【正文】 大力發(fā)展，但是仍就滿足不了日益嚴(yán)重的交通擁擠與堵塞問題，尤其是高峰期特別是大小節(jié)假日的擁擠與堵塞，已嚴(yán)重影響了經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。面對這樣的問題，采用將電動汽車與直升飛機結(jié)合起來，也就是電動飛行器，將可以緩解交通阻塞擁堵以及能源過度利用的不足。國家旅游產(chǎn)業(yè)的興旺發(fā)展，不僅帶來了國內(nèi)游客的增加，而且也吸引了許多國外游客的中國之旅，然而光鮮的背后總存在著的許多問題，在高峰期各大旅游勝地相當(dāng)擁堵。同時大量的汽車帶來的噪聲污染也相當(dāng)嚴(yán)重，給人們帶來了許多心理上的壓力和精神上的疾病。該題目的優(yōu)點在于可持續(xù)性發(fā)展，蓄電池作為能量的來源污染較少，人既可以在路上行駛也可以在低空飛行，無實物阻礙，行程短，工作效率高，能源利用率也高。由于現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，機械領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)展。 第2章 電動飛行器的初步設(shè)計 電動飛行器的總體設(shè)想本設(shè)計主要是在電動汽車的基礎(chǔ)上，去掉發(fā)動機改由電動機并加裝螺旋槳，根據(jù)文獻資料，國外一款法拉利飛行跑車如圖21所示與本設(shè)計相似，這種飛行汽車是在價值大約20萬英磅的法拉利599GTB跑車設(shè)計方案的基礎(chǔ)上改進而成，車身上裝有8個“風(fēng)扇”。而且前罩4個與后罩4個螺旋槳形成互補關(guān)系，那么該飛行器就是欠驅(qū)動的，因此為了實現(xiàn)全部的運動控制目標(biāo)。如圖22 8個螺旋槳的工作過程示意圖 電動飛行器的初步設(shè)計參數(shù)參照汽車設(shè)計師考慮機械布局所彌定的外形尺寸進行大體輪廓設(shè)計，為根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)的各主要級別（主要乘用車）的常見尺寸范圍如表21。如圖31 螺旋槳安裝位置 根據(jù)螺旋槳安裝在飛行器基體內(nèi)，所以在構(gòu)型設(shè)計時就無需考慮旋翼與車身的距離。但是，螺旋槳并不能把發(fā)動機軸旋轉(zhuǎn)的功率百分之百地轉(zhuǎn)變成拉飛機前進的功率。 螺旋槳槳葉的構(gòu)型分析槳葉的主要結(jié)構(gòu)有大梁、蒙皮、后段件和接頭。槳葉的形狀如圖32所示。如圖35所示。其合速度為：，對于非定常狀態(tài)來流角。這種壓強和氣流作用于槳葉上的摩擦力綜合在一起，就構(gòu)成了槳葉的氣動力(R)。如圖37所示。但是。按照2t即2000kg的飛行器總體重量，那么此螺旋槳提供的升力L≥2000kg。對于矩形槳葉，寬度洽徑向不變。對比總體分配的槳葉質(zhì)量，分析槳葉質(zhì)量的合理性。 ②材料的比強度、比剛度要高。 ⑩注意兒種材料問固化溫度要求，具有良好的相融性。如果從加強槳葉的韌性、制造容差的損傷容限方面考慮，應(yīng)選擇玻璃類材料。欽合金的耐磨性較好，適用于槳葉中段和內(nèi)側(cè)使用。為計算方便，引入變量 (49) 涵道表現(xiàn)軸向斜率可寫成： (410) 式中號和+號對應(yīng)于外側(cè)表面，一號對應(yīng)于內(nèi)側(cè)表面，在下面的敘述中，往往在圓柱坐標(biāo)系（，）中進行分析，令，即長徑比。這種安裝支架的設(shè)計特點是:結(jié)構(gòu)形式簡單合理、性能安全可靠、維修和使用成本低。桿體采用薄壁鋼質(zhì)管材拉制而成，接頭由相應(yīng)鋼質(zhì)材料機械加工而成。桿體通常采用薄壁鋼管材料：一是可以減輕重量，二是可以選擇較大直徑，增加桿體的剛度。減撐桿的表面普遍采用漆層防護:即在主減撐桿的金屬表面涂上底漆和面漆，以達到長期防護的作用。綜合考慮應(yīng)選用圓錐齒輪傳動較好。 ③ 各級傳動中的大齒輪浸入油中的深度大致相同，從而使?jié)櫥鼮榉奖恪? （1）各軸的轉(zhuǎn)速電動機的動力動力輸出軸為0軸，第一個傳動軸為Ⅰ軸，第二個傳動軸為Ⅱ軸，輸出軸為Ⅲ軸，所以各軸的轉(zhuǎn)速為 (54) Ⅱ= (55) nⅢ=nⅡ/=1130/=697r/min (56) （2）各軸的功率電動機的輸出功率為，由于傳動時要有功率損失，也就考慮傳動時效率的問題 (57) 式中為從電動機至輸出軸之間的各傳動機構(gòu)和軸承效率，滾動軸承=；圓柱齒輪傳動；彈性聯(lián)軸器所以各軸的功率如下： （3）各軸的轉(zhuǎn)矩 （1）圓錐齒輪計算齒輪采用45號鋼，調(diào)制處理后齒面硬度180～190HBS，齒輪精度等級為7級。c 材料選擇：，滲碳淬火，查表的硬度為。選取軸的材料為45，滲碳處理。④參照，取軸端倒角為，各軸肩出的圓角半徑為R1。先將計算出截面B處的、。③ 截面Ⅲ右側(cè)抗彎截面系數(shù) (562) 抗扭截面系數(shù) (563) 截面Ⅳ左側(cè)的彎矩M為截面Ⅱ上的扭矩截面上的彎曲應(yīng)力 (564) 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 (565) 過盈配合處的值，由圖表用差值法求出，并取，得，軸按磨削加工，由相關(guān)圖表查得表面質(zhì)量系數(shù)為，軸的表面滲碳淬火處理，取，則相關(guān)公式查得縫合系數(shù)值 (566) (567) 于是，計算安全系數(shù)值，按相關(guān)公式則得： (568) (569) (570) 以上安全系數(shù)值表明軸的疲勞強度符合安全要求。根據(jù)，選6205型軸承，查得：，求當(dāng)量載荷P：差表136得， (571) 驗算6205軸承的壽命 (572) 所以6205型滿足要求。首先，我要感謝我的學(xué)校對我的培養(yǎng)和教育，感謝學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)、老師對我做出的犧牲和指導(dǎo)。其次我要感覺我的導(dǎo)師楊老師，感謝老師的監(jiān)督與指導(dǎo)，更要感謝老師的包容與諒解。根據(jù),選6208型軸承，查得：，求當(dāng)量載荷P差表136得。當(dāng)量摩擦系數(shù)較小，在高轉(zhuǎn)速時，可用來承受純軸向載荷。根據(jù)及上表52中的數(shù)值，并取，軸的計算應(yīng)力 (549) 前已選定軸的材料為，滲碳淬火處理，由查得，因此，故軸的強度達到了安全要求。在確定軸承的支點位置時，應(yīng)從手冊中查取值。 （7）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計擬定方案，根據(jù)要求確定軸的各段直徑和長度如圖52所示。④ 設(shè)計計算根據(jù)式539得對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù)，并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=5，按接觸強度算得的分度圓直徑，算出小齒輪數(shù) (539)大齒輪數(shù)，取這樣設(shè)計出的齒輪傳動即滿足齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。取，參考機械零件的齒輪計算：① 設(shè)計準(zhǔn)則按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，在按齒根彎曲疲勞強度校核。如設(shè)計2級齒輪傳動減速時，若傳動比分配不當(dāng)，可能會導(dǎo)致中間軸大齒輪與低速軸發(fā)生干涉。實驗證明，當(dāng)時，根據(jù)電動飛行器總重為2t的設(shè)計，小組整體設(shè)計需要轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/分的電機作為驅(qū)動。鋼管內(nèi)表面焊接后再涂以防銹油，鋼管外表面涂底漆和面漆，這樣的表面處理已在使用中被證實效果頗佳。此外，對鋼管的外徑、最小允許壁厚及管材的直線度、圓度、壁厚的均勻性等兒何尺寸要求，還應(yīng)加以嚴(yán)格控制。根據(jù)國內(nèi)多種型號直升機及國外相近重量噸級直升機的成功設(shè)計經(jīng)驗，可考慮采用一種低碳合金鋼，其牌號為其機械性能見《中國航空材料手冊》第1冊。此支撐機構(gòu)通過8根支撐桿來支撐減速裝置。整個涵道的推力為： (412) 則涵道的理想推力系數(shù)為： (413) 從上式可以看出沒有螺旋槳，則涵道就沒有推力。不銹鋼是使用比較多的前緣保護材料之一。蒙皮鋪層設(shè)計的一般原則： （1）結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量采用對稱鋪層，避免固化后由于禍合引起的結(jié)構(gòu)翹曲； （2）鋪層的纖維軸線應(yīng)盡量與內(nèi)力拉壓方向一致，剪切強度和扭轉(zhuǎn)剛度主要由鋪層提供； （3）蒙皮連接宜采用搭接的方式，一般搭接寬度要在10mm以上； （4）槳葉外層蒙皮宜采用玻璃纖維織物，其抗損傷的敏感性好。綜合分析并結(jié)合螺旋槳主要構(gòu)件常用材料表可得旋翼材料為：變距搖臂螺栓、限動器連接螺栓、頂蓋連接螺栓、鉸接式槳毅(如直8)的上卜星板及軸向鉸車由頸和車由套應(yīng)選取30CrNi4MoA，槳葉大梁主要選LD2CS，接頭選取LD7CS。 ④耐環(huán)境特性好。因此旋翼槳葉不能設(shè)計得過輕，從旋翼的自轉(zhuǎn)性能要求出發(fā)，旋翼最小轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)滿足以下條件：,其中為旋翼轉(zhuǎn)動慣量，為發(fā)動機停車時的旋翼轉(zhuǎn)速，為直升機重量，A自傳因子。圖310 矩形平面形狀的槳葉 （3）旋翼實度各片槳葉實占面積與整個槳盤面積之比，叫做旋抖實度，則 (311) 這是因為，根據(jù)統(tǒng)計經(jīng)驗，在槳葉上處剖面的寬度認接近于槳葉寬度的平均值,旋葉槳片數(shù)目一般為2~7片，輕型直升機大都有2~4片，而重型機達5~~。那么L所提供的升力為:=四支則提供：==2t初步完成設(shè)計螺旋槳的要求。拉力隨飛行速度變化規(guī)律如圖39所示。 （2）影響螺旋槳拉力和旋轉(zhuǎn)阻力力矩的因素從拉力公式可以看出，影響拉力的因素有空氣密度，螺旋槳轉(zhuǎn)速，螺旋槳直徑，拉力系數(shù)，而拉力系數(shù)又取決于螺旋槳葉的數(shù)目，槳葉的切面形狀、平面形狀、表面質(zhì)量、槳葉迎角和槳葉合速度的方向等因素。因此，可將槳葉的空氣動力(R)分解為兩個分力一是與槳軸平行，拉著螺旋槳和飛機前進的拉力(P)；二是與槳軸垂直，阻礙螺旋槳旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)阻力(Q) ，由于螺旋槳葉的拉力(p1和p2)，其方向都相同，所以可將各個槳葉的拉力合成一個總的力，就是整個螺旋槳的拉力。 （5）槳葉安裝角的選取(翼型)的安裝角的定義是：典型弦線相對于構(gòu)造旋轉(zhuǎn)平面之傾角，這個角變在直升機空氣動力學(xué)中具有特別重要的意義，一般來說，角是沿徑向而變化的。如圖36所示。結(jié)合所設(shè)計的電動飛行器綜合分析，選取馬刀行槳葉。槳葉構(gòu)型由早期的木質(zhì)槳葉、混合式結(jié)構(gòu)槳葉，向金屬槳葉、金屬和復(fù)合材料混雜結(jié)構(gòu)槳葉和全復(fù)合材料槳葉發(fā)展，目前先進的直升機大多采用復(fù)合材料槳葉。對于高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，還可能要克服高速轉(zhuǎn)動中的波阻等，這些都要消耗一部分發(fā)動機功率，螺旋旋槳拉飛機前進的有效功率，總是比發(fā)動機有效功率要小。 螺旋槳槳葉的設(shè)計 （1）螺旋槳的螺旋槳拉力拉著飛機前進，對飛機作功。初步繪制電動飛行器長4m，寬2m，；質(zhì)量：2t，不能過重，只得比普通汽車稍重；飛行高度：≤300m，為了避開高樓，緩解如今日益嚴(yán)重的交通壓力。給出前后車罩各四個螺旋槳工作時的示意圖如圖22所示，可以看出每兩組螺旋槳以相反的方向旋轉(zhuǎn)，通過改變螺旋槳速度，就可以改變升力并產(chǎn)生各種動作。一旦升入空中，汽車就變得好象直升飛機一樣，可以俯沖，可以向前，還可以左右轉(zhuǎn)動改變方向。領(lǐng)域的發(fā)展為電動飛行器電能的輸入提供了可靠依據(jù)。 國外現(xiàn)狀國外對電動飛行汽車有很多研究，但大都不盡如人意。 （2）現(xiàn)階段95%以上的汽車燃燒的是汽油，隨著汽車數(shù)量的不斷增加，石油的開采也相當(dāng)厲害，能源的浪費與短缺為未來經(jīng)濟的發(fā)展埋下了禍根。因而大力發(fā)展的近郊旅游也逐漸引起了國家的關(guān)注。電動飛行器研究及設(shè)計畢業(yè)論文目 錄摘 要 1ABSTRACT 2第1章 緒論 3 選題依據(jù)及研究意義 3 問題提出與