电动飞行器毕业论文

目 录 摘 要 1ABSTRACT 2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 31.3 国内外现状 41.4 技术支持 51.5 市场前景 5第 2 章 电动飞行器的初步设计 62.1 电动飞行器技术参数的初步确定 62.2 电动飞行器总布置设计的任务 62.3 设计原则和目标 62.4 电动飞行器设计过程 7第 3 章 电动飞行器主要部分的设计 83.1 电动飞行器的整体及架构设计 83.2 电动飞行器传动机构的设计 83.3 电动飞行器操控装置的设计 93.4 电动飞行器的动力设计 93.4.1 电机的工作原理 93.4.2 电池的选择 93.5 电动飞行器螺旋桨的设计 103.6 电动飞行器的平衡设计 103.7 电动飞行器逃生机构的设计 123.8 电动飞行器的底盘设计 12第 4 章 电动飞行器底盘型式的选择 134.1 电动飞行器底盘轴数 134.2 驱动布置形式的选择 134.2.1 电动机前置后驱动 134.2.2 电动机后置后驱动 134.2.3 电动机前置后驱动 134.2.4 电动机前置前驱动 14第 5 章 电动飞行器底盘参数的选择 155.1 底盘材料的选择 155.2 电动飞行器整体质量 M0 155.3 电动飞行器的承载量 M1 155.4 电动飞行器的总重量 155.5 轴荷的分配 165.6 底盘外廓尺寸参数的选择 165.7 轴距 L 的选择 165.8 前轮距 B1 和后轮距 B2 175.9 前悬 Lf 和后悬 Lr 17第 6 章 底盘各总成的选择与布置 196.1 底盘动力装置计算 196.2 底盘轮胎的选择 216.3 底盘车轮半轴的选择与计算 216.3.1 半轴的结构型式 216.3.2 半轴的载荷计算及校核 226.3.3 全浮式半轴强度校核 226.4 悬架形式的确定 236.5 底盘车架的选择 236.5.1 车架横梁形式的确定 236.5.2 车架纵梁形式的选择 236.6 底盘总布置草图的绘制 24第 7 章 结论 25参考文献 26致 谢 27附 录 281摘 要日益严重的环境污染和能源危机对传统工业发展提出了极为严峻的挑战。电动飞行器具有良好的环保性能和以电力为动力的显著特点,既可以保护环境,又可以缓解能源短缺和调整能源结构，保障能源安全。为了工业和人类的可持续发展,以使用电能的电动机作为驱动设备的电动飞行器能真正实现“零污染” ，现已成为各国工业研发的一个重点项目。因此,无论是从设计、研究和开发的观点，还是从实用的角度来看，了解和掌握电动飞行器技术的社会需求会越来越大。关键词：电动飞行器；新能源；能源危机；电力2ABSTRACTWith the increasing serious environmental pollution and the energy crisis, the traditional industry is facing more and more severe challenges. Electric-aircraft with a good environmental performance and can be in electric energy to power ,can to protect the environment and may releieve the shortage of energy restructuring, and ensure energy security. To the sustainable development of the traditional industry and human, the words major companies are starting to research various and new tapes of pollution-free environmentally friendly industry“zero pollution”,it has become the industry of research and development foucs. Therefore, whether by design ,research and development, or from a practical point of view, understand and grasp the electric-aircraft technology and social nends.Key words：Electric-aircraft；New-energy；Energy crisis；Electric power3第1章 绪论电动飞行器的设想是应当今社会的发展而提出的。1.1 选题依据及研究意义随着国家经济的快速发展，中国目前已发展成为世界第二大经济体，国际地位大幅提高，成为引领世界经济发展的火车头。在刚刚闭幕不久的政府工作会议上，国家进一步确定了经济发展的战略决策。在国家大政方针的引导下，国家经济稳步发展，人民的生活越来越好，经济收入也越来越高，走出户外，追求健康、舒适生活的欲望也越来越高，对环保、安全出行方式的呼声也越来越高。近年来，随着国家大小节假日政策的实行和积极鼓励旅游产业的发展，外出旅游的人数和频率越来越高，旅游经济的发展已经成为拉动国家经济增长的一个重要指标。国家旅游产业的快速发展，不仅促进了国人的外出旅游，而且也带动了很多国外游客的中国行。节日期间人们大量出行，各大名胜人潮涌动，导致交通拥堵，意外时有发生，严重影响了游客们的出行。目前，我国正在积极推进城镇一体化的经济发展战略，实行由城市带动周边乡镇经济发展的政策，为此国家近年来积极发展近郊旅游，以旅游发展带动经济发展。但是随着家庭轿车的大量增加，交通拥堵问题日益严重，而且这种现象有愈来愈严重的趋势，高峰期特别是大小节假日的拥挤与堵塞，就是最好的例证。1.2 问题提出与初步解决近郊旅游以及短距离一日工作圈的现实状况，采用的主要交通工具就是小轿车，然而随着社会的发展，当前使用的轿车凸显出很多问题。例如，能源的消耗逐年增加，二氧化碳的排放量与日俱增，环境污染、能源枯竭和交通堵塞问题也越来越严重。然而空中的情况却大不一样，在地面交通不堪重负的情况下，我们把目光转向了辽阔的天空。但是如果单单仅靠航班出行，既浪费时间，价格也相当昂贵。而且，民航客机航线单一，不能满足大部分人的出行需求。同时，由于飞机制造维护价格昂贵、机场跑道建设、适航取证和一些安全因素的影响，私人飞机发展也受到严重的制约，使得空间资源没能得到很好地利用。而电动飞行器，既可向电动汽车一样在陆地上奔驰，也可像飞机一样在空中飞4行，是既环保又便利的新型交通工具 。它的主要优点在于：10（1）与普通汽车相比，它可以避开拥堵的交通，电力驱动环保节约资源，提速较快，可以节约宝贵的时间。（2）与飞机相比，不用按照航班规定时间出行，可以大大满足人们的出行需求。电动飞行器是以电力作为能源，可以依靠风力发电、太阳能、蓄电池等提供动力，是解决环境污染和交通拥堵的一个突破口。1.3 国内外现状新型近距离交通工具的开发和研究，国内国外都有很多的形式，但都不是太近如人意。目前,国内也有很多机构和飞机爱好者做了这些方面的研究，也取得了一定程度上的成果。但由于发明的都是一些简易的飞行机构，在很多方面不能满足人们的出行需求和现实需要，因此不可能投入生产，更不可能形成规模。当然，国内也有一些以燃料电池作动力的飞行器，也取得了一定的成绩，但没有达到一个高度，不符合时代的发展潮流，不符合人们环保、健康的出行需求。国外有很多机构做了很多这方面的研究，美国国家航空和航天局研究人员马克摩尔曾说：“当你试图融合它们时，你得到的是世界上最糟糕的东西，一个非常笨重、迟缓、昂贵的难以使用的车” 。 美国在这个领域做了较多的研究，从早期的很多专利到部分制作试飞成功的汽车飞机，他们做了很多成功的尝试。莫尔泰勒设计了一款非常成功的汽车飞机，Aero-car 可流畅地实现陆空行驶的交替进行。泰勒使用玻璃钢材料作为汽车车身，约 3 米长的传动轴连接着发动机和螺旋推动器。其空中飞行时速为 193 公里，是第二辆也是最后一辆获得联邦航空局承认的兼作汽车使用的飞行器。1970 年，福特汽车公司甚至考虑生产 Aero-car 系列汽车飞机，但随后长达十年的石油危机使那些计划均告破灭 。12另一款颇富前景的设计来自于华盛顿州温哥华市的米尔纳莫托斯公司(Milner Motors)设计的飞车 Air-car。据米尔纳的网站介绍，Air-car 是一款四门四座飞车，飞行中机翼可以向机身后面折叠，此时宽度同丰田花冠汽车一5般大小。它采用两个导管风扇(安装在汽缸上的螺旋桨，比普通螺旋桨提供更多的推力)，在 1000 英里的飞行里程中速度达到每小时 200 英里。为保持飞车不超过地面速度限制，一台 40 hp 发动机负责 Air-car 在地面行驶时使用，如图1-1 所示。当在空中飞行的时候机翼可以打开，实现平稳飞行 ，如图 1-2 所15示。图 1-1 汽车状态下的 Aero-car 图 1-2 飞行状态下的 Aero-car 1.4 技术支持随着工业现代化的快速发展、蓄电池技术、传感器技术、计算机技术等先进制造技术的日益成熟，可以为本设计提供很多的技术支持。因此，只要在政府有效的政策引导下，建立技术创新新平台，集成国家现有的科技资源，以实现联合公关，并形成良好的运作机制与相关的科技创新平台。那么，实现可持续发展和建立节约环保型社会的宏伟目标就指日可待，实现电动飞行、绿色出行、环保生活的梦想就一定能早日实现。 1.5 市场前景当今社会随着科技的发展，飞行器产品也正向着节能、环保、安全、舒适、高自动化和智能化发展。随着人们生活质量和环保意识的日益提高，追求与自然协调发展已成为国际社会的共同。在环境污染，交通拥挤的现在，人类只能依靠科技的发展，利用电子装备微型化和电子控制技术及智能化技术，实现能源的低消耗和驾驶人员人身的安全化、舒适化。目前，虽然电动飞行器这一项目在国内尚属空白，但是中国是世界上最大的潜在消费市场，只要充分利用我国的这一天时地利的优势，创造出符合我国人民需求的电动飞行器产品，走民族品牌化的道路，就能在世界各跨国公司的竞争中立于不败之地。我们设计的6纯电动飞行器正是定位于 50 万到 60 万人民币之间的中层阶级消费水平，它是根据美国空中飞行汽车进行改装设计而成，类似于空中飞行汽车的外形构架，主要面向城市里面 30-40 岁左右的购买人群，相信电动飞行器在中国这个巨大的市场上一定会有可观的消费前景。7第 2 章 电动飞行器的初步设计根据日益成熟的蓄电池、传感器、计算机技术等先进制造技术，参照电动汽车的工作原理和美国空中飞行汽车的设计理念，初步设想在改进电动汽车操控装置基础上，给电动汽车加上螺旋桨等装置，从而实现电动飞行器的构想。2.1 电动飞行器技术参数的初步确定（1）质量：2t，不能过重，只得比普通汽车稍重，因为还要考虑起升动力。（2）飞行高度：300m，为了避开高楼，缓解如今日益严重的交通压力。而且如若太高，导致空气稀薄，以免驾驶员受到不必要的伤害。（3）速度：300km/h ，不能太高也不能太低，以保证实用性。（4）承载：两人。（5）飞行距离：300km，续航 1.5 小时。（6）长：4m，宽：2m，高 1.7m。2.2 电动飞行器总布置设计的任务（1）从技术的先进性、生产合理性和使用要求出发，正确选择性能指标、质量和主要尺寸参数，提出总体设计方案，为各部件设计提供总体参数和设计要求。（2）对各部件进行合理布置和运动校核。（3）对