电动飞行器的外部整体设计.doc

1、目录摘要1ABSTRACT2第1章绪论311选题依据及研究意义312问题提出与初步解决3121问题提出3122初步解决413国内外现状4131国外现状4132国内现状514技术支撑515应用前景6第2章电动飞行器初步设计721机械设计的总体设想7211电动飞行器的整体设计7212电动飞行器的整体架构设计7213电动飞行器的动力设计7214电动飞行器的平衡设计8215电动飞行器螺旋桨的设计8216电动飞行器底盘的设计9217电动飞行器操控装置设计9218电动飞行器传动机构的设计10219电动飞行器逃生机构的设计1022电动飞行器的初步参数10第3章电动飞行器整体设计1131飞行器机身设计1131

2、1机身尺寸选定12312机壳工艺1332飞行器机翼设计14321前翼设计14322尾翼设计1733飞行器风挡设计20331风压计算20332风挡校核20333风挡选材2234飞行器轮胎设计22341轮胎选型22342轮胎尺寸选定23第4章总装配图24第5章结论26参考文献27附录29致谢31新乡学院本科毕业设计1摘要随着城市交通问题的凸现和科技的发展，能跑会飞的新型交通工具会是一种新发展，把燃油飞机和电动汽车融为一体的电动飞行器既是很好的绿色交通工具。通过对电动飞行器进行初步分析后，本设计主要是针对电动飞行器的外部进行整体设计，结合空气动力学，设计空气阻力较小和轻便的机身、机翼等，同时运用直升

3、机原理、电动汽车理论及新能源相关知识，设计可双人乘坐的电动飞行器。关键词绿色交通工具；电动飞行器；空气动力学新乡学院本科毕业设计2ABSTRACTWITHTHEPROTRUDINGOFURBANTRAFFICPROBLEMSANDTHEDEVELOPMENTOFSCIENCEANDTECHNOLOGY,CANRUNTHEFLYINGNEWTRAFFICTOOLSISAKINDOFNEWDEVELOPMENT,COMBINEDWITHJETFUELANDELECTRICCARS,ELECTRICVEHICLEISAVERYGOODGREENTRANSPORTATIONTHROUGHTOTHEEL

4、ECTRICVEHICLEAFTERPRELIMINARYANALYSIS,THISDESIGNISMAINLYONTHEOUTSIDEOFTHEELECTRICVEHICLEOVERALLDESIGN,COMBINEDWITHTHEAERODYNAMICS,AIRRESISTANCEISSMALLANDLIGHTWEIGHTDESIGNOFTHEFUSELAGE,WING,ETC,ATTHESAMETIMEBYUSINGTHEPRINCIPLEOFTHEHELICOPTER,THEORYOFELECTRICVEHICLESANDNEWENERGYRELATEDKNOWLEDGE,THEDES

5、IGNCANBEDOUBLETORIDEELECTRICVEHICLESKEYWORDSGREENMEANSOFTRANSPORT；ELECTRICVEHICLE；AERODYNAMIC新乡学院本科毕业设计3第1章绪论11选题依据及研究意义中国目前已发展为世界第二大经济体，国际地位日益提高，人民的生活也会越来越好，经济收入也会越来越高，走出户外，追求健康生活的欲望也越来越高，近些年来的旅游发展就是最好的体现；国家实行的大小节假日，实际上就是在积极鼓励旅游产业的发展，旅游行业的发展已经成为拉动国家经济内需发展的一个主要产业。国家旅游产业的兴旺发展，不仅吸引了大量国内游客，而且也带动了国外游客的中

6、国旅游，各大名胜高峰期游客大量拥挤。导致事故增加，严重影响游客心情；为此国家近年来积极发展近郊旅游，以旅游发展促进当地经济发展。工业化的流水线生产方式也大大降低了汽车的生产成本，使得地面上的私人汽车数量急剧上升，虽然国家道路交通也在大力发展，但是人就满足不了日益严重的交通拥挤与堵塞问题，而且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，就是最好的表现。12问题提出与初步解决社会高速发展的同时人们消费水平也提升了，近郊出行大都自驾私人轿车，然而随着轿车量的大增，交通等凸显出很多的问题。121问题提出（1）污染方面汽车尾气大量排放的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、烟尘微粒、臭

7、气等，破坏了人体机能，加剧了温室效应，造成酸雨等危害农作物；同时成千上万辆汽车的发动机轰鸣声和喇叭的尖叫声都搅乱了人们宁静的生活环境,使人们烦躁不安,精神受到严重刺激。（2）能源方面石油、天然气、煤炭等传统能源，为不可再生资源，而水能、光能等却是可再生资源，同时汽车发动机采用的复杂机械传动，必然造成大量的机械能损耗，降低效率。（3）交通方面每天上下班的车流高峰期总令人们烦躁不安，车祸横出，缓解身心的节假日观景旅游也成了观看人海，拥堵不堪。新乡学院本科毕业设计4122初步解决（1）污染和能源问题风能、光能、水能、地热能等可再生资源在蓄电池的应用，不仅能实现可持续发展，而且从最环保的角度减少了污染

8、排放，因此应向电动型交通工具发展。（2）拥堵问题为了更好的进行交通管理，缓解拥堵问题，交通发展可以面向空中，发展空中走廊，设计制造飞行器。13国内外现状目前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。131国外现状随着航空领域的探索，人们就幻想把飞机和汽车结合起来，探索出一种既能飞又能跑的汽车，也研制出了多种多样的飞行汽车。据近日车讯网报道，美国TERRAFUGIA公司首次发布了可实现空中飞行的TFX概念车，如图11所示，这款车具备自动起飞和着陆系统，不仅可以在陆地行驶，还可实现空中飞行。据悉，这款车的研发时间还需要812年。TFX概念车搭载的是一套混合动力系统

9、，该系统由一台最大功率305马力的发动机和两台最大总功率为608马力的电动机组成。在飞行模式下，该车可以达到322KM/H的时速，续航里程超过805KM。目前国外在飞行汽车上的发展已经取得不同的进展，但依然有很多问题存在。图11TFX概念飞车新乡学院本科毕业设计5132国内现状国家着眼长远，超前部署，长期以来积极组织开展电动汽车的自主创新，同时在八六三计划的支持下，组建了“国家高技术新型储能材料工程开发中心”。据2011年我爱发明栏目报道，湖北省在电动汽车动力系统研究上，以双定子磁悬浮复合转子直流电动机、锂电池管理系统、能量回收系统获得国内外专利，同时还还研制出了多元素聚合物电池，并通过国家8

10、63电动汽车重大专项动力电池检测中心的严格检测。多元素聚合物电池，电池容量500AH、电池寿命50万公里、单次充电行驶里程500公里以上，均为国内第一。国家在电动汽车的自主研发领域已经有很大的突破，并在人们生活中逐渐应用。然而目前电动汽车的发展却仅仅应用于路面行驶的需求，这些新能源的科技成果，会为电动飞行器的设计提供更好的环保、高效的动力源。14技术支撑21世纪全球经过先进制造技术的快速发展，制造、电子、信息、计算机、自动化、现代化管理等众多学科技术逐步被深入应用。依据空气动力学和高性能材料等，旋翼直升机、飞机等性能越来越稳定，同时单旋翼、共轴双旋翼直升机越来越多样化和民用化。电动汽车用电池也

11、经过了3代的发展，取得了突破性的进展。第1代是铅酸电池，目前主要是阀控铅酸电池VRLA，由于其比能量较高、价格低和能高倍率放电，因此是目前惟一能大批量生产的电动汽车用电池。第2代是碱性电池，主要有镍镉NJCD、镍氢NIMH、钠硫NA/S、锂离子LIION和锌空气ZN/AIR等多种电池，其比能量和比功率都比铅酸电池高，因此大大提高了电动汽车的动力性能和续驶里程，但其价格却比铅酸电池高。第3代是以燃料电池为主的电池，燃料电池直接将燃料的化学能转变为电能，能量转变效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反应过程，能量转化过程可以连续进行，因此是理想的汽车用电池。计算机辅助软件在本次设计中，可以担负初

12、步设计和制图等工作，把繁琐、非直观的草图，用二维和三维图纸展示出来，同时借助计算机对不同方案进行设计、分析和比较，以决定最优方案。以上现有的科学技术为本次设计提供了最基础的技术支撑，可以结合以上技术支撑，进行理念性设计。新乡学院本科毕业设计615应用前景电动飞行器以绿色能源为动力，实现了可持续发展战略；减少尾气排放和噪音污染，提高了人们生活质量；在路面行驶中，还可实现空中飞行，合理利用空中资源，避免了近郊出行的交通拥堵现象。这是一种可持续发展交通体系，以最少的社会成本实现最大的交通效率和生活质量，是人们的愿望，也是未来交通发展的必然趋势，有着无限的市场应用前景。新乡学院本科毕业设计7第2章电动

13、飞行器初步设计有关电动飞行器的整体部分，参照法拉利599GTB跑车改进后的飞行跑车，如图21所示，在此方案的基础上进行结构设计，车身上装有八个旋翼，和辅助提供升力的前后翼。图21法拉利概念型飞车21机械设计的总体设想按照飞行器设计的总体思路1，电动飞行器的设计主要包括整体及构架部分、原动力、平衡部分、螺旋桨部分、底盘支撑与联接部分、控制系统、传动机构和辅助逃生机构。211电动飞行器的整体设计整体部分主要包括外部各个部件，包括前后翼设计选材、车窗选材及性能验算、车身选材及表面机械处理等。依据飞机空气动力学2，前后翼在飞行器行驶中能提供一定的升力和平衡力；飞行过程中，风速、空气湿度、大气压力等都对

14、整体性能有很大的影响，需要步步深入解决。212电动飞行器的整体架构设计整体架构部分主要为内部各大零部件的合理布置，包括底盘、螺旋桨、电池、座椅、操控装置的安放。按照机械设计，机架应进行设计验算、选材及校核，满足强度、刚度、寿命、结构工艺性、经济性、可靠性等要求。213电动飞行器的动力设计电动飞行器在空中飞行时，为了确保在电池电量不足、电源发生故障等突发情况新乡学院本科毕业设计8下乘坐人员的生命安全，飞行器上应设置主电源和辅助电源。在正常飞行时主电源工作，而在电池电量不足、电源发生故障时可以手动启动辅助电源。依据蓄电池的主要性能参数3，如表21，主要性能指标有容量、能量密度、功率、白放电率、循环

15、使用寿命等。表21各种蓄电池的性能参数根据以上数据显示，可选择锂离子电池，它具有单体额定电压高，比能量和能量密度高和使用寿命长等优点，但由于单体蓄电池的端电压较低，锂电池为25/36V。而电动飞行器系统的工作电压一般都较高300600V，因而必须将多只单体电池串联起来以满足需要。以满足起飞及航驶要求的基本升力，选用质量、容量合理的电瓶，同时为提高原动力效率，选用恰当的电机。214电动飞行器的平衡设计电动飞行器为蓄电池驱动，可省去飞行器飞行时考虑的燃油平衡问题，主要考虑飞行器整体重量，结合升力计算、飞行风向和抗风速因素，结合尾翼提供的平衡性，进行整体校核。215电动飞行器螺旋桨的设计螺旋桨的旋转

16、会产生扭矩，根据螺旋桨设计4，螺旋桨成对设计且旋转方向相反，可抵消相互之间的扭矩力。初步布置为前后对称四旋翼，随着旋转方向的控制，既可以提供升力，又可以提供推力，不仅保证了飞机姿势平衡，还可实现高速前进。考虑到全因素，螺旋桨还应有备用系统，最后确定为前后机盖内各放置四旋翼，轮流进行工作，如图22所示。其中第一组1、2、3、4旋翼单独运行，第二组5、6、7、8旋翼单独运行，第二组为备用旋翼。两组工作状态交替运行时，既提高了安全性又延长新乡学院本科毕业设计9了工作寿命。图22多旋翼工作状态示意图216电动飞行器底盘的设计参照目前电动汽车动力传动系统5，有三种布置方案，第一种为传统内燃机传动系统布置

17、，带有变速器；第二种布置是将离合器和变速器传动系统取消；第三种布置是直接将电动机驱动轮和驱动轴相连接。（1）第一种主要是为了提高电动汽车的起动扭矩及增加低速时电动汽车的后备功率，但装有这种传动系统的电动车主要是由混合动力组成。（2）第二种布置对电动机的要求较高，不仅要求有较高的起动转矩，而且要求较大的后备功率，以保证电动汽车的起车、爬坡、加速超车等动力性能。（3）第三种布置是直接由电机实现变速、差速，它不仅要求电动机性能好，有较高的起动转矩，较大的后备功率，而且对控制系统的要求很高。控制系统不仅要有较高的控制精度，而且具备良好的可靠性，可保证电动汽车安全、平稳的行驶。217电动飞行器操控装置设

18、计操控装置是整个电动飞行器设计的最复杂问题，可以参照飞机、汽车的控制系统，做成一整套系统化的操控装置，考虑飞行器工作性能、操控灵活性和安全因素等，其中最主要的控制部分是逃生控制、调速换挡、转向和升降系统等，依据现有理论基础进行优化设计。新乡学院本科毕业设计10218电动飞行器传动机构的设计传动机构是电动电动飞行器运行性能决定的因素，电动飞行器传动机构应由蓄电池、控制器、电动机、变速器、主减速器等组成。电动飞行器的刹车踏板和停车、倒车、空档、前进、升降、飞行、控制按键的输出信号、控制电动机的旋转，都通过减速器、传动轴、差速器、半轴等机械传动装置驱动车轮运转和螺旋桨旋转。219电动飞行器逃生机构的

19、设计考虑路面行驶中交通的拥堵，汽车事故增多，可在车内加防护。（1）安全带是最有效的防护装置，可以大幅度地降低碰撞事故的受伤率和死亡率，这一点已被国外大量使用实践证明。（2）气囊在汽车正面碰撞时能防止乘员与其前方的物体撞击。气囊平时折叠在转向盘毂内或仪表板内，必要时可在极短时间碰撞开始后003005S内充满气体而呈球形，以填补乘员与室内物体之间的空间,气囊通常采用氮气。（3）头枕是在汽车后部受撞击时限制人的头部向后运动的装置，这样可避免颈椎受伤。考虑空中飞行时，针对航速中等、低空飞行，且排除燃油危险问题，可设计更为合理的飞行器整体降落伞。材料可选用超高分子量聚乙烯纤维，提高和加强降落伞的性能。2

20、2电动飞行器的初步参数依据目前小轿车的重量和蓄电池发展现状，考虑电动飞行器不易太重，同时为了能满足近郊出行的需求，行驶距离和时间可合理选定，能承载两人即可，飞行速度和高度不能太低也不宜过高，保证飞行效率和安全性。（1）质量2T。（2）飞行高度300M。（3）速度300KM/H。（4）承载两人。（5）行驶距离300KM，续航15小时。（6）长4M，宽2M，高17M。新乡学院本科毕业设计11第3章电动飞行器整体设计飞行器的前翼、尾翼和机身等部件的几何外形参数与飞行器的整体设计方案密切相关。一般在飞行器整体设计过程中，选定了飞行器的主要参数以后，下一步就要选择飞行器各主要部件的几何参数和绘制飞行器的

21、外形三面草图。本章主要针对前后翼型、机身表面、飞行器风挡等三个主要部件外形参数的选择进行设计。其余性能要求低的外部零部件主要参照飞机和电动汽车整体外部设计，外部零部件包括后视镜、雨刷等。整体设计将根据空气动力学原理的基本应用展开设计6，其中连续性定理和伯努利定理如下分析（1）连续性定理这是描述流体流速与截面关系的定理。当流体连续不断而稳定地流过一个粗细不等的管子，由于管中任何一部分的流体都不能中断或挤压起来，因此在同一时间内，流进任意切面的流体质量和从另一切面流出的流体质量应该相等。2211VSVS常数（31）式中S管子截面积；V流速。（2）伯努利定理非黏滞不可压缩流体作稳恒流动时，流体中任何

22、点处的压强、单位体积的势能及动能之和是守恒的。伯努利定理的内容是由不可压、理想流体沿流管作定常流动时的伯努利定理知，流动速度增加，流体的静压将减小；反之，流动速度减小，流体的静压将增加。但是流体的静压和动压之和，称为总压始终保持不变。伯努利定理是飞机起飞原理的根据。2222112121VPVP（32）式中P流体静压；V流体速度；流体密度。31飞行器机身设计设计机身时，应遵循以下机身设计要求1）机身的外形流线及横截面积尽可能合理，以减小飞行时的空气阻力；2）螺旋桨布置及尾翼设计合理；3）质量优化，采用高强度钢板制造，达到减重降耗，并实现轻量化的目标。新乡学院本科毕业设计12根据飞行器的飞行速度要

23、求，属于中速飞机之列，所以其机身的外形设计主要是按照内部装载的需要以及安装旋翼、电动机、尾翼的要求进行设计的，当然必须按照空气动力学的要求。311机身尺寸选定参照最新汽车设计实用手册7，考虑机械总布局所弥定的外形尺寸进行大体轮廓设计，常见中小型车尺寸范围如表31。表31常见车型尺寸范围中小型车奥迪A3429217651432广汽本田峰范440016951470BYDF0346016181465大众POLO397016821462斯柯达晶锐399216421500中华骏捷FRV424017551460奇瑞QQ3355014951530雪铁龙震欧394716901503一汽大众4540177514

24、67一汽大众速腾454417601461马自达6467017801435马自达3451517451465马自达5458218721645奔驰GLK452818401691KIA福瑞迪453017751460上海MG6465318271478斯柯达明锐456917691462北京现代悦动454217751490一般中小型乘用车长4M左右；宽度主要影响乘坐空间和灵活性，但是车身太宽会降低在市区行走、停泊的方便性，因此对于轿车来说车宽2M是一个公认的上限；车身高度直接影响重心（操控性）和空间，重心过高会导致主动安全性下降，大部分的室内停车场都有高度限制，一般为18M；在车长被确定后，轴距是影响乘坐空

25、间最重要的因素，同时在行驶性能方面，长轴距能提高直路巡航的稳定性，但转向灵活性下降，因此在稳定性和灵活性之间必须作出取舍，取得适当的平衡；一般轿车的悬长都不能太短，一来轴矩太长会影响灵活性，二来要考虑机械零件的布局车，车长前悬后悬轴距；轮距直接影响汽车的前后宽度比例，考虑空气动力学，一般轿车的前轮距比后轮略大（相差约1050MM），即车身前半部比后半部略宽；离地距高低意味着重心高低，影响操控性，一般轿车的最低离地距为130MM200MM，附合正常道路状况的使用要求。初步绘制电动飞行器，如图31所示。其中图31（A）是电动飞行器主视图，图31（B）是俯视图，其中长43M，宽18M，高135M，轴

26、距23M，前悬08M，后悬新乡学院本科毕业设计1312M，离地距012M。（A）飞行器主视图（B）飞行器侧视图图31电动飞行器整体简图312机壳工艺（1）材料选择材料是影响机械性能和质量的重要因素，对飞行器同样如此。根据现代汽车发展，为了提高飞行器行驶的经济性，减轻飞行器重量，可以使用高强度钢板，进行锻造或者冷压成形，而铝合金做为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替飞行器钢板材料的焊接，结构重量可减轻50以上，因材车身采用超硬铝合金。（2）工艺设计机壳工艺设计是电动飞行器在飞行中所受阻力大小的

27、重要因素，同时为减轻机身新乡学院本科毕业设计14重量，可采用近年流行的“拼焊”技术，就是将不同厚度和不同性能的钢板剪裁后拼焊起来的一种钢板，再将这种拼焊钢板进行冲压加工。采用拼焊钢板可以按照飞行器的不同部位对应于不同的板材，更好地发挥其作用，例如在负荷大的地方采用较厚的高强度钢板，而在其他部位则使用较薄的高强度钢板。拼焊钢板的应用，简化了生产工艺、改善了构件性能和减轻了重量。飞行器构件中采用“拼焊”的部件可有侧面框架、机门内板、机身底板、侧面横档、档风玻璃窗框、中立柱、涵道式螺旋桨等。从而提高飞行器整体空气动气性能。机架、机壳焊接完成后，还要进行喷漆，提高机身防腐蚀性能，增强美观。32飞行器机

28、翼设计机翼对电动飞行器的飞行性能影响极大，与机体的结构和飞行器的总体布置也有关系。因此，需要全面考虑它的参数选择问题，重点是其剖面形状即翼型和其平面形状几何参数的选择。根据飞行器翼面设计8，机翼的剖面叫做翼型，一般翼型的前端圆钝、后端尖锐，上表面拱起、下表面较平，呈鱼侧形。前端点叫做前缘，后端点叫做后缘，两点之间的连线叫做翼弦。当气流迎面流过机翼时，机翼流线分布情况如图32所示。相对飞行的过程中，原来是一股迎面气流，由于机翼的插入，被分成上下两股。通过机翼后，在后缘又重合成一股。由于机翼上表面拱起，是上方的那股气流的通道变窄。根据气流的连续性原理和伯努利定理可以得知，机翼上方的压强比机翼下方的

29、压强小，也就是说，机翼下表面受到向上的压力比机翼上表面受到向下的压力要大，这个压力差就是机翼产生的升力。图32气流从机翼上下方流过的情况321前翼设计翼型及其在机翼上的配置情况，对气动特性影响极大。显然，只有选用良好的翼型并进行正确地配置，才可能保证机翼具有良好的气动特性。一般来讲，翼型都是由专门的研究部门给出，进行机翼设计时，首先就要从翼型新乡学院本科毕业设计15手册等文献资料中查出有关翼型的几何数据和气动参数，并进行对比分析，选出最能满足设计要求的翼型。根据电动飞行器航速中等、低空、车身大小的要求，可参照平直翼进行大概设计，选定后掠角010，根梢比22，不考虑诱导阻力。（1）设计理论计算首

30、先考虑到电动飞行器机身宽度为1800MM，故翼展总长度L初选3600MM。其次考虑到飞行器前盖距离，翼弦宽度C初选300MM。最后考虑翼型的厚度T，由翼型的相对厚度T/C为翼型最大厚度MAXT与弦长C之比，根据低速飞机机翼的相对厚度大致为1218进行计算）（1812CT（33）把MM300C代入式（33）得，MM54361812300TMAXT取40MM。绘制前翼简图，如图33所示。详细图见附录一。图33前翼示意图（2）材料选择为满足机翼结构强度、刚度、损伤容限、耐久性和功能的要求，依据飞机板材的发展，机翼内部的梁是机翼的主要受力件，一般采用超硬铝和钢或钛合金；翼梁与机新乡学院本科毕业设计16

31、身的接头部分采用高强度结构钢；机翼蒙皮因上下翼面的受力情况不同，分别采用抗压性能好的超硬铝及抗拉和疲劳性能好的硬铝，则选7075铝合金。（3）校核主要校核在高速行驶的过程中，驱动系统和旋翼系统提供足够升力和推进力后，机翼能否同时提供一定的升力，使飞行器正常飞行。首先计算四旋翼可提供的的最大升力，根据各因素对升力的影响，则设对于单桨空气密度，重力常数，翼角，翼宽B，叶片数为N，翼最大半径为2R，最小半径为1R，角速度为，升力计算公式为21RR232SINGB6RNL（34）另根据具体给出的电动飞行器的质量为2T，即重力为20000N，电动飞行器达到平衡所需的升力为20000N。螺旋桨的拉力计算公

32、式直径（MM）螺距（MM）桨宽（MM）转速平方（N/S）大气压力（标准大气压力）经验系数（000025）拉力（G），由于升力系数1C与所选旋翼的厚度有关系，而现阶段螺旋桨规格比较严格，不能随便的设计和改造。我们选用的是通用比例的桨，精度较好，除高原地区大气压为1个标准大气压。其中螺距为450MM。按照2T的飞行器总体质量，那么此螺旋桨提供的升力L2000KG，如10050的桨，最大宽度10左右，转速80N/S，假设每片叶片的长300MM，那么单桨所提供的升力为N1728250180801045030023。为了提供起飞的初速度，八个旋翼应同时工作，带飞行稍微稳定后，机翼的设计可以提供部分升力，

33、此时可停用四个旋翼，两组旋翼进行互换运行。则初始八个旋翼提供的升力为N1382417288。固定翼飞机升力公式为12121SCVL（35）其中1L表示升力，表示空气密度，V表示飞行速度，S表示机翼面积，1C表示升力系数。又2M1413003800S，假设在路面行驶速度达到0V时，可提供20000T的升力，则最大速度为新乡学院本科毕业设计17S/M711619211405/6912200000）（）（V其中SVV/M83MAX0，则满足起飞要求。同时，当飞行器在空中飞行时速达到80M/S时，可提供升力为NL4162258821801412912121显然满足飞行升力要求。322尾翼设计根据飞机尾

34、翼气动布局分析9，主要起平衡稳定性作用和操纵功能，初步进行尾翼设计。（1）尾翼选型尾翼有4种布局形式，参数比较如表32，分别是两种V尾、平尾双垂尾、平尾单垂尾。而特殊的V字形尾翼，它既可以起垂直尾翼的作用，也可以起水平尾翼的作用，故选择V型尾翼进行设计。早期航空界人士研究V形尾翼，是为了提高螺旋桨驱动的飞机飞行的速度，因为V形尾翼代替普通尾翼时，能以较少的部件总数来减小尾翼之间及尾翼与机身之间的干扰阻力，并具有尾翼加工量小的优点。下面针对飞行器进行V形尾翼布局设计，根据已研究的V形尾翼对飞机的气动布局影响，设计满足电动飞行器气动布局的V型尾翼，并达到设计准则。表32尾翼参数比较参数尾翼形状1V

35、型（040）2V型（050）3U型4型尾翼面积004374005394005895005438尾翼展弦比5716044/37845/337平尾静矩04773041190453805017在气动布局上，V形尾翼设计避开了不对称的下洗流场的影响。V形尾翼替代普通尾翼，起着纵向、航向静稳定的作用。V形尾翼还对全机有较大的贡献，也就是说，采用V形尾翼能很好的提高性能，F117A就成功地应用V形尾翼铺。为了更好的路面行驶要求，在正常行驶中V型尾翼应该具备收起效果，应进行以下初步设计新乡学院本科毕业设计18首先考虑到电动飞行器机身宽度为2000MM，故单翼长度L初选1000MM。其次考虑翼弦，参照汽车尾翼

36、，前翼弦取MM300B0。最后考虑翼型的厚度T，由翼型的相对厚度T/C为翼型最大厚度MAXT与弦长C之比，根据低速飞机机翼的相对厚度大致为1218进行计算。由公式（33）得MM54361812300TMAX）（MAXT初取39MM。根据经验飞行速度中速时，前缘后掠角可取000，后缘后掠角010，由表51选取展弦比715，则平均翼弦MM180M1801BAV。绘制尾翼简图，如图34所示。详细图见附录二。图34尾翼示意图（2）材料选择为满足机翼结构强度、刚度、损伤容限、耐久性和功能的要求，依据飞机板材的发展，机翼内部的梁是机翼的主要受力件，一般采用超硬铝和钢或钛合金；翼梁与机身的接头部分采用高强度

37、结构钢；机翼蒙皮因上下翼面的受力情况不同，分别采用抗压性能好的超硬铝及抗拉和疲劳性能好的硬铝。为了减轻重量，机翼的前后缘常采用玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）或铝蜂窝夹层（芯）结构。这里选用7050铝合金，抗剥落腐蚀性与抗应力腐蚀开裂能力、断裂韧性与抗疲劳性能都强。（3）校核该部分主要确定横航向稳定特性，而飞行器横航向稳定和操纵特性的主要指标之一是在横航向扰动过程中，最大相对滚转角速度XMAX和最大相对偏航角速度YMAX的新乡学院本科毕业设计19比值KIIKYYMM。一般要求K应在03范围内，最佳值为12，飞机特性指标如表33。表33飞行特性指标飞行状态迎角YMMXYII/K上反角巡航5200029

38、0000280413963起飞9000212000316416103飞行时，尾翼为展开状态，在控制平衡的同时，提供了部分升力。尾翼展开状态三维图如图35所示，进行升力分析如下（1）气流尾翼上表面流线变密流管变细（2）下表面平坦流线变化不大与远前方流线相比（3）连续性定理、伯努利定理翼型的上表面流管变细流管截面积（4）减小气流速度增大故压强减小（5）翼型的下表面流管变化不大压强基本不变（6）上下表面产生了压强差总空气动力R向后向上分力向上升力L、向后阻力D。图35展开状态尾翼图路面行驶时，尾翼为折叠状态，正好与展开状态动力分析相反，尾翼折叠状态三维图如图36所示。在电动飞行器高速行驶中，此时尾翼

39、相当于汽车的扰流板，减少了车辆尾部的一定升力，如果车尾的升力比车头的升力大，就容易导致车辆过度转向、新乡学院本科毕业设计20后轮抓地力减少以及高速稳定性变差，根据分析，设计非常合理。图36折叠状态尾翼图33飞行器风挡设计在电动飞行器风挡设计中，由于飞行器需高速行驶和飞行，时速最大到达300米每小时，风挡表面会受很大的风压，如果选材不当会导致风挡玻璃破碎的情况，需先进行风压计算，再进行强度和刚度校核，最后合理选材。331风压计算最大风压计算/1600/WP22MKNV（36）式中WP风压；相对风速（M/S）；则/000430/341600831600WP2222MAXMAXMMKNMKN332风

40、挡校核由于在飞行过程中，风压很大，可能出现碎裂情况，因此有必要进行有机玻璃强度和刚度校核。（1）强度和刚度校核根据飞行器车身限定，设选用风挡短边MM800，长边MM1800B，厚度MM4T，长短边比4401800/800/BA，强度按式（37）进行校核。S221/QA6FT（37）新乡学院本科毕业设计21式中1弯矩系数，根据玻璃结构手册10，玻璃弯度系数如表34，选定100001；Q风荷载的设计值，单位为2/MMN；A玻璃短边的长度，单位为MM；T有机玻璃厚度，单位为MM；F材料设计强度值，航空玻璃设计强度值30SF。2PMM/0006000043014W41QN222/30241348000

41、070100006MMNFS所以强度满足要求。挠度校核按式（39）进行22112RETD（38）DAQFK42（39）式中2挠度系数，根据玻璃结构手册10，玻璃挠度系数如表34，选定101302；E材料弹性模量，有机玻璃的弹性模量）（25MM/10270NE；泊松比，有机玻璃泊松比20QK风载荷的标准值，单位为2/MMN。WPQK注25235MM102302112410270ND）（）（254MM9110231000000430010130F1001AF01000190100091，刚度也满足要求。表34弯矩系数和挠度系数表A/B12A/B120500100000101308000628000

42、60305500934000940085005760005470650080400079609500483000449新乡学院本科毕业设计22333风挡选材电动飞行器风挡是指飞行器驾驶员前面的风挡玻璃等。一般根据航空玻璃进行选材11，而普遍的航空玻璃是由无机硅酸盐玻璃与有机透明材料复合而成，是一种光学结构件。根据各种飞行器的技术要求，它必须具有多种功能。一是作为飞行器的结构件，必须具有足够的强度，以承受飞行器座舱压力、气动载荷、机体结构载荷等；二是作为透明观察窗，必须具有良好的光学性能；三是必须具有使用可靠性和长的使用寿命。此外，飞行器的玻璃，还要求具有防弹、抗鸟撞的安全性以及防冰去霜、隐身等

43、功能，为了更好的具有优异的光学性能、耐热性以及高力学强度，选用有机玻璃。34飞行器轮胎设计轮胎是电动飞行器的重要部件之一，它直接与路面接触，和飞行器悬架共同来缓和飞行器行驶和着陆时所受到的冲击，直接关系到电动飞行器起降安全、行驶平稳性，正确选择轮胎是电动飞行器设计中的重要内容。341轮胎选型根据轮胎结构分析主要分为斜交胎和子午胎，它们各自有如下特点。（1）斜交胎斜交胎的胎体帘线铺层与轮胎对称中心线呈30到60，斜交胎布置如图37所示。斜交轮胎相邻两层胎体帘线交错排列，这种构造能同时承担轮胎的横向载荷与径向载荷。（2）子午胎子午胎的胎体帘线铺层与轮胎对称中心线呈大约90，子午胎布置如图38所示。

44、这种铺层方向与轮胎承受的横向载荷方向相同，从而能使得结构承力性能最优化，达到减少铺层数的目的，该铺层形式不能承担径向载荷，所以径向载荷由带束层承担。带束层是位于胎体铺层和胎面铺层之间，有很强的扭曲和磨损抵抗力，并能给轮胎接触地面的区域提供更均匀的载荷分配，从而提供更好的起降性能。根据子午胎和斜交胎特点分析，可对两种轮胎结构进行优势比较，选择较为合适的轮胎。（1）子午线轮胎铺层数少，重量比斜交轮胎轻。（2）子午线轮胎胎壁柔软，更耐屈挠，胎冠部位变形小能降低生热，使轮胎使用更安全。新乡学院本科毕业设计23（3）子午线轮胎周线刚性大、变形小、胎面平坦、生热低等特点使胎面耐磨从而能够提高寿命。图37斜

45、交轮胎结构图38子午线轮胎结构一般的普通轮胎分为T、Y、P、E、VII型五种轮胎，另外还有H型轮胎，分别对这几种型号轮胎进行比较，不同型号轮胎主要区别在于（1）H型轮胎额定下沉率为35，普通T、Y、P、E、VII型轮胎32；（2）H型轮胎充气压力比T、Y、P、E、VII型轮胎低，对地面漂浮性有帮助。综合以上分析，重量轻、生热低均适宜高速行驶和轻便飞行的需求，初步设计为H型子午线轮胎。342轮胎尺寸选定子午胎的标识为HMNRD其中，H表示型号，M表示轮胎的标称外直径，N表示轮胎的标称断面宽度，D表示轮胎轮辋直径。根据GB/T97462004航空轮胎系列12，选用特殊型号H610235R440，轮

46、胎为橡胶材料，必须确保在40以下和71以上的苛刻条件下，经24H后性能符合规定指标，初步设计简易轮胎，如图39所示。详细图见附录三。图39轮胎示意图新乡学院本科毕业设计24第4章总装配图根据总体设计，对电动飞行器进行整体装配，绘制三维图，建造三维立体模型，进行总体分析，三维建模如图41、42、43、44、45所示。图41三维视图一图42三维视图二图43三维视图三新乡学院本科毕业设计25图44三维视图四图45三维视图五新乡学院本科毕业设计26第5章结论电动飞行器整体设计阶段主要完成如下工作首先依据目前社会需求，电动飞行汽车的国内外发展现状，确定了它的工作原理和实际用途，然后分析电动飞行汽车的机身

47、性能，再选择蓄电池、气动布局、结构形式并画出设计图，最后计算各性能等。通过以上分析计算，在未来研究电动飞行器还应解决如下一些问题（1）旋翼倾转系统的实现细节。（2）旋翼在倾转过程中，旋翼的空气动力与其它正常直升机飞行模式不同，进一步研究如何准确计算旋翼的空气动力，考虑在倾转过程中旋翼、机身的相互影响。（3）涵道式螺旋桨固然安全性好、动力效率高，但结构复杂、自重较大，仍需改进。（4）蓄电池的输出功率有限且占用空间较大，增重总机身重量，大大降低航行速度、高度和行驶时间，应不断开发新能源的实际应用。（5）控制系统相对比较繁琐，不易操作，维护成本较高。克服以上问题的后，电动飞行器会有很好的应用，实现更

48、便捷、环保、易于驾驶的真正未来汽车。新乡学院本科毕业设计27参考文献1余旭东，徐超，郑晓亚飞行器结构设计M北京北京航空航天大学出版，20102马恩春飞机空气动力学M北京高等教育出版社，19993桂长清实用蓄电池手册（第一版）M北京机械工业出版社，20114张呈林，郭才根直升机总体设计M北京国防工业出版社，200640495唐新蓬汽车总体设计M北京高等教育出版社，20106王保国空气动力学基础M北京国防工业出版社，20097林秉华最新汽车设计实用手册M黑龙江黑龙江人民出版社，20058王志瑾，姚卫星飞机结构设计M北京国防工业出版社，20079孔繁美，邱栋V形尾翼的气动特性研究J北京北京航空航天大

49、学学报，200110史蒂西玻璃结构手册M大连大连理工大学出版社，201111贾建东，李志强，杨建林飞机风挡性能分析J南京南京航空航天大学航空宇航学院学报，200612段云龙GB/T97462004航空轮胎系列M北京中国标准出版社，200213曹义华直升机飞行力学（第二版）M北京京航空航天大学出版，2005265914约翰逊直升机原理M北京航空工业出版社，199115陈哲吴涵道式垂直起降两栖飞行器原理设计与研究J湖南湖南大学出版16蔡德咏，马大为，乐贵高无人机折叠尾翼机构性能分析及改进设计J机械工程学院，201117国军朝理想车身气动造型研究与赛车空气动力学J湖南大学，200718赵长辉，卢黎波，陈立玮飞机的电动力系统技术概述J航空工程进展，2011，2444945819奚海蛟，张晓林基