电动飞行器的架构设计-毕业论文.docx

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1、毕 业 设 计设计题目：电动飞行器的架构设计 姓 名 学 号 院 系 专 业 年 级 指导教师 2013 年 5 月20日目 录摘 要3ABSTRACT3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31.2.1 凸显问题31.2.2 初步解决31.3 国内外研究现状31.3.1 国外现状31.3.2 国内现状31.4 技术支撑31.5 市场前景5第2章 电动飞行器的初步设计72.1 电动飞行器的总体设想72.2电动飞行器的初步设计内容3 2.2.1电动飞行器的主要参数. . . . . .7 2.2.2电动飞行器的其它设计部分. . . . .8第3章 电动飞行器整体

2、架构的设计123.1电动飞行器架构设计要求123.2电动飞行器的外观材料123.2.1电动飞行器框架的材料选择133.2.2电动飞行器的内饰材料选择133.3电动飞行器的空气动力性能133.4电动飞行器车体架构的分析133.5电动飞行器架构承受的载荷143.5.1垂直弯曲载荷143.5.2对称的垂直动载荷143.5.3非水平扭动载荷143.5.4横向弯曲载荷153.5.5其它载荷153.6电动飞行器架构的类型153.7电动飞行器的总体布局163.8电动飞行器的机身功用163.9电动飞行器性能的分析173.9.1制动力匹配计算173.9.2应急制动和驻车制动的分析. . . . . . .173

3、.10电动飞行器的三视图简图20第4章 电动飞行器架构强度和刚度分析234.1电动飞行器车身强度和刚度234.1.1电动飞行器车身强度234.1.2电动飞行器车身刚度234.2电动飞行器车身强度和刚度实验244.2.1电动飞行器架构的静态试验244.2.2电动飞行器架构的动态试验244.3电动飞行器车身刚度的计算与和螺旋桨轴的校核. .254.3.1电动飞行器车身刚度的计算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 4.3.2电动飞行器螺旋桨轴的校核. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26 第5章

4、结 论29参考文献30致 谢31摘 要随着城市里环境建设和规模的发展，人们的生活质量和生活水平都在不断的提高。城市里的交通压力和环境污染日渐严重，人们的出行选择也因众多因素趋于多元化，绿色的出行方式在众多出行方式之中顺应时代而发展，这种理念不仅包含对环境保护的理念，还包括一种健康的生活态度，以及拥有一段通畅的出行过程。而将飞机和电动汽车融为一体的电动飞行器一定有着广阔的前景，基于此背景，我们设计者与指导老师对“情侣号”电动飞行器进行了初步设计分析。根据任务书，本人的主要任务是对电动飞行器的架构装置进行设计，结合空气动力学和材料力学性能，设计空气阻力较小和轻便的机身，同时运用直升机原理、电动汽车

5、理论及新能源相关知识，最终设计出可双人乘坐的电动飞行器。 关 键 词：电动飞行器；逃生装置；直升机原理 ；新能源ABSTRACT With the protruding of urban traffic problems and the development of science and technology, new means of transport will gradually appear, and integrate aircraft and the electric car electric vehicle must have a broad prospect, based o

6、n this background, our designer and guidance teacher to lovers electric vehicle are analyzed in the preliminary design. According to the specification, I for electric vehicle is the main task of the control device design, combination of air dynamics and mechanics of materials performance, air resist

7、ance is small and lightweight body design, at the same time by using the principle of the helicopter, car theory and knowledge of the new energy, finally can double in electric vehicle design.Key words: Electric vehicle; Device design; Principle of the helicopter; The new energy32第1章 绪论1.1 选题依据及研究意义

8、随着国家经济的进一步发展，国家的经济实力会越来越强，人民生活会越来越好， 人民的经济水平也在不断地提高，逐渐步入全面小康社会，社会一片繁荣的景象， 人民越来越注重健康的重要性。近郊户外旅游人们会越来越多；我国总体经济实力已经上升到世界第二，综合国际影响力越来越强，对世界各国的吸引力也来越大，因此国外到我国来旅游的旅客大量增加；国家已经把旅游作为一大产业进行开发管理，更重要的是将旅游产业作为拉动经济内需，提高GDP的战略高度。随着社会的发展人民出行的工具也逐渐体现出重要性，因此交通特别是交通工具显得的越来越重要。从我国近几年的旅游情况来看，特别是节假日的大小长假来看，交通拥堵越来越严重，已经影响

9、到旅游产业的发展。汽车在人们的日常生活中成为越来越重要的交通工具，工业化的流水线生产方式进一步降低了汽车的生产成本，使得地面上的汽车数量急剧上升，然而这也导致了严重的交通拥堵和城市污染等一系列问题。空中的情况却大不一样。在辽阔的天空中，偶尔掠过一架飞机，于是在地面交通不堪重负的情况下，我们把目光转向天空，很明显单单靠航班出行浪费时间而价格也相当昂贵，民航客机航线的单一又满足不了大部分人的出行需要，同时由于飞机制造维护价格高昂、机场跑道建设、适航取证和一些安全因素的影响，私人飞机的发展受到了严重制约，使得空间资源没有得到很好的利用。电动飞行器，即可以像电动汽车一样在陆地上奔跑，又可以像飞机一样在

10、天空中飞行，是既环保又便利的新型交通工具。于是电动飞行器凭借着它独有的优势，逐渐进入人们的眼界并越来越被重视，我们可以借助它实现便捷环保的出行，电动飞行器一些明显的优点如下：(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，速度较快，可以节约宝贵的时间。 (2)与飞机相比，不用按照航班要求时间出行，出发地和目的地的交通工具可以自己解决，可以减少不少麻烦。1.2 问题提出与初步解决近郊旅游以及短距离的一日工作圈的现实状况，人们采用的主要交通工具是小轿车，但是随着社会经济的发展，当前的轿车已经凸显出许多问题。面对显现的问题，提出了初步的解决，需要寻求另一种能在天上给的能在地上跑的交

11、通工具。1.2.1 凸显问题（1）污染问题相当严重，汽车尾气排除的一氧化碳、一氧化氮、二氧化硫等有毒气体严重威胁着人们的健康。二氧化碳的过量排放带来了严重的温室效应带来全球表面变热，海平面的上升给沿海国家带来了严重的威胁。同时大量的汽车带来的噪声污染也相当严重，给人们带来了许多心理上的压力和精神上的疾病。严重损害了社会的健康发展。（2）现阶段95%以上的汽车燃烧的是汽油，随着汽车数量的不断增加，石油的开采也相当厉害，能源的浪费与短缺为未来经济的发展埋下了祸根。同时这种资源的利用率相对于电能来说也普遍的较低。而且国际油价价格波动对能源生产国和消费国都造成严峻挑战。由于从短期看面临许多不确定因素，

12、长期看石油供需矛盾存在，中东北非局势不定，能源的短缺严重违背了可持续发展这一战略目标。1.2.2 初步解决对于空间立体，存在地上、立交、高空，面对交通阻塞问题，我们选择空间立体的中间低空，发展空中走廊，面对能源的浪费和短缺我们采用效率高的电能，蓄电池这一领域在世界上也已基本成熟，单位容量的电能也是相当的可观。综上考虑，我们将电动汽车与直升飞机结合起来提出了电动飞行器这一概念。该题目的优点在于可持续性发展，蓄电池作为能量的来源污染较少，人既可以在路上行驶也可以在低空飞行，无实物阻碍，行程短，工作效率高，能源利用率也高。1.3 国内外研究现状从早期航空探索的年代起，人们就幻想把飞机和汽车结合起来，

13、一直想探索出一种能飞的汽车，也研制出了各式各样的汽车飞机，但是真正能飞起来的并不多见，更不必谈达到飞行性能要求。1.3.1 国外现状国外对电动飞行汽车有许多研究，但大都不尽如人意。美国专利号为#2,573,271 1951 的设计由 Adolph R. Perl 提出，他设计了名为 Roadable aircraft 的汽车飞机，但是没有制造出实物。而且国外飞行器的特点是能够飞行但是能源主要是汽油。1.3.2 国内现状国内也有很多机构和飞机爱好者做了这方面的研究，但是都是出于爱好，没有真正达到投产的地步，都是一些飞机爱好者设计的简易的飞行器，在各方面都不能满足人民的出行要求，和现实需要，所以不

14、可能投入量产。国内的飞行器也有以电池作燃料的，都不符合我们以后的设计理念。相应的图片也是寥寥无几，和国外的飞信器模型也查不了多少。都是处在一个试运行的阶段，没有达到一个高度。而且飞行器的框架强度和刚度都达不到我们需要的要求。我国对于电动飞行器的研究较晚，该项研究目前在我国尚处于起步阶段，系统所涉及的各项关键技术方面还有许多尚未解决的问题。通过国内外的现状进行分析，对电动飞行器的设计也有了初步的概念，对此设计的成功也有相当的把握。1.4 技术支撑电动汽车加上直升机螺旋桨对电动飞行器的整体设计提供了可能。由于现代技术的发展，机械领域得到了飞速的发展。电动汽车在中国已初步成型。蓄电池领域的发展为电动

15、飞行器电能的输入提供了可靠依据。电能能源的问题解决在于单位容量的储能问题。直升机在世界上得到了广发的发展和研究，螺旋桨的技术也相当成熟，为电动汽车安装螺旋桨也成为了可能，为此电动飞行器在理论上是可以完成设计的。1.5 市场前景从能源与环保的角度来说，电动飞行器已被世界汽车业公以为“未来汽车”。但从目前的技术发展水平来看，按现有技术正好可采用蓄电池作能源，即用电动机来直接驱动飞行。从环保的角度来看，所用的燃料是清洁燃料，对大自然也是一种保护。而此电动飞行器的设计主要是针对中高层收入家庭，这种飞行器的研发成功不仅方便了广大人民的出行，也提高啦大家的办事效率，对经济的发展也有很大的提高，电动飞行器的

16、发展方向也集中在中高层阶段，由于考虑到能耗问题以及技术的问题其价格在100万左右，随着经济的发展将会得到越来越多的人民的青睐。 第2章 电动飞行器的初步设计电动飞行器是指采用电动力系统、以电能作为推进能源的飞机。它可以实现低空、低速飞行；高效节能、绿色环保，能够较好的实现零排放或极低排放能量，特别是可在小面积场地垂直起降，省去繁琐的机场规划创建和管理，转化效率比燃料型的飞行器高得多；噪声和振动水平极低，乘坐时候舒适性好（对于军事用途而言隐蔽性好）；结构简单，使用时候维护简单，经济性好；在路上行驶、无人时可以起飞等。2.1 电动飞行器的总体设想通过对国内外类似机械的研究，考虑到此电动飞行器的整体

17、美观以及实现飞行的可能性，本小组参照设计如图2-1所示电动飞行器模型。 图2-1 电动飞行器模型2.2电动飞行器的初步设计内容2.2.1电动飞行器的主要参数（1）质量：2t，不能过重，只得比普通汽车稍重，因为过重会影响其灵活性，挡在飞行时候过重的机身不仅会限制航行的历程，而且会限制器灵活性。（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，过高会是操控更难，过低就不会体现电动飞行器的优势，所以控制速度在300km/h兼顾两者优点。（4）承载：2人，这是考虑飞行器的重量，和

18、其蓄电池的容量而考虑的。（5）行驶距离：300km，续航1.5小时。（6）长：4m, 宽：2m 高1.7m，这是和一般电动汽车的轮廓大致一样，这样不仅容易操作，而且在陆地上行驶的时候也很灵活。2.2.2电动飞行器的其它设计部分 （1）整体设计：设计机身时，应遵循以下机身设计要求：满足机身在上的装载要求；机身的横截面积尽可能地小，以减小飞行时的空气阻力；流线型良好；机身有足够的宽度，可容纳主翼收入；电动飞行器的整体设计其实是在原来电动汽车上的升级版，车身是通常是指已经焊接好的但是尚未喷漆的白色车皮，根据既定的构型设计，我们的机身由一个层板的机身底板和机架组成。 因为机身底板只受很小的气动载荷，几

19、乎不受结构载荷，所以一层航空层板可以满足功能强度的要求，所用到的材料是镁合金，不仅在强度和刚度上都能满足要求，而且大大减轻了车身的重量能满足基本强度要求。 （2）整体构架总体设计：电动飞行器总体构架可分为基体、旋翼、尾桨、起落装置、发动机舱、传动装置以及其他系统的受力结构等部件结构或组件结构。机身是电动飞行器的基体，它主要用于支持和固定电机、主减速器、旋翼、尾桨和起落装置等部件支持和容纳操纵系统、液压系统也支持和容纳电气、电子、仪表等机载设备。旋翼是电动飞行器的象征，也是飞行器的关键部分，它不仅提供飞行器的升力和前进力，而且提供飞行器的纵向和横向操纵力矩。旋翼和尾桨协同实现飞行器的航向操控。起

20、落装置是飞行器是直升机于用于起飞、着陆、滑跑、滑行和停放的专门装置。 （3）动力设计：蓄电池是纯电动飞行器的能量源，电动机是通过蓄电池提供电能转化机械能，最后将动力传递到变速箱。这就要求蓄电池要有最够的容量储备，用以保持电动飞行器足够的动力。蓄电池安蓄电池个数可以分为单体蓄电池，多个蓄电池串联而成的蓄电池。蓄电池的工作原理是通过化学反应放电，其中蓄电池的两极均侵泡在电解液中发生了化学反应。在蓄电池充电时，负极得到电子发生还原反应，正极失去电子发生氧化反应。而放电过程正好相反，正极从外电路得到电子，发生还原反应。负极向外电路释放电子发生氧化反应。目前，铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池常作

21、为电动机的二次动力电池，电池内部结构如图2-2所示。 图2-2电池内部结构 （4）平衡设计：因为该电动飞行器的原型是一般的普通轿车，故而其在陆地上的行驶平衡也大体类同于普通汽车，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。 （5）螺旋桨的设计：电动飞行器螺旋桨的尺寸设计：桨叶设计，桨毂设计，螺旋桨动力设计分析，螺旋桨材料的选择等。电动直升机采用由电机、电池和电子调速器组成的电动系统作为动力，相对于内燃机驱动的传统直升机，具有噪音低、振动小

22、、清洁无污染、维护性好、可靠性高等特点美国西科斯基公司展出了以锂聚合物电池为动力的 Firefly 双座电动直升机，开启了轻型直升机电动化的进程，其一次充电的飞行时间为 12 15 min早先的问题是，提供动力的电池往往重量大，而采用锂离子电池后重量可减轻许多。据英国剑桥大学 工 程 系 的 保 罗罗 伯 逊 （PaulRobertson）估算，锂离子电池的能量密度为 0.15 KWh/Kg （千瓦小时/公斤 ），而 汽 油 的 能 量 密 度 则 为12.5KWh/Kg, 尽管后者能量利用率仅为 30%，但其能量密度依然达3.7KWh/Kg，即 25 倍于锂电池的能量密度。 即使如此，罗伯逊

23、认为，只要电动飞机具有提供更大升力的高效机翼，制造电动飞行器是可行的从空气动力学角度看，升力随重量、 推力及阻力 （空气阻力）而变。机翼能创造比阻力大的升力，其具体大小取决于电动飞机的设计及流经它的空气的流速。轻型飞行器升阻比 （升力与阻力之比）为10:1；而悬挂式滑翔机的这一比值约为 15:1（意味着无发动机的悬挂式滑翔机恒速飞行时，高度每下降1 米可向前飞行 15 米）。 （6）底盘的设计：电动飞行器底盘的布置形式如图2-3所示是指电动机、驱动桥、驾驶舱和车身的相互关系和布置特点而言。电动飞行器本身的使用性能除取决于其本身的整体架构和总成的主要参数外，还与其本身的布置形式有关。根据电动机位

24、置的不同，它的布置形式有以下几种：电动机前置后桥驱动、电动机中置后桥驱动、电动机后置后桥驱动。基于本设计是以高能源蓄电池为动力源，取代发动机的燃油动力，那么则采用电动机为整体驱动。 图2-3电动飞行器底盘 （7）传动机构的设计：传动机构主要为减速器，传动轴。减速器可以控制电动飞行器的稳定运行，保证其稳定的控制，传动轴对整车的灵活性起到一定的控制。 （8）操控装置的设计：电动飞行器的操控装置提供精密的操控指令，主要包括飞行器的飞行：通过调节电动机的转速来改变螺旋桨速度实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。包括逃生控制、调速档位、转向、升降。 （9）逃生机构的设计：考虑路面行驶中交通的拥堵，

25、汽车事故增多，可在加车内防护：安全带，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。气囊，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0.030.05s)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。头枕，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，而严重的颈椎受伤可能使其内部神经(脊髓)受伤，导致颈部以下全身瘫痪(高位截瘫)。安全玻璃，汽车正面或侧面碰撞时，乘员头部往往撞击风窗玻璃或侧窗玻璃而受伤，并且玻璃碎片还会使

26、脸部和眼睛受伤。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如图2-4所示。图2-4飞行器整体降落伞第3章 电动飞行器整体架构的设计综述电动飞行器整体架构的设计主要是其金属框架的设计，和其理论计算，材料选择，还有材料的和框架校核，所选材料就是在满足强度、刚度和稳定性的要求下，为设计既经济又安全的构件，提供必要的理论基础和计算方法。3.1电动飞行器架构设计要求对于电动飞行器结构设计，不同类型的飞行器，有着不同的结构形式和设计特点，随着复合材料的发展，最大限度的采用复合材料，是电动飞行器结构设计发展的趋势。(1)使用和维护方面的要求:驾驶舱要有足够的

27、空间和良好的开阔视野，以便飞行员能而安全的驾驶电动飞行器，减少乘客飞行中的疲劳，因此，通常驾驶舱部分设有大面积的挡风玻璃和窗口，此外飞行员座椅应能按其身材进行调整。(2)强度、刚度和重量方面的要求:机身结构承受来自旋翼、尾桨、动力装置、传动装置、操纵系统等所有部件和装载的各种载荷，因此要保证上述各部分的正常工作和使用时候的安全可靠，就必须保证机身结构在任何允许的使用情况下都具有足够的强度和一定的刚度。但是强度和刚度并非是愈大愈好，因为增大强度和刚度往往总是伴随着结构重量的增加，从而影响电动飞行器的飞行性能和有效载重，因此，在满足一定的强度和刚度要求的前提下，尽可能减轻电动飞行器机身结构的重量，

28、是机身设计的一个重要准则。(3)空气动力学方面的要求: 机身是个气动力体，在大速度飞行时电动飞行器消耗于废阻的功率占总功率的40%以上，而其中最大的是机身。所以机身设计中首先要选择好机身外形。(4)结构动力学方面的要求:固定在机身结构上的旋翼等部件产生的交变载荷传给机身，引起机身机构震动，机身的震动影响电动飞行器的使用，并使结构产生疲劳，因此在机身设计中必须采取措施控制和降低机身结构的震动水平。3.2电动飞行器的外观材料电动飞行器造型设计：电动飞行器车身总布置基本确定后进一步使电动飞行器获得具体形状和艺术面貌的过程，它包括外形设计和室内造型设计。是运用艺术的手法科学地表现电动飞行器的功能、材料

29、、工艺和结构特点。3.2.1电动飞行器框架的材料选择镁是比铝更轻的金属材料，镁合金具有质量轻、比强度较高，易加工等优点，但是其成本仍然偏高于铝合金，尽管如此，镁合金的应用前景仍然看好，镁合金的开发与应用已经成为电动汽车车身材料发展的一个重要方向。 镁合金是以镁为基加入其它元素组成的合金，其特点是密度小，比强度高，弹性模量大，消震性能好，承受冲击载荷的能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好。镁合金的主要元素有铝、锰等，目前使用最广泛的是铝镁合金，在实用金属中镁是最轻的金属，其比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。3.2.2电动飞行器的内饰材料选择 电动飞行器内饰一些部件可以用塑料作为材料，塑料主

30、要应用在衬套、装饰件及车身某些部件上可是人们追求的目标是应用在整个车身外壳上，全塑汽车的开发已成为更好的选择。3.3电动飞行器的空气动力性能（1）空气阻力：与汽车运动方向相反的气动力。形状阻力摩擦阻力诱导阻力干扰阻力内部阻力如图3-1所示。图3-1空气阻力（2）改善电动飞行器空气动力性的措施：电动飞行器外形设计的局部优化（车头部棱角圆化、前风窗立柱及流水槽形状、车身后部形状、表面光洁程度）采用各种气动附加装置（前部扰流器、后扰流器、导流罩、隔离装置）外形设计的整体优化。3.4电动飞行器车体架构的分析（1）骨架结构的应力集中：受力杆件的截面发生突变时，就会由于刚度突变引起截面变化应力集中（在经常

31、承受交变应力的汽车车身上，应力集中可能诱发进展性裂缝，导致疲劳损坏）。（2）提高板壳零件的刚度：曲面和棱线等的造型，及拉延成型过程零件材料的冷作硬化，对提高刚度极为有利，平直的零件造型是不可取的。内覆盖件和不显露的外覆盖件设计加强肋电动飞行器车身蒙皮受有张拉应力，垂直面的刚度得以提高。（3）电动飞行器车身分块原则：考虑镁合金材料的尺寸规格考虑拉延工艺性对制造精度的影响考虑易损件。（4）分块拉延工艺性：考虑拉延方向，保证凸模进入凹模的可能性分块应使零件的形状尽量简单匀称，以便在拉延过程中得到大致相同的变形量，使应力均匀覆盖件拉延深度要恰当，争取一次拉延成型。对于具有反拉延的覆盖件，其拉延深度可通

32、过计算和实验获得电动飞行器车身内部覆盖件成型出各种鼓包，以便用螺钉固定各种部件。3.5电动飞行器架构承受的载荷 评价车架设计的好坏，首先应该清楚电动飞行器在行驶时候车架所要承受的各种力，电动飞行器的使用条件复杂，其受力情况也十分复杂，随着电动飞行器行驶条件的变化，车架上的载荷变化很大，车架承受的载荷大致可分为以下几种。 3.5.1垂直弯曲载荷车架所承受的悬架弹簧以上部分的垂直载荷包括：车架总量，车身重量，安装在车架上的的各总成与各附属件的重量以及有效载荷的总和，因此要求车架地步的纵梁和横梁具有足够的刚度。3.5.2对称的垂直动载荷当飞行器在平坦的道路以比较高的车速行驶时，会产生对称的垂直动载荷

33、，其大小与作用在车架上的静载荷及其分布有关，还取决于静载荷作用处的垂直振动加速度大小，路面的发作用力，使车架承受对称垂直动载荷，使车架产生弯曲变形。3.5.3非水平扭动载荷当前后对角车轮在不平的道路上滚动，车架的梁柱便要求受纵向扭曲应力。3.5.4横向弯曲载荷电动飞行器在陆地上转弯的时候，由于惯性作用使车身产生向外甩的倾向力（即离心力），而轮胎与路面形成的附着力会形成反作用力，使车架横向扭曲，这个力在高速行驶的时候比较明显。3.5.5其它载荷电动飞行器加速或制动的时候，惯性力会引起车架前后部载荷的重新分配。安装在车架上的各总成（如电动机，转向摇臂及减震器等）工作时产生的力，由于载荷作用线不通过

34、纵梁截面的弯曲中心，而使纵梁产生附加的局部转矩。综上所述，电动飞行器车架实际上是受到空间力系的作用，承载情况复杂，而电动飞行器框架的纵梁与横梁的截面形状和连接点又是多种多样的，通常对车架有如下要求：（1）具有足够的强度，以保证其有足够的可靠性与寿命，纵梁等主要零件在设计寿命内不应有严重变形和开裂。（2）具有足够的弯曲刚度，保证安装在车架上的各总成，不至因为车架的变形而早期损坏或失去正常的工作能力。（3）具有适当的扭转刚度，当电动飞行器在不平道路上行驶的时候，为了保证电动飞行器对路面不平的适应性，提高电动飞行器的平顺性和通过能力要求车架具有合适的扭转刚度，但是车架扭转刚度不宜过大，否则将使车架和

35、悬架系统的载荷增大并使电动飞行器车轮胎接地性能变差。3.6电动飞行器架构的类型电动飞行器的车架选用一体式车架，因为一体式车架的刚度和强度都比梯形车架要高，一体式车架的整个车身的外壳本身就是属于车架的一部分，它不同于传统的梯形车架，需要在车架外包裹外壳，一体式车架属于承载式车架，事实上，按严格的定义来说，一体式车架都是由不同的组件装配而成的，其中最大一块就是地台，其余的如车顶，侧板等大小各异，所有的板件都是冲压成型后焊接成整体。 一体式车架拥有良好的撞击保护能力，车头以及车尾加装的刚性也有所提高。其次，一体式车架能够预留用以吸收撞击能量的吸收能区，车架本身的包裹式构造还可以将吸能区域吸收不完的能

36、力经过骨架分散到车体的其余部分避免猛烈撞击力在瞬间过于集中而对乘客造成严重创伤，将车架和车身合二为一，重量轻，可利用空间大。3.7电动飞行器的总体布局总体布局是电动飞行器设计的重要工作之一，电动飞行器总体构架可分为基体、旋翼、尾桨、起落装置、发动机舱、传动装置以及其他系统的受力结构等部件结构或组件结构。机身是电动飞行器的基体，它主要用于支持和固定电机、主减速器、旋翼、尾桨和起落装置等部件支持和容纳操纵系统、液压系统也支持和容纳电气、电子、仪表等机载设备。旋翼是电动飞行器的象征，也是飞行器的关键部分，它不仅提供飞行器的升力和前进力，而且提供飞行器的纵向和横向操纵力矩。旋翼和尾桨协同实现飞行器的航

37、向操控。起落装置是飞行器是直升机于用于起飞、着陆、滑跑、滑行和停放的专门装置。3.8电动飞行器的机身功用电动飞行器机身是电动飞行器的基件，一方面机身用于支持和固定电动机、主减速器、旋翼、起落架等部件，使其成为能满足一定技术要求的电动飞行器，另一方面机身内部所包容的空间构成啦驾驶舱。用于容纳乘客。机身又是直接承受和产生空气动力的部件，并构成啦电动飞行器的气动外形，机身虽然不能像旋翼那样直接产生升力，但是具有良好气动外形的机身除能保证乘员在飞行中免受气流作用外，还可以减小电动飞行器的迎风阻力，提高飞行性能，改善电动飞行器的稳定性和操纵性。另外，机身还具有承载和传力的作用，在各种状态下，机身除了承受

38、自身的重量之外，还要承受乘客的重量。复合材料的大量应用，不仅仅减轻了电动飞行器的重量，增大啦电动飞行器的承载能力，改善啦机身的维修性和可靠性，同时大大提高了电动飞行器的稳定性。在结构设计方面，更加注重减小机身的废阻值。在加工工艺方面，以胶接结构代替铆接结构，采用全面的密封连接，避免了构件间的应力集中及可能发生的电化腐蚀，提高了机身的寿命和抗疲劳特性。综上所述，机身的功用设计承载，气动，承力和传力等各方面，因此在设计过程中也有其相应的要求。3.9电动飞行器性能的分析3.9.1制动力匹配计算(1)制动器制动力前后分配系数F1/ FF1前制动器制动力F汽车总制动器制动力FF1F2F2后制动器制动力(

39、2)前、后车轮的法向反作用力在分析前、后轮制动器制动力分配比例以前，首先了解地面作用于前、后车轮的法向反作用力如图3-2所示。 Fz1=G(b+hg)/L (3-1)图3-2 制动力分配 Fz2=G (ahg) /L (3-2)式中： Fz1地面对前轮的法向反作用力Fz2地面对后轮的法向反作用力G电动飞行器重力（满载总质量与重力加速度乘积）a电动飞行器质心至前轴的距离b电动飞行器质心至后轴的距离hg电动飞行器质心高度附着系数L轴距（ab）(3)理想的前后制动器制动力分配F1F2G (3-3) F1Fz1 F2Fz2 (4)同步附着系数0 0（Lb）/hg (3-4) (5)前、后轮制动器制动力

40、矩的确定首先选定同步附着系数0，并用下列计算前、后轮制动力矩的比值。然后，根据电动飞行器满载在柏油、混凝土路面上紧急制动到前轮抱死，计算出前轮制动器的最大制动力矩M1max；在根据前、后轮制动力矩的比值计算出后轮制动器的最大制动力矩M2max。 3.9.2应急制动和驻车制动的分析(1)应急制动应急制动时，后轮一般将抱死滑移如图3-3所示，故后桥制动力为： FB2FZ2Ga/（Lhg） (3-5)后桥所需的的制动力矩为： FB2reGa/（Lhg）re （3-6） re为车轮有效半径如用后轮作为紧急制动器，则单个后轮制动器的应急制动力矩为FB2re/2。图3-3坡道驻车制动(2)驻车制动由电动飞

41、行器在上坡路上停驻的受力情况，可以得出后桥的附着力为： FB2=G(acos/L+hgsin/L) 汽车在下坡路上停驻时的后桥附着力为： FB2=G(acos/Lhgsin/L) 汽车停驻的极限上坡角1，可根据后桥上的附着力与制动力相等的条件求得： FB2=G(acos/L+hgsin/L)=Gsin1 1arctana/（L-hg） 同理可求得汽车可能停驻的极限下坡角：1arctana/（Lhg） (3)电动飞行器制动系计算基本参数：整车整备质量：2000 Kg空载时前轴载荷：1200 Kg空载时后轴载荷：800 Kg整车满载质量：2180 Kg轴距：2800 mm满载时前轴载荷：1300

42、Kg满载时后轴载荷： 880Kg质心至前轴距离：a=1570mm（满载时）质心至后轴距离：b=1230 mm（满载时）质心高度：hg=790mm(满载时) ，hg=820mm(空载时)计算常数（子午线轮胎）F3.05车轮自由直径：d500mm滚动半径：reFd/2242.83mm动力半径：rd1.04 re252.54mm同步附着系数：0(L-b)/ hg（取值0.7） 前、后车轮的法向反作用力 Fz1=G(b+hg)/L 21809.807（1230+0.7790）/2800 9869.417 Fz2=G (ahg) /L21809.807（15700.7790）/2800 =3958.45

43、3前后制动力矩的比值M1/ M1=（b0hg）/ （a0hg）（12300.7790）/（15700.7790）1.753前后制动力的分配比由0（Lb）/hg反推算出：（hg0b）/L （7900.71230）/2800 0.6373.10电动飞行器的三视图简图电动飞行器的结构简图只是把电动飞行器的整体框架的轮廓大概的勾勒出来如图3-4、图3-5、图3-6，所示电动飞行器的三视图简图。 图3-4电动飞行器俯视图简图图3-5电动飞行器主视图简图 图3-6电动飞行器的左视图简图第4章 电动飞行器架构强度和刚度分析 4.1电动飞行器车身强度和刚度电动飞行器车身强度、耐久性及刚度是电动飞行器车身结构的重要特性。在电动飞行器车身结构设计中，还要考虑低成本、商品化等方面的要求4.1.1电动飞行器车身强度电动飞行器车身在承受使用时的各种载荷时，包括行驶时的最大载荷、单轮跨上或落下的载荷、千斤顶顶起载荷和制动载荷等。要求既不变形也不许损坏，并且对可变动载荷也不能产生裂纹等疲劳破坏。另外在各种行驶条件下长时间使用时，也要求机身不产生裂纹或塑性变形。所以机身应具有必要的静强度和疲劳强度。车身在疲劳强度方面的薄弱环节多数发生在其上部结构（特别是支柱