学位论文-—电动飞行器的平衡设计.doc

毕 业 论 文（设 计） 论文（设计）题目：电动飞行器的平衡设计姓 名 学 号 院 系 专 业 年 级 指导教师 2013 年 5 月 20日目 录摘 要1ABSTRACT2第1章 绪论31.1 选题依据及研究意义31.2 问题提出与初步解决3 1.2.1问题3 1.2.2初步解决41.3 国内外现状4 1.3.1国外现状4 1.3.2国内现状41.4 技术支持41.5 应用前景5第2章 电动飞行器的初步设计62.1 电动飞行器设计的总体设想62.2 电动飞行器的初步参数设定7第3章 电动飞行器的静态平衡93.1 电动飞行器的螺旋桨安放平衡93.2 电动飞行器的蓄电池组安放平衡103.3 电动飞行器的螺旋仪设计平衡10第4章 电动飞行器的动态平衡134.1 电动飞行器的平衡前翼设计13 4.1.1平衡前翼的安放位置与尺寸13 4.1.2平衡前翼的传动控制14 4.1.3平衡前翼所提供的升力15 4.2 电动飞行器的平衡后翼设计16 4.2.1平衡后翼的安放位置与尺寸17 4.2.2平衡后翼的传动控制18 4.2.3平衡后翼所提供的升力19 4.3 电动飞行器螺旋桨提供的升力20 4.4 电动飞行器的动态平衡计算21第5章 结论23参考文献24致 谢26摘 要 随着科技的快速发展，我国的交通压力越来越大，环境污染也越来越严重，在不久的未来，交通工具势必会往空中发展，会向清洁能源靠近，正因为如此，家用小型电动飞行器必将会成为未来交通工具的主流。本文设计便是为这个高新交通工具提供平衡设计，以保证该飞行器的平衡。 而电动飞行器的平衡保证，主要通过螺旋桨升力和平衡悬翼升力提供。关于各类新型交通工具，国内外均有研发和实验，各有优点以及不足，本文所设计的电动飞行器便是取之各种新型交通工具之长，补其不足，希望能设计出更合理、更快捷、更为人们带来方便的交通设备。关键词：交通压力；平衡；螺旋桨；升力ABSTRACT Along with technological of rapid development, our country of transportation pressure more and more big, pollution of the environment also more and more serious, at soon of future, the pileup certanly will go toward an air development, will to sweep energy to close to, positive as it does, the household-use small scaled dynamoelectric aircraft necessarily will become the main current of the pileup in future.This text design woulds be to this high new pileup to provide balance to design to promise the balance of the aircraft.Electric balance of the aircraft to ensure, mainly through the propeller lift and balance hanging wing lift.All have development and experiment at home and abroad concerning each kind of new pileup, each have advantage and shortage, the dynamoelectric aircraft designed by this text woulds be to take of various long new pileup, repair it shortage, hope to design to be more reasonable, faster and bring a convenient transportation equipments for people more. Key words：Transportation pressure；The balance hangs；Propeller；Rise dint26第1章 绪论 随着科技的快速发展，我国的交通压力越来越大，环境污染也越来越严重，在不久的未来，交通工具势必会往空中发展，会向清洁能源靠近，正因为如此，家用小型电动飞行器必将会成为未来交通工具的主流。本文设计便是为这个高新交通工具提供平衡设计，以保证该飞行器的平衡。1.1 选题依据及研究意义改革开放二十余年，我国的经济得到了飞速的提升，现已成为世界第二大经济体。国家更加坚定了发展经济的重要意义，因为我们国家十分清楚，只有经济发展，人民的生活水平才能提高，人民的生活水平提高，便能更加促进国家的经济发展，这是一个双赢的结果。比之二十年前，现如今，走出户外，游山玩水，郊游踏青，追求健康生活的人们也越来越多。国家的旅游产业在近几年得到了飞速的发展，越来越多的人喜欢出去游玩，但是随之产生的问题也逐步体现，在旅游高峰期中，由于多个名胜旅游人群应接不暇，导致各类事故不断发生，严重影响游客的旅游热情。为此，国家现如今大力提倡近郊旅游，即分散旅游高峰期的人群压力，又能更好地促进当地的经济发展。此外，我国目前正在大力发展城乡一体化，以拉近乡村与城市的距离，特别是城市带动周边乡村，这使得家庭轿车越来越多，由此引发的交通压力也越来越大，现如今的道路改革远远跟不上私家车的快速增加，高峰期时期的各种堵塞与拥挤，便是最好的说明。1.2 问题提出与初步解决家庭私家车越来越成为人们出行的主要交通工具之一，无论是前文提到的近郊旅游，还是上班下班，有车一族越来越占据着这个国家的城市道路，这虽然能体现国家在不断进步，但是随之产生的各种问题也愈发体现出来。1.2.1 问题家庭私家车以家用小型轿车为主，它们的首要问题便是污染与能源。众所周知，家庭小轿车排放的各类有毒气体，诸如一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等，皆会对我们的大气环境造成严重的污染，温室效应、酸雨与PM2.5的产生，多多少少与私家车的快速增长有着各类关系。而这类轿车所用的能源更是极为不可循环利用的汽油，它们所带来的就不止是环境污染的问题，还涉及到能源的可持续发展。地球的资源原本便是有限，而不是用之不竭的，地下的资源也早已被人类开采的差不多了。故而新型能源交通工具，势必会成为日后交通行驶的主流。1.2.2 初步解决要想解决上述问题，便不得不提到空中的优势，发展空中走廊，运用低空直线飞达，这便是本文设计的电动飞行器的初步思维。电力驱动本身安全环保，电力的来源，大多是来自风力、水力、光、核等清洁能源，符合国家正在提倡的可持续发展。设计初衷是陆空两用，平常可以平稳地在陆地上行驶，遇到交通压力，便可瞬间打开飞行系统，通过八个涵道风扇垂直起飞，众所周知，两点之间直线最短。该电动飞行器解决交通压力的最大优势，便是直线飞行，它所带来的不仅仅是解决交通压力如此简单，更能够大大缩短行驶的时间，让人们能更快速地安全地达到目的地，从而节约原本在路上因为拥堵所耽搁的时间。1.3 国内外现状关于各类新型交通工具，国内外均有研发和实验，各有优点以及不足，本文所设计的电动飞行器便是取之各种新型交通工具之长，补其不足，希望能设计出更合理、更快捷、更为人们带来方便的交通设备。1.3.1 国外现状国外近几年，已经研发或者研究了许多类似的飞行小轿车，取之名曰飞行汽车，它们的优势在于能飞，可以很好地解决交通拥堵的问题。但是它们的缺点也显而易见，该类飞行小汽车使用的是传统能源，并不环保，极不符合现在的可持续发展策略。1.3.2 国内现状国内则有许多各人或者组织亦或者大型的汽车公司，在不断地对电动汽车进行研究和研发。电动汽车本身具有很好地发展前景，但是电动汽车如今并不能妥善地解决交通拥堵问题。1.4 技术支撑因此本文设计的电动飞行器，将结合上述两类交通工具的各自优点相结合，设计出更加经济环保的电动飞行器。在电动汽车的基础上，加上直升机螺旋桨的设计原理，使之能够陆空两用。由空气动力学、现代技术的发展、机械原理等科目作为它的技术支撑与保证。1.5 应用前景该电动飞行器结合各类飞行汽车以及电动汽车的优点，吸取前人在设计上的错误，更加完美地使之成为中高产阶级首选的出行交通工具。随着交通压力的越来越大，人们生活水平的越来越好。该交通工具的发展前景不可估量，势必会成为日后的最佳交通出行选择。 第2章 电动飞行器的初步设计关于该电动飞行器的初步设想，原型如图2-1所示，是依据一款正在研究的法拉利飞行跑车，这种飞行汽车是在价值大约20万英磅的法拉利599GTB跑车设计方案的基础上改进而成，车身上装有8个“风扇”。在地面上行驶时，这些风扇为汽车提供稳定但并不是太强的推动力。一旦升入空中，汽车就变得好象直升飞机一样，可以俯冲，可以向前，还可以左右转动改变方向。目前这款汽车还处于初期的设计阶段，但实验模型已经证实了法拉利这种奇妙的想法是确实可行的1。图2-1 法拉利设计的飞行汽车模型2.1 电动飞行器设计的总体设想关于该电动飞行器，具体分为九个独立且又相互关联的设计部分，每个部分都由一人负责，每个部分都是电动飞行器至关重要的组成。（1） 电动飞行器的整体设计：该部分主要负责电动飞行器的外观模型，需要综合考虑空气动力学、选材、抗力抗风等因素，该部分决定了本设计电动飞行器的整体样式与框架参数。（2） 电动飞行器的整体架构设计：该部分主要负责电动飞行器的内部结构，内部主要配件的安放位置，以及电动飞行器的架构。（3） 电动飞行器的动力设计：该部分主要负责电动飞行器的驱动部分，设计带动整个飞行器运动的电机，以及提供电机能源的蓄电池。涉及到飞行器的整体功率以及升力等因素。（4） 电动飞行器的螺旋桨设计：该部分主要负责电动飞行器的螺旋桨部分，螺旋桨是本设计产品能飞行的重中之重，此部分决定了螺旋桨的选择与样式，以及能够提供的升力。（5） 电动飞行器的操控装置设计：该部分主要负责电动飞行器的操控部分，涉及到如何在陆地操控与如何在空中操控，以及各类安全因素，诸如逃生系统的安放、安全带的设计、安全气囊的设计等。（6） 电动飞行器的底盘设计：该部分主要负责电动飞行器的底盘部分，涉及到四轮的安放、底盘上各类电机、蓄电池等的安放。（7） 电动飞行器的传动机构设计：该部分主要负责电动飞行器的传动，涉及到本设计产品的运动，包括提速、降速、上升、下降等动作，决定了本设计的驱动模式。（8） 电动飞行器的逃生机构设计：该部分主要负责电动飞行器的逃生，包括天窗的设计和降落伞的设计。（9） 电动飞行器的平衡设计：本文便是负责电动飞行器的平衡，主要负责电动飞行器在飞行过程中前后翼的展开、前后翼所能提供的升力计算，以及螺旋桨所能提供的升力计算。2.2 电动飞行器的初步参数设定经过设计前的初步讨论与计算，就该电动飞行器的参数给出了初步设定，这些参数将影响到日后具体设计的计算、确定等因素。（1） 质量：2t。 质量设定在2t，因为该飞行器是由电动汽车改造而来，又因为蓄电池质量并不比发动机轻，故而整体重量只比普通汽车稍重。（2） 飞行高度：300m，200m。 为了缓解交通压力，该飞行器必须在低空飞行，而最大高度定在300m，也是因为如今高楼越来越多，为了避开高楼。但是又不能太高，飞行高度过高的话，会导致高空氧气稀缺，给驾驶员与乘客带来不必要的麻烦。（3） 飞行速度：300km/h。 飞行速度参照高铁的速度，设定在这个速度，能最好地解决人们出行的问题。（4） 承载：2人。 考虑到电机的整体体积、蓄电池的整体重量、螺旋桨的位置安放等问题，该电动飞行器所剩余的可载人空间，便只有2人了。（5） 行驶距离：300km。 为了解决近郊旅游，把行驶距离设定为300km是最合理的数据，而且考虑到蓄电池的容量，故而设计的最大续航时间也就只能是1.5个小时了。（6） 整体框架参数：长-4m，宽-2m，高-1.7m。 本文主要负责其中的“电动飞行器的平衡设计”，经过初步考虑，该设计涉及到静态平衡和动态平衡两个方面，而动态平衡又涉及到平衡翼的设计和螺旋桨所提供的升力计算等。 第3章 电动飞行器的静态平衡电动飞行器的静态平衡主要涉及到各类部件的安放，只有把各类部件安放完好，飞行器本身才能保持静态平衡。本文主要涉及到的是三个主要部件的安放：螺旋桨的布局安放平衡、蓄电池组的布局安放平衡、陀螺仪设计平衡3。3.1 螺旋桨的布局安放平衡本文设计的电动飞行器是由前后八个涵道风扇（螺旋桨）提供升力的，由于要保持静态平衡，所以必须布局为前四个，后四个，该电动飞行器的螺旋桨分布如图3-1所示，分别编号为1到8。87654321 图3-1 涵道风扇（螺旋桨）的布局位置示意图又因为整体车长4m，宽2m，所以桨叶半径初步设定为0.3m，飞行时，旋转直径可以达到0.6m，并排后长达1.2m，由0.8m的余量。故而，可设定为：并排俩螺旋桨距离为0.2m，螺旋桨与前盖、后盖距离为0.1m。距离驾驶室距离也是0.1m。由于螺旋桨设计为涵道风扇，即通过一个金属外套把扇叶安装在飞行器基体内，所以在构型设计时就无需考虑旋翼与车身的距离。而又考虑到行驶过程中的安全问题，所以那个螺旋桨在一般行驶过程中并不是全部开启，而是互为备份。也就是说，一般工作时，只开启四个螺旋桨，为了保持飞行过程中的平衡，分为两套飞行控制：（1） 通过控制操作系统开启1、4、6、7号螺旋桨叶。（2） 通过控制操作系统开启2、3、5、8号螺旋桨叶。如此设计的优点，在于平时可以互换使用，以保障螺旋桨本身的使用寿命。而在突发状态下，比如飞行过程中万一某个螺旋桨出现问题，便可以立即开启另一个相同的螺旋桨来保持它的平衡。3.2蓄电池组的布局安放平衡 电动飞行器的蓄电池组是整个飞行器驱动部分的关键，是提供飞行、行驶、变速、降落等运行动作的能量来源。由于蓄电池组数量庞多，重量又十分巨大，故而它的安放平衡也是静态平衡设计中十分重要的一个环节5。 经过驱动部分的计算，本文设计的电动飞行器所需要的蓄电池大体为80个，由于螺旋桨本身设计成8个，所以可以将这80个蓄电池拆分成8组，也就是每10个蓄电池为一个蓄电池组。 将这8个蓄电池组安放在8个螺旋桨旁边，每一组蓄电池组控制一个螺旋桨，因为这8个螺旋桨本身是互为备用，故而要求这8个螺旋桨相互独立，所以蓄电池组内部将采用串联方式连接，而8组蓄电池之间将采用并联连接。3.3陀螺仪设计平衡 陀螺仪的功能是感应飞机器的各种姿态，是飞行控制系统的重要组成部分。1850年法国的物理学家莱昂傅科（J.Foucault）为了研究地球自转，首先发现高速转动中的转子（rotor），由于它具有惯性，它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字 gyro（旋转）和skopein（看）两字合为gyro scopei 一字来命名这种仪表。陀螺仪是一种既古老而又很有生命力的仪器，从第一台真正实用的陀螺仪器问世以来已有大半个世纪，但直到现在，陀螺仪仍在吸引着人们对它进行研究，这是由于它本身具有的特性所决定的。陀螺仪最主要的基本特性是它的稳定性和进动性。人们从儿童玩的地陀螺中早就发现高速旋转的陀螺可以竖直不倒而保持与地面垂直，这就反映了陀螺的稳定性。研究陀螺仪运动特性的理论是绕定点运动刚体动力学的一个分支，它以物体的惯性为基础，研究旋转物体的动力学特性。电容式微机械陀螺结构示意图如图3-2所示，本结构采用静电梳齿驱动，静电梳齿驱动的特点是驱动电量与结构的位移成正比，因此所设计的陀螺结构可以得到更高的线性度。陀螺工作时，外加电路提供驱动电压，在静电梳齿的驱动下，由于结构采用音叉式对称设计，两质量块在X方向相对运动。当系统沿Z方向有角速度输入时，质量块在Coriolis力的作用下沿Y方向上下振动，且两质量块振动方向相反。从而结构与衬底上的电极之间的间距发生变化，引起两平面间的电容变化，电容的变化量与角速度信号成正比。图3-2 电容式微机械陀螺结构示意图 1.左驱动器； 2.检测电极； 3.中间驱动器； 4.检测质量块； 5.右驱动器； 6.玻璃 通过检测电容的变化量，可以得到系统在Z方向的角速度。音叉式对称设计，可以得到较高的灵敏度陀螺仪的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。 在现实生活中，陀螺仪发生的进给运动是在重力力矩的作用下发生的。陀螺仪被广泛用于航空、航天和航海领域。 第4章 电动飞行器的动态平衡电动飞行器的动态平衡是电动飞行器平衡设计的最主要环境，它为电动飞行器提供了平衡的保证。其中主要涉及到两个方面，第一方面是平衡悬翼的设计，第二方面是螺旋桨所提供的升力平衡。其中平衡悬翼可细分为平衡前翼的设计与平衡后翼的设计，而螺旋桨所提供的升力平衡主要是螺旋桨给予的参数运算。然后把平衡悬翼所提供的升力，与螺旋桨所提供的升力相结合，与整车质量进行系统对比，来确保车子在飞行过程中保持平衡。 平衡悬架由两个纵向倒挂式弧形钢板弹簧组成。钢板弹簧两端搭在车桥上，承受垂直载荷和侧向力，中部可以绕平衡轴转动，平衡轴通过支架固定在车架上。钢板弹簧作为一个平衡杆，使中、后桥载荷保持平衡或按一定比例分配2。钢板弹簧由中心螺栓紧固在一起。装配时，中心螺栓头应在短片一侧，作为钢板弹簧装配定位用。钢板弹簧中心螺栓头坐落在钢板弹簧座上的定位孔中。在钢板弹簧上面安装盖板，最后在弹簧中部通过两个U形螺栓将钢板弹簧总成刚性地连接在钢板弹簧座上。钢板弹簧座安装在平衡轴上，形成旋转支撑。弹簧的两端安装在桥壳钢板弹簧导向座滑板上，使弹簧跳动时能在滑板与导向座之间滑动。为了限制弹簧的变形和驱动桥的跳动，在相对于桥壳的车架纵梁下翼上装有橡胶限位块3。4.1 电动飞行器的平衡前翼设计 平衡前翼是安装在电动飞行器前端，在飞行过程中给予电动飞行器一定的升力，用来保障电动飞行器在飞行中的动态平衡的基本部件。4.1.1 平衡前翼的安放位置与尺寸电动飞行器的平衡前翼，是由两块钢板组成。平衡前翼示意如图4-1所示，平衡前翼的整体长约0.6m，宽为0.2m，厚度大约为0.03m，总体呈流线型，能为电动飞行器在飞行过程中提供升力。平衡前翼的作用是为该电动飞行器在空中飞行时，提供一定的升力。该升力将影响到电动飞行器在空中飞行时的平衡。图4-1 平衡前翼三视图平衡前翼将安装在电动飞行器的前端，安装位置如图4-2所示，平衡前翼距离飞行器最前边只有0.1m，平常在陆地行驶时，平衡前翼收缩在飞行器框架里面，而当飞行器升入空中飞行时，由中央控制系统控制，传动到车子前端，由装在车子前端的伸缩装置将两片平衡前翼由车前两端伸出。图4-2 平衡悬翼安装位置示意图4.1.2 平衡前翼的传动控制电动飞行器平衡前翼的传动通过中央传动控制系统控制，在上升起飞时，由中央传动控制系统发出一个电信号给飞行器前端的前翼传动系统，前翼传动系统通过一个伸缩装置把两片平衡前翼平稳地从两边伸出。关于伸缩的控制，本文将设计一个电动臂式伸缩器，由这个伸缩器来控制前翼的伸缩。 电动臂式伸缩器如图4-3所示，主要部件为：1.前翼安装槽板2.扇形齿轮3.电机4.蜗杆、涡轮、齿轮5.伸缩臂。 1. 前翼安装槽板 2. 扇形齿轮 3.电机 4. 蜗杆、涡轮、齿轮 5. 伸缩臂图4-3 电动臂式伸缩器示意图 此电动臂式伸缩器的设计原理为，由前翼传动系统传来的电信号（伸展或者缩进），由电信号传达给电动臂式伸缩器的电机，电机继而带动蜗杆，蜗杆移动带动涡轮旋转，继而使齿轮与扇形齿轮一同转动，伸缩臂开始运动，而伸缩臂的运动便可带动前翼安装槽板的伸缩，因为前翼是安装在槽板上的，所以这套系统能完美地带动前翼的伸缩运动。 传动路线可简化为电机蜗杆涡轮齿轮扇形齿轮绳索臂前翼安装槽板平衡前翼伸缩运动。这套传动系统的优点在于，采用电子技术，可以更加准确、平稳地传达信息给前翼。4.1.3 平衡前翼所能提供的升力平衡前翼所提供的升力计算，可以参照普通航天客机的升力计算，查询书籍得,升力计算公式为: (4-1)其中表示气体密度，表示飞行速度，表示机翼面积，表示升力系数，是一个常量。因为此电动飞行器是在低空300m处飞行，故而空气密度可取标准密度值：1.29，飞行速度按初步设想为200至300 ，转会为国际单位制为55.55至83.33。升力系数查相关数据得：1.5。 （4-2）（1）当飞行速度为200km/h时，单前翼所能提供的最小升力为： （4-3） 因为有两个一模一样的前翼，故而，当飞行速度为200km/h时，整体前翼所提供的升力为： （4-4） （2）当飞行速度为300km/h时，前翼所能提供的最大升力同理可得： （4-5） 整体前翼所提供的升力为： （4-6） 4.2 电动飞行器的平衡后翼设计 平衡后翼是安装在电动飞行器后端，在飞行过程中给予电动飞行器一定的升力，用来保障电动飞行器在飞行中的动态平衡的基本部件。4.2.1 平衡后翼的安放位置与尺寸电动飞行器的平衡后翼，与前文所设计的平衡前翼略有类似，功能也是为了保持电动飞行器在飞行过程中的平衡，不同的是，平衡前翼在陆地行驶时是收缩在前车盖内部，而平衡后翼在陆地行驶时是覆盖在车后盖上，形成一个我们常见的汽车尾翼。设计原型如图4-4所示，便是最常见的汽车尾翼。 图4-4 常见的汽车尾翼 而单个平衡后翼的尺寸，如图4-5所示，长为1m，宽为0.3m，厚度约位0.03m，总体呈流线型设计。图4-5 平衡后翼的三视图 平衡后翼将安装在电动飞行器的后端如图，如图4-2所示，距离飞行器最后边只有0.2m，平常在陆地行驶时，平衡后翼覆盖在电动飞行器的后盖上，而当飞行器升入空中飞行时，由中央控制系统控制，传动到车子后端，由装在车子前端的展开装置将两片平衡后翼由车后展开。4.2.2平衡后翼的传动控制电动飞行器平衡后翼的传动通过中央传动控制系统控制，在上升起飞时，由中央传动控制系统发出一个电信号给飞行器后端的后翼传动系统，后翼传动系统通过一个展开装置把两片平衡后翼平稳地从后盖上方展开。关于后翼展开的控制，本文将设计一个电动绳轮式展开器，由这个展开器来控制后翼的展开。 电动绳轮展开器如图4-6所示，主要部件为1.绳轮2.电机及减速器3.卷筒4.玻璃托架。 1. 绳轮 2. 电机及减速器 3. 卷筒 4.玻璃托架 图4-6 电动绳轮式展开器 此电动绳轮式展开器的工作原理可简述为，由后翼传动系统传来的电信号（展开或者收拢），由电信号传达给电动绳轮式展开器的电机，电机继而带动内部的减速器，由减速器带动钢丝绳卷筒，继而绕过钢丝绳，钢丝绳开始运动，而钢丝绳的运动便可带动后翼托架的展开，因为后翼是安装在托架上的，所以这套系统能很好地带动后翼的展开运动。电动钢丝绳式传动路线可简化为电机减速器钢丝绳卷筒钢丝绳后翼托架后翼展开运动。这套传动控制的优点在于，由电信号控制机械操作，能更加准确地传达控制的命令。4.2.3 平衡后翼所提供的升力平衡后翼所提供的升力大体与前文前翼所提供的升力计算类似，用到的也是航空航天的升力公式： （4-7）其中表示气体密度，表示飞行速度，表示机翼面积，表示升力系数，是一个常量。因为此电动飞行器是在低空300m处飞行，故而空气密度可取标准密度值：1.29，飞行速度按初步设想为200至300 ，转会为国际单位制为55.55至83.33。升力系数查相关数据得：1.5。 （4-8）（1）当飞行速度为200km/h时，单后翼所能提供的最小升力为： （4-9） 因为有两个一模一样的前翼，故而，当飞行速度为200km/h时，整体后翼所提供的升力为： （4-10）（2）当飞行速度为300km/h时，单后翼所能提供的最大升力同理可得： （4-11） 整体前翼所提供的升力为： （4-12）4.3电动飞行器螺旋桨所提供的升力计算电动飞行器的螺旋桨主要提供飞行器的升力，在升空时为飞行器提供主要的上升动力。在空中飞行后，螺旋桨提供的升力与平衡前后翼提供的升力相结合，便是电动飞行器能在空中保持平衡的技术基础。而单个螺旋桨叶的升力计算公式如下： （4-13）其中R是螺旋桨叶的直径，D是螺距，b是螺旋桨叶宽度，是电机转速，atm值得是1个标准大气压，g指的是重力加速度。根据螺旋桨的设计参数，可以得出，螺旋桨叶的直径为0.6m，螺距设定为0.45m，螺旋桨叶宽度为0.1m。电机设计转数为9600r/h，换算得160r/s。如若不考虑高原地区，也就是在1000m以下的低空，atm就可以取1，如若在1000m以上，便会随着高度的增加数值减小。因为该电动飞行器初始设定飞行高度为300m，所以该数值可以取1。 K为经验系数，这里取0.25。 带入公式得： （4-14）因为该电动飞行器设计的每个螺旋桨拥有三个螺旋桨叶，所以单个螺旋桨所提供的升力可表达为： （4-15）又因为，该电动飞行器设计了8个相同的螺旋桨，但是飞行时，按照初步设计，只有四个螺旋桨在旋转运动，为电动飞行器提供向上的升力，而另外四个螺旋桨并不运动，所以整套螺旋桨所能提供的升力为： （4-16）4.4 电动飞行器的动态平衡计算电动飞行器要保持平衡，必须满足螺旋桨和平衡悬翼所提供的升力大于等于电动飞行器本身的重力，即： （4-17）其中为螺旋桨提供的升力加上平衡前后翼所提供的升力，即： 其中，所代入的数值即为（4-16）算出的数值，而皆只取飞行时最小速度（速度为200m/s）时所算出的数据，即为上文公式（4-4）算出的数值以及公式（4-10）算出的数值，把这两个数值代入公式（4-18）。可得： （4-18） 而 （4-19）把上文计算出来的公式（4-18）的数值与公式（4-19)的数值比较可得： (4-20)所以，在飞行速度是200m/s的时候，电动飞行器便能在空中保持平衡，又因为飞行器最大飞行速度为300m/s，而的大小与飞行速度v呈正比，所以在飞行速度为300m/s的时候，这个数值一定大于公式（4-18）所得出的数值。所以此电动飞行器只要在飞行速度满足设计初始设定的各项参数，则必定发生： 。故而，本文所设计的电动飞行器在螺旋桨和平衡前后翼提供的升力保证下，能保持最基础的动态平衡，即本文的电动飞行器平衡设定基本满足理论要求，能够达成初始设想的各种参数标准。 第5章 结论本文所设计的电动飞行器平衡设计已经结束，本次平衡设计主要分为两大部分：第一、电动飞行器的静态平衡设计，主要负责各个主要部件的平衡安放。第二、电动飞行器的动态平衡，主要负责电动飞行器前翼、后翼的设计，前翼、后翼的计算。以及螺旋桨升力的计算，最终通过与电动飞行器本身的重力进行比较，来准确得出其平衡参数。 电动飞行器的平衡设计具有以下特点： （1）续航能力优越。 （2）能源环保，电力驱动。 （3）陆空双用，实用性强。 （4）电动飞行器平衡系统由静态平衡和动态平衡组成的。 （5）因由于设计者水平有限，设计者还有许多不足需要改进。参考文献 1李杰,张喆,朱毅杰,张洁,张英朝. 平衡悬架钢板弹簧模型的建立与仿真J. 重庆大学学报,2011,(06):31-35. 2王拖连,杨世文,薛姣,高旭东,王京涛. 陆空两用飞行汽车发展现状与展望J. 公路与汽运,2011,(04):12-16. 3许路. 飞行汽车空间管阵式车身车架一体化设计与分析研究D.中北大学,2012. 4张子春,马力,王皎,王元良,徐达. 考虑部件弹性变形的平衡悬架运动干涉分析J. 拖拉机与农用运输车,2006,(04):66-68. 5李杰,张文栋,刘俊. 基于时间序列分析的Kalman滤波方法在MEMS陀螺仪随机漂移误差补偿中的应用研究J. 传感技术学报,2006,(05):2215-2219. 6彭学彦. 飞行汽车研究史话J. 汽车运用,2007,(05):15-17. 7杨啟梁. 平衡悬架的振动特性分析J. 武汉科技大学学报(自然科学版),2007,(02):168-170. 8金光明,张国良,陈林鹏,田琦. 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