年他与段文博同学获全国大学生挑战杯“特等奖”,随后胡铃心又获得三次国际和全国创新赛大奖和首届中国青少年科技创新奖,2005年受到温家宝总理的接见。

 

6、学术交流

本学科的发展也将为探索高校通过学科交叉、渗透和融合,开展高水平的科学研究,增加核心竞争力,形成有效的学科创新机制创造经验。本学科20018月在南京航空航天大学主办了“微型飞行器技术全国首届研讨会”,对我国微型飞行器技术的开展起推动作用。

在国际合作交流方面,美国佛罗里达大学航空与机械工程系主任、微型飞行器专家W.SHYY教授、

伯明翰大学微型飞行器控制专家Tim McLain教授、德克萨斯大学从事微型飞行器计算的数学专家刘超群教授等先后来访进行学术交流。昂海松教授在国际仿生学术会议ature as Engineer and Teacher: Learning for Technology from Biological Systems “Oct. 8-11, 2003  Shanghai, China)上作的扑翼新模型计算和飞行录象,引起了国外专家的高度兴趣和好评。原政协副主席钱伟长院士、丁肇中院士等20多位院士到过本研究中心现场进行参观指导。


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