【正文】 in order to highlight, especially can not keep on to develop energy excesssive make use of, brought environment very great a problem like this, the adoption puts together dynamoelectric car and helicopter knot, is also a dynamoelectric aircraft, will be able to alleviate the traffic jam hug to block up and the energy excessively makes use of of main task of this design is the design of propeller, include propping up of propeller organization, spread motive to reach, design and total pit in the school of Han way.Key words：Dynamoelectric aircraft；Propeller；Spread；Prop up50第1章 緒論 選題依據(jù)及研究意義 2013年，黨的十八大制定了中國未來發(fā)展的藍(lán)圖，中國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展將進(jìn)入一個新的發(fā)展階段。國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動人民生活水平的提高，隨著人民收入的提高，追求健康的品質(zhì)生活也愈演愈烈，近年來的旅游業(yè)的發(fā)展就是最好的體現(xiàn)；國家實(shí)行的大小節(jié)假日，實(shí)際上就是為了發(fā)展旅游經(jīng)濟(jì)，而一個國家旅游行業(yè)的發(fā)展成為拉動國家內(nèi)需的主要產(chǎn)業(yè)之一。導(dǎo)致事故增加，嚴(yán)重影響游客心情。另外我國目前積極實(shí)行城鄉(xiāng)一體化的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，特別是由城市帶動周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的快速增長帶來家庭轎車的大幅度增加，盡管國家道路交通也在大力發(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(jì)的可持續(xù)發(fā)展。面對顯現(xiàn)的問題，提出了初步的解決。二氧化碳的過量排放帶來了嚴(yán)重的溫室效應(yīng)帶來全球表面變熱，海平面的上升給沿海國家?guī)砹藝?yán)重的威脅。嚴(yán)重?fù)p害了社會的健康發(fā)展。同時這種資源的利用率相對于電能來說也普遍的較低。由于從短期看面臨許多不確定因素，長期看石油供需矛盾存在，中東北非局勢不定，能源的短缺嚴(yán)重違背了可持續(xù)發(fā)展這一戰(zhàn)略目標(biāo)。綜上考慮，將電動汽車與直升飛機(jī)結(jié)合起來提出了電動飛行器這一概念。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀新型近距離交通工具的開發(fā)和研究，國內(nèi)國外都有很多的形式，但都不是太近如人意。美國專利號為2,573,271–1951的設(shè)計(jì)由Adolph ，他設(shè)計(jì)了名為 Roadable aircraft 的汽車飛機(jī)，但是沒有制造出實(shí)物。 國內(nèi)現(xiàn)狀國內(nèi)基本沒有涉及汽車飛機(jī)的資料，通過查閱，發(fā)現(xiàn)南京航空航天大學(xué)一篇 2007 屆本科生畢業(yè)論文對汽車飛機(jī)模型做了部分探究，但是常規(guī)的布局讓其看起來更像是一架飛機(jī)，而且主翼沒有設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 技術(shù)支撐電動汽車加上直升機(jī)螺旋槳對電動飛行器的整體設(shè)計(jì)提供了可能。電動汽車在中國已初步成型。電能能源的問題解決在于單位容量的儲能問題。 市場前景從能源與環(huán)保的角度來說，電動飛行器已被世界汽車業(yè)公以為“未來汽車”。而此電動飛行器的設(shè)計(jì)主要是針對中高層收入家庭，發(fā)展方向也主要集中在中高層階段，由于考慮到能耗問題以及技術(shù)的問題其價格在100萬左右。在地面上行駛時，這些風(fēng)扇為汽車提供穩(wěn)定但并不是太強(qiáng)的推動力。目前這款汽車還處于初期的設(shè)計(jì)階段，但實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵呀?jīng)證實(shí)了法拉利這種奇妙的想法是確實(shí)可行的。如圖21 法拉利電動飛行器模型 電動飛行器的工作原理電動飛行器的是由8個獨(dú)立的電機(jī)來驅(qū)動。沿著任意給定方向的獨(dú)立運(yùn)動，飛行器如果沒有給予足夠多的運(yùn)動驅(qū)動。必然存在旋轉(zhuǎn)力矩與平移系統(tǒng)的耦合。同時增加或者減小四個螺旋槳的速度可以產(chǎn)生垂直運(yùn)動。同理，俯仰運(yùn)動和相應(yīng)的側(cè)向運(yùn)動來自于另外的相對的螺旋槳速度的相反改變，偏航運(yùn)動則更加復(fù)雜，因?yàn)樗鼇碜杂诿繉β菪龢戳氐牟町悺Ｍ碜笥疫\(yùn)動的轉(zhuǎn)換時通過左右螺旋槳的推力來改變的。表21 常見車型尺寸范圍中小型車奧迪A34292*1765*1432廣汽本田 峰范4400*1695*1470BYD F03460*1618*1465大眾 POLO 3970*1682*1462斯柯達(dá) 晶銳3992*1642*1500中華 駿捷FRV4240*1755*1460奇瑞33550*1495*1530雪鐵龍 震歐3947*1690*1503一汽大眾 4540*1775*1467一汽大眾 速騰4544*1760*1461馬自達(dá)64670*1780*1435馬自達(dá)34515*1745*1465馬自達(dá)5 4582*1872*1645奔馳GLK4528*1840*1691KIA 福瑞迪4530*1775*1460上海MG64653*1827*1478斯柯達(dá) 明銳4569*1769*1462北京現(xiàn)代 悅動4542*1775*1490 一般中小型乘用車長4m左右；寬度主要影響乘坐空間和靈活性，但是車身太寬會降低在市區(qū)行走、停泊的方便性，因此對于轎車來說車寬2m是一個公認(rèn)的上限；車身高度直接影響重心（操控性）和空間，重心過高會導(dǎo)致主動安全性下降，大部分的室內(nèi)停車場都有高度限制，；在車長被確定后，軸距是影響乘坐空間最重要的因素，同時在行駛性能方面，長軸距能提高直路巡航的穩(wěn)定性，但轉(zhuǎn)向靈活性下降，因此在穩(wěn)定性和靈活性之間必須作出取舍，取得適當(dāng)?shù)钠胶?；一般轎車的懸長都不能太短，一來軸矩太長會影響靈活性，二來要考慮機(jī)械零件的布局車，車長=前懸+后懸+軸距；輪距直接影響汽車的前后寬度比例，考慮空氣動力學(xué)，一般轎車的前輪距比后輪略大（相差約1050mm），即車身前半部比后半部略寬；離地距高低意味著重心高低，影響操控性，一般轎車的最低離地距為130mm200mm，附合正常道路狀況的使用要求。而且如若太高，導(dǎo)致空氣稀薄，以免駕駛員受到不必要的傷害；速度：≤300km/h ，不能太高也不能太低，以保證實(shí)用性；承載：≤2人；行駛距離：300km。并對設(shè)計(jì)做出最后的校核。具體位置如圖31所示。而旋翼系統(tǒng)與電機(jī)、傳動系統(tǒng)位置的確定：主要根據(jù)主加速器形式和自動傾斜器結(jié)構(gòu)及工作工作行程確定發(fā)動機(jī)軸線與旋翼軸的相互關(guān)系，即確定交點(diǎn)位置和發(fā)動機(jī)軸線與旋翼主軸的夾角。 每秒種內(nèi)螺旋槳對飛機(jī)所作功的多少，主要是螺旋槳有效功率(可用功率)，用N槳來表示。由于，所以： (31) =（W）其中ω是由電動機(jī)的功率所決定的 （2）螺旋槳旋轉(zhuǎn)需用功率和功率系數(shù)為了各槳葉的旋轉(zhuǎn)阻力，使螺旋槳按預(yù)定轉(zhuǎn)速作等速轉(zhuǎn)動，螺旋槳轉(zhuǎn)動所必需的發(fā)動機(jī)有效功率，稱為螺旋槳旋轉(zhuǎn)需用功率，用N槳需表示?？諝饷芏龋ㄇЭ?米），n螺旋槳轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/秒)，D螺旋槳直徑(米) （3）螺旋槳效率 螺旋槳是由發(fā)動機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)的，螺旋槳的作用是把發(fā)動機(jī)軸旋轉(zhuǎn)的功率(即發(fā)動機(jī)有效功率)，轉(zhuǎn)變成為拉飛機(jī)前進(jìn)的功率(即螺旋槳有效功率)。這是因?yàn)槁菪龢诠ぷ鲿r，要向后推動空氣和扭轉(zhuǎn)空氣，使槳葉產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)阻力。螺旋槳有效功率與發(fā)動機(jī)有效功率之比，叫螺旋槳效率，用η表示。固螺旋槳效率等于： === (34) ，所以蓄電池作為電能的輸入時值得去考慮的。此外，還有槳尖罩、后緣調(diào)整片、前緣包片、平衡配重等。槳葉的構(gòu)型主要根據(jù)槳葉材料與大梁的形狀以及接頭形式來區(qū)分，進(jìn)行槳葉構(gòu)型設(shè)計(jì)時，要考慮國內(nèi)槳葉研制的基礎(chǔ)和行業(yè)的技術(shù)積累，合理選擇槳葉的。根據(jù)大梁的形狀和成形工藝不同，可分為空心擠壓梁槳葉，c形擠壓梁槳葉，管梁槳葉和多閉腔組合梁槳葉。鋼的強(qiáng)度高，模量、沖擊韌性比較好，但比強(qiáng)度、比模量與鋁合金不相上下。（a）（b）（c）（d） （a）舊式槳葉 （b）普通槳葉 （c）矩形槳葉 （d）馬刀型槳葉 圖32 螺旋槳葉的平面形狀為了增大拉力和提高螺旋槳效率，槳葉的平面形狀逐漸改善是中間寬現(xiàn)在使用較多的螺旋槳兩頭窄其槳葉平形狀，高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，其槳葉有矩形或馬刀形槳葉的切面形狀與翼型相似，前槳面的彎曲度較大，后槳面的彎曲度較小，相當(dāng)于機(jī)翼的上表面和下表面，槳葉的切面形狀又稱葉型。 螺旋槳傾角的設(shè)計(jì) 槳葉切面的相對氣流方向與槳旋方向之間的夾角，成為槳葉角，用表示，槳葉迎角也就是槳葉切面合速度與槳旋方向之間的夾角如圖33所示，槳葉迎角是隨槳葉角、飛行速度和切向速度改變而變化的。圖33 螺旋槳的直徑旋轉(zhuǎn)面和將頁面 （1）槳葉迎角隨槳葉角的變化當(dāng)槳葉速度和飛行速度都一定時，槳葉角增大，槳葉迎角也隨之增大，槳葉角減小，槳葉迎角也隨之減小。圖34 槳葉迎角隨槳葉角的變化 （2）槳葉迎角隨飛行速度的變化在槳葉角和切向速度都不變的情況下，因前進(jìn)比（）隨之變大即合速度方向越偏離旋轉(zhuǎn)面，固槳葉迎角減小，當(dāng)飛行速度增加到某一個數(shù)值時槳葉迎角減小到零，若飛行速度繼續(xù)增大，例如飛機(jī)在俯沖時，槳葉迎角繼續(xù)增大，當(dāng)飛行速度為零，槳葉迎角就增大到等于槳葉角。圖35 槳葉迎角隨飛行速度的變化 （3）槳葉迎角隨切向速度的變化在槳葉角和飛行速度不變的情況下，如果轉(zhuǎn)速增加則切向速度（n=2π）增大，前進(jìn)比減小，即合速度的方向靠近旋轉(zhuǎn)面，固槳葉迎角增大，同理，轉(zhuǎn)速減小，槳葉迎角也隨之減小。圖36 槳葉迎角隨切向速度的變化 （4）槳的葉剖面傾角和來流角槳葉的葉剖面傾角由無變形槳葉的剖面傾角，槳葉扭轉(zhuǎn)變形和操縱線系變形引起的傾角改變?nèi)糠纸M成而無變形槳葉的剖面傾角e,包括槳距操縱量揮舞調(diào)節(jié)和彈性扭轉(zhuǎn)變形量，因此 ： (35) 葉剖面上的來流角取決于相對氣流速度的大小和方向，相對氣流速度包括垂直于旋轉(zhuǎn)平面的相對氣流速度和平行于旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的相對氣流速度，它們兩者又分別由來白旋翼的旋轉(zhuǎn)速度、時示器的時示速度、槳葉的誘導(dǎo)速度、槳葉的揮舞運(yùn)動和彎曲變形等運(yùn)動引起的各個分量組成。翼型的迎角等于安裝角與來流角的差值：，這樣就可以得到非定常狀態(tài)下的迎角。由于常用旋翼的槳葉剖面安裝角多呈線性變化，因而引入槳葉一個“扭度”的概念：，即葉尖安裝角與葉角之差，通常于是，任意半徑處槳葉剖面的安裝角為： (36) （1）螺旋槳在旋轉(zhuǎn)中，槳葉與空氣發(fā)生相對運(yùn)動，空氣流過槳葉的前槳面，就象流過機(jī)翼上表面一樣，流管變細(xì)，流速加快，壓強(qiáng)降低。流進(jìn)槳葉前緣，氣流受到阻擋，流速減漫，壓強(qiáng)提高。這樣，在槳葉的前后表面和前后緣均形成壓強(qiáng)差。槳葉的空氣動力對螺旋槳的運(yùn)動起著兩個作用：一是拉著螺旋槳和飛機(jī)前進(jìn)；二是阻礙螺旋槳旋轉(zhuǎn)。至于各槳葉的旋轉(zhuǎn)阻力(Q1和Q2)，由于它們與槳軸都有一段距離，其方向又都與該槳葉的切向速度的方向相反，所以形成阻礙螺旋槳旋轉(zhuǎn)的力矩，此力矩稱為旋轉(zhuǎn)阻力力矩。若發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)軸發(fā)出的力矩大于旋轉(zhuǎn)阻力力矩，螺旋槳的轉(zhuǎn)速就會增大；反之，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)軸發(fā)出的力矩小于旋轉(zhuǎn)阻力力矩，則螺旋槳的轉(zhuǎn)速就會降低。拉力與旋轉(zhuǎn)阻力的產(chǎn)生。圖37 拉力與旋轉(zhuǎn)阻力的產(chǎn)生 螺旋槳的拉力公式： (37) 螺旋槳拉力系數(shù)，表示槳葉數(shù)目，槳葉形狀、槳葉迎角、槳槳葉合速度方向和表面質(zhì)量等因素對拉力的影響；一一空氣密度(千克/米)；n一一螺旋槳轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/秒)；D一一螺旋槳直徑(米)。在油門位置保持不變的條件下，飛行速度增大，合速度的方向更加偏離旋轉(zhuǎn)面。而合速度大小的變化不多，則槳葉空氣動力的大小基本不變。這即旋凳阻14葉的空氣動力也隨就可以保持轉(zhuǎn)速也就可以保持不變。槳葉的空氣動力減小了，拉力自然隨之減小。圖39 拉力隨飛行速度的變化 從圖39