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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- “Aerocar”陸空兩用飛行汽車
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 針對(duì)現(xiàn)代城市交通壓力急劇增大的現(xiàn)狀，為了改善可預(yù)知的未來(lái)城市交通狀況，本項(xiàng)目提出一種新型陸空兩用飛行汽車——“Aerocar”。“Aerocar”除具備傳統(tǒng)的地面行駛功能之外還擁有空中飛行的能力。在地面行駛時(shí)，掛地面檔位，采用與傳統(tǒng)汽車相同的驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和轉(zhuǎn)向。當(dāng)遇到障礙物需要飛行時(shí)，四組飛行裝置繞鉸接軸旋轉(zhuǎn)打開，改用飛行檔位，通過(guò)控制“矩形”布置的四套旋翼，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的垂直起飛、平飛和降落。
- 詳細(xì)介紹：
- “Aerocar”飛行系統(tǒng)由四組飛行裝置組成，每組飛行裝置以桿狀支撐臂為主體，一端安裝旋翼系統(tǒng)，另一端與車身鉸接，旋翼系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)和旋翼，此時(shí)收在車身兩側(cè)，使外形尺寸減小到與傳統(tǒng)汽車相差無(wú)幾，從而將其對(duì)現(xiàn)行的道路交通規(guī)則的影響降到最低。當(dāng)遇到障礙物需要飛行時(shí)，四組飛行裝置繞鉸接軸旋轉(zhuǎn)打開，旋轉(zhuǎn)至適合飛行的位置。 “Aerocar”利用旋翼系統(tǒng)直接提供升力，屬于直升飛行器的一種，因此可以在原地垂直起降，對(duì)起降場(chǎng)地要求低。同時(shí)，由于“Aerocar”依靠調(diào)節(jié)各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)功率來(lái)控制飛行姿態(tài)，因此相比于直升機(jī)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面也要相對(duì)簡(jiǎn)單輕巧。 “Aerocar”采用先進(jìn)的傳感器模塊為飛行增穩(wěn)控制系統(tǒng)提供參數(shù)，傳感器模塊包括測(cè)量機(jī)身三軸角速率的陀螺組、測(cè)量機(jī)身三軸線加速度的加速度計(jì)組、測(cè)量高度的氣壓計(jì)等。將陀螺儀、加速度計(jì)和氣壓計(jì)結(jié)合，可以獲取更為精確的傾轉(zhuǎn)角、速度以及加速度信息。然后將這些信息反饋給中心控制模塊，處理器沒采用互補(bǔ)濾波器進(jìn)行濾波，經(jīng)過(guò)處理、姿態(tài)解算，發(fā)送控制量到發(fā)動(dòng)機(jī)或者舵機(jī)上，通過(guò)輔助控制發(fā)動(dòng)機(jī)的功率來(lái)實(shí)現(xiàn)更加平穩(wěn)地飛行。 “Aerocar”采用自主設(shè)計(jì)研制的高效的旋翼系統(tǒng)，為了達(dá)到高效低耗的效果，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和旋翼實(shí)施一體化設(shè)計(jì)。例如，為了減小振動(dòng)，增大升力，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)趨向于低轉(zhuǎn)速、高效率；旋翼設(shè)計(jì)趨向于大槳距、長(zhǎng)葉型。然而由于外形尺寸的限制，要求旋翼直徑越小越好。減小旋翼直徑，要產(chǎn)生相同的升力，則轉(zhuǎn)速必然升高同時(shí)效率降低，噪聲增大。這是一對(duì)相互矛盾的設(shè)計(jì)變量，必須對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，得到最優(yōu)解。經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，“Aerocar”第一代模型驗(yàn)證機(jī)的旋翼系統(tǒng)性能獲得明顯改善。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 20世紀(jì)40年代，當(dāng)汽車、航空技術(shù)有了相當(dāng)大的發(fā)展之后，福特汽車公司創(chuàng)辦人享利?福特大膽地發(fā)出“可以飛行的汽車遲早會(huì)出現(xiàn)”的科學(xué)預(yù)言。從20世紀(jì)50年代開始，人們便開始了研究飛行汽車的實(shí)際行動(dòng)。 近些年以來(lái)，隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大中城市私家車大量增多，交通壓力日益增大，交通堵塞頻繁發(fā)生，引發(fā)了一系列的能源問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題等。如何有效解決現(xiàn)代城市存在的交通問(wèn)題成為一大難題。結(jié)合享利?福特提出的飛行汽車的概念，有人提出依靠這種飛行汽車來(lái)緩解交通壓力的想法。從而使飛行汽車成為世界各國(guó)相關(guān)行業(yè)競(jìng)相研究的熱點(diǎn)。 經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展，至今世界上已經(jīng)出現(xiàn)了幾種比較著名的飛行汽車，但無(wú)不存在不足之處。針對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)行業(yè)對(duì)飛行汽車的研究，我們?nèi)∑渚A，綜合考慮提出了我們?nèi)赂拍畹摹癆erocar”陸空兩用飛行汽車。 奇瑞QQ 美RH1100直升機(jī)“Aerocar” 空重(kg) 800 750 1250 有效載重(kg) 300 800 400 發(fā)動(dòng)機(jī)功率(kw) 38 313 350 行駛速度(km/h) 130 216 200 長(zhǎng)寬高(m*m*m) 3.5/1.5/1.5 12.5/10/2.7 4/2/1.5, 4/6/1.5
科學(xué)性、先進(jìn)性
- （1）轉(zhuǎn)換快速：地面行駛與空中飛行采用獨(dú)立的控制系統(tǒng)，互不干涉，可以輕易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定迅速的轉(zhuǎn)換。 （2）飛行平穩(wěn)：采用包括陀螺儀、加速度計(jì)、氣壓計(jì)的傳感器模塊，獲得準(zhǔn)確的飛行信息，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的算法計(jì)算，精確輸出控制量。 （3）體積小巧：飛行裝置可快速自動(dòng)收起或展開，收起時(shí)地面行駛體積小，降低對(duì)現(xiàn)行道路交通規(guī)則的影響。 （4）起降方便：垂直起飛和降落，無(wú)需跑道，場(chǎng)地要求低。 （5）乘坐舒適：保留了傳統(tǒng)汽車的結(jié)構(gòu)布局，繼承了傳統(tǒng)汽車的較高的空間利用率；采用優(yōu)化后的旋翼系統(tǒng)，使噪音保持在較低的水平。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 作品前身“飛行汽車初始驗(yàn)證模型”在2008年9月在杭州舉行的2008年全國(guó)航空航天模型錦標(biāo)賽（科研類）創(chuàng)新類比賽上獲得科技創(chuàng)新一等獎(jiǎng)。 2008年10月被中央電視臺(tái)新聞30分，環(huán)球咨詢榜等多家媒體報(bào)刊報(bào)道。 作品獲得本校第十二屆“挑戰(zhàn)杯”校內(nèi)選拔賽特等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 模型、圖紙、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、視頻
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 縱觀飛行器和汽車的發(fā)展歷史和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，飛行汽車必定是其中一個(gè)潛力巨大的研究方向。 “Aerocar”是汽車和飛機(jī)的完美結(jié)合體，融合了傳統(tǒng)汽車和直升機(jī)的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)：既可地面行駛，又可垂直起降、空中飛行；地面行駛時(shí)體積小，車輪驅(qū)動(dòng)，效率高、噪音小，空中飛行時(shí)，平穩(wěn)安靜。在遇到交通堵塞時(shí)，只要一個(gè)按鈕就可以打開飛行裝置，控制它轉(zhuǎn)入飛行狀態(tài)，離開堵塞區(qū)，到達(dá)車流較小的道路，降落并繼續(xù)行駛。節(jié)省時(shí)間，節(jié)省能源，除了可有效改善城市交通狀況之外，在追求時(shí)效性的公共事業(yè)中也有很大的應(yīng)用前景。 目前，國(guó)內(nèi)外尚未出現(xiàn)真正投入市場(chǎng)的飛行汽車。因此一旦將“Aerocar”投入市場(chǎng)，即可首先在社會(huì)治安、傷病救援、消防救護(hù)等公共事業(yè)中有所應(yīng)用，此外“Aerocar”對(duì)追求個(gè)性、講求效率的私人用戶也有十分大的吸引力。預(yù)計(jì)“Aerocar”開發(fā)成為實(shí)物并投入市場(chǎng)后，未來(lái)的訂單將是一筆不小的數(shù)目。
同類課題研究水平概述
- 20世紀(jì)50年代以來(lái)，眾多愛好者對(duì)飛行汽車進(jìn)行了探索。經(jīng)過(guò)了半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，提出了很多種各式各樣的概念設(shè)計(jì)，其中有幾款甚至試飛過(guò)，但可惜的是，但是由于種種原因, 沒有一種飛行汽車最后投人批量生產(chǎn)。 莫勒教授研制的MX-400飛行汽車，其前端左右兩側(cè)有兩臺(tái)涵道發(fā)動(dòng)機(jī)，后端兩側(cè)也有兩臺(tái)，尾部雙垂尾和高高的平尾，它能夠垂直起降，又可水平飛行。為了追求以高速度水平前飛，MX-400四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)可傾轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致其機(jī)械結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，同時(shí)還存在噪聲大的問(wèn)題。 美國(guó)一家名為“Terrafugia”的公司生產(chǎn)的飛行汽車“Transition”，其實(shí)它就是一架機(jī)翼可折疊的固定翼飛機(jī)。在地面行駛時(shí)機(jī)翼折疊收攏在兩側(cè)，需要飛行時(shí)展開。這類固定翼飛機(jī)存在的致命缺點(diǎn)就是起飛降落需要幾百米長(zhǎng)的跑道，完全不適合在城市中起飛降落。 國(guó)內(nèi)對(duì)飛行汽車的研究工作尚處于初步階段，雖然有愛好者提出了與飛行汽車有關(guān)的發(fā)明專利，但由于他們多為行業(yè)外人士，因此其設(shè)計(jì)大多停留在概念階段，沒有實(shí)質(zhì)性的研究。近幾年來(lái)，某校航模隊(duì)充分利用其在等比例仿真模型設(shè)計(jì)方面的專業(yè)優(yōu)勢(shì)，在這一領(lǐng)域進(jìn)行了比較深入的研究，設(shè)計(jì)并制作了多個(gè)飛行汽車驗(yàn)證模型。在飛行汽車的氣動(dòng)布局、控制系統(tǒng)等方面開展了一系列研究工作，為今后開展實(shí)物方面的研究，積累了深厚的研究基礎(chǔ)。
