電動飛行器畢業(yè)設計論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電動飛行器作為一個新型的交通工具，會很好的解決內(nèi)燃機汽車產(chǎn)生的環(huán)境和噪音問題，本文通過類比純電動汽車的方法，致力設計于出一款成熟可靠的電動飛行器驅(qū)動系統(tǒng)，以達到為電動飛行器提供穩(wěn)定電源的目的。本文將驅(qū)動部分分為源動和傳動部分，其中著重對源動部分和傳動部分中的行駛傳動做了分析和設計。</p><p>　

2、　關(guān)鍵詞：蓄電池；直流電動機；傳動機構(gòu)</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Electric vehicle as a new transport, and will be a good solution to the environmental and noise problems of internal combustion

3、engine vehicles, this analogy of pure electric vehicles is committed to design a proven electric vehicle drive system in order to achieveObjective of the electric vehicle to provide a stable power supply. This article wi

4、ll drive part is divided into source automatically and transmission parts, which focuses on analysis and design with transmission in the the source movi</p><p>　　Key words: storage battery；direct current mac

5、hine； transmission device</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1選題依據(jù)及研究意義</p><p>　　伴隨著“十八”的順利召開，國家已將發(fā)展經(jīng)濟作為了戰(zhàn)略，并將堅決執(zhí)行。而且隨著經(jīng)濟持續(xù)的高速發(fā)展，中國目前已發(fā)展為世界第二大經(jīng)濟體，國際地位日益提高，成為引領(lǐng)世界經(jīng)濟發(fā)展的火車頭，

6、國家經(jīng)濟的進一步穩(wěn)定發(fā)展，人民的生活也會越來越好，經(jīng)濟收入也會越來越高，走出戶外，追求健康生活的欲望也越來越高，近些年來的旅游發(fā)展就是最好的體現(xiàn)；國家實行的大小節(jié)假日，實際上就是在積極鼓勵旅游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，旅游行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)成為拉動國家經(jīng)濟內(nèi)需發(fā)展的一個主要產(chǎn)業(yè)。國家旅游產(chǎn)業(yè)的興旺發(fā)展，不僅吸引了大量國內(nèi)游客，而且也帶動了國外游客的中國旅游，各大名勝高峰期游客大量擁擠。導致事故增加，嚴重影響游客心情；為此國家近年來積極發(fā)展近郊旅游，以旅游

7、發(fā)展促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。</p><p>　　另外我國目前積極實行城鄉(xiāng)一體化的經(jīng)濟發(fā)展，特別是由城市帶動周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展，家庭轎車的大量增加，雖然國家道路交通也在大力發(fā)展，但是仍滿足不了日益嚴重的交通擁擠與堵塞問題，而且交通問題呈現(xiàn)出愈來愈嚴重的趨勢，高峰期特別是大小節(jié)假日的擁擠與堵塞，就是最好的表現(xiàn)。我們的國家也對這個問題越來越重視。</p><p>　　1.2問題的提出與初步解決</p

8、><p>　　隨著中國的經(jīng)濟飛速發(fā)展，人們的工作壓力越來越大，這直接促進了旅游業(yè)的高速發(fā)展，但是在交通日益堵塞的今天，去遠處的名勝古跡旅游有時不但身心得不到舒暢，甚至有時還會因為擁擠的人群弄得自己疲憊不堪。所以現(xiàn)今很多人已經(jīng)開始放棄在節(jié)假日遠處旅游，而把目光聚集在近郊。人們往往采用自駕的方式去近郊放松心情，但是經(jīng)濟高速發(fā)展后的中國，在大城市幾乎家家戶戶都有小轎車，即使在二線城市有車一族也占很大一部分。在這種情況下?lián)頂D

9、的交通又會使近郊旅游變得沒有意義，而且普通汽車的大量使用也帶來了很多問題。汽車的大量使用，直接導致了交通的堵塞，在今天北京甚至已被國外稱為一個巨大的停車場，在一二線城市每到下班時間和節(jié)假日高峰期，車輛必定堵塞得移動都成為一種奢望。不僅如此，普通汽車時燃燒汽油的，而眾所周知汽油時一種不可持續(xù)能源，在將來必將被淘汰。另外汽油的燃燒會產(chǎn)生大量的尾氣危害環(huán)境。尾氣中含有一氧化碳和二氧化硫等對人體有毒的氣體，還會產(chǎn)生二氧化碳氣體。在全球已有6億輛

10、小轎車，并且這個數(shù)字還在急劇增加，大量的二氧化碳等溫室氣體被排放到空氣中，溫室效應加劇，氣溫違反自然規(guī)律的升高，給了自然環(huán)境，生態(tài)系統(tǒng)幾乎毀滅性的打擊。其</p><p>　　本設計致力設計的飛行器在陸地上時是可以像汽車那樣行駛的，在道路空曠時可以視情況像飛機那樣短距離加速然后起飛。在空中在兩個地點之間可以實現(xiàn)真正的直線飛行大大減少出行時間，并可減少無謂的能量消耗。 </p>

11、;<p><b>　　1.3國內(nèi)外現(xiàn)狀</b></p><p>　　在能源的和交通的壓力下，各國都在致力于發(fā)展新型的交通工具，其中主要就是電動飛行器的設計，但是大都不是很成功。美國國家航天局研究人員馬克甚至說“當你試圖融合汽車與飛機時，你得到的是世界上最糟糕的東西：一個笨重的，昂貴的，難以使用的車?！?lt;/p><p>　　1.3.1國外發(fā)展現(xiàn)狀</

12、p><p>　　在這方面美國可謂做出了最突出的研究工作，美國專利號為#2,573,271 –1951的設計由Adolph R. Perl提出，他設計了名為Roadable aircraft的汽車飛機，但遺憾的是沒有制造出實物。 </p><p>　　另一款頗富前景的設計來自于華盛頓州溫哥華市的米爾納·莫托斯公司(Milner Motors)設計的飛車Air-car。據(jù)米爾納的網(wǎng)站

13、介紹，Air-car是一款四門四座飛車，飛行中機翼可以向機身后面折疊，此時寬度同豐田花冠汽車一般大小。它采用兩個導管風扇(安裝在汽缸上的螺旋槳，比普通螺旋槳提供更多的推力)，在1000英里的飛行里程中速度達到每小時200英里。為保持飛車不超過地面速度限制，一臺40 hp發(fā)動機負責Air-car在地面行駛時使用。據(jù)米爾納·莫托斯公司的網(wǎng)站稱，目前正在制造Air-car產(chǎn)品原型。原型如圖1-1所示。</p><

14、p>　　圖1-1 air-car原型圖</p><p>　　1.3.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　從很早開始，國內(nèi)很多人做出了嘗試，但是離成功還有較遠的距離，但是如今電動汽車的相關(guān)理論研究與設施建設已經(jīng)比較成功,已經(jīng)解基本解決了能源可持續(xù)發(fā)展的問題。但是對于交通問題，電動汽車就顯得束手無策了。</p><p><b>　　1.4市場前景<

15、/b></p><p>　　中國的電池產(chǎn)量第一，但均都出口到了歐美國家。同時中國陸地汽車數(shù)量眾多大大加重了中國的石油供應，導致油價一路上漲。加重了家庭負擔和溫室效應。由此可以想見一旦這款飛機上市，將受到怎樣的歡迎，因為它不僅解決了出行壓力，并且降低了大家的出行費用，這款電池汽車的設計價僅為100萬以下。</p><p>　　第2章 電動飛行器的初步設計</p><

16、p>　　現(xiàn)代技術(shù)中，電動汽車的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，飛機的螺旋槳技術(shù)，電動機等關(guān)鍵技術(shù)也已經(jīng)發(fā)展成熟，為電動飛行器的研究和開發(fā)提供了可靠的技術(shù)上的保證。</p><p>　　2.1電動飛行器的初步構(gòu)想</p><p>　　電動飛行器擁有復雜的結(jié)構(gòu)整體設計的具體模型圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 電動飛行器模型圖</p><p&

17、gt;　　本設計中8有個螺旋槳，8個螺旋槳共同提供升力和依靠不同的轉(zhuǎn)速提供前進的動力 ，靠前后的4個平衡翼提供可靠的平衡，初始設計圖如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 電動飛行器初始設計圖</p><p>　　如圖2-2所示，車身上有8個螺旋槳，分別由獨立的直流電動機帶動，在飛行過程中，8個電動機按對角線和前后規(guī)律運行4個，利用4旋翼原理控制電動飛行器的前進。這樣也保證了電動飛

18、行器的安全問題，使8個螺旋槳按4個一組互為后備。</p><p>　　2.2電動飛行器設計的基本構(gòu)成</p><p>　　電動飛行器的設計分為9個部分，具體分為</p><p>　?。?）電動飛行器整體設計。包括外部各個部件的設計，其中要綜合考慮空氣動力學、材料力學性能（選材依據(jù)）、溫度、風速、濕、大氣壓力等。</p><p>　　（2）電動

19、飛行器的整體架構(gòu)設計。包括內(nèi)部主要部件。</p><p>　　（3）電動飛行器的驅(qū)動部分設計。包括電機選擇，傳動機構(gòu)簡要設計，蓄電池的設計與選擇。</p><p>　　（4）電動飛行器的平衡設計。</p><p>　　（5）電動飛行器螺螺旋槳的設計。</p><p>　　（6）電動飛行器底盤的設計。包括地上行走部分即四輪部分。</p&g

20、t;<p>　　（7) 電動飛行器操控裝的置設計。</p><p>　　(8) 電動飛行器傳動機構(gòu)的設計。包括減速與傳動。</p><p>　　(9) 電動飛行器逃生機構(gòu)的設計。包括兩套降落傘、注意安放位置、彈出力度的計算。</p><p>　　本設計主要針對電動飛行器的驅(qū)動部分的設計。</p><p>　　2.3電動飛行器的初

21、步參數(shù)</p><p><b>　?。?）質(zhì)量2t</b></p><p>　　只得比普通汽車稍重，如若過重則會導致能源消耗劇增，進一步會導致電池重量劇增，這樣就會直接影響電動飛行器的續(xù)航能力。</p><p>　　（2）飛行高度≤200m</p><p>　　飛行高度過低則會受到高樓大廈的影響，飛得過高由于高空的空氣稀

22、薄對于駕駛員的要求會提高，這就違背了我們解決交通問題，旨在為中產(chǎn)家庭設計的理念了。</p><p>　　（3）速度≤300km/h</p><p>　　速度不能太高也不能過低，過低降低了實用性，過高則對駕駛員的要求也</p><p><b>　　會相應加高。</b></p><p><b>　?。?）承載兩人&

23、lt;/b></p><p>　　考慮到現(xiàn)狀基本都使獨生子女與汽車總體質(zhì)量的考慮決定限定為載人兩人。</p><p>　?。?）行駛距離300km，續(xù)航1.5小時 </p><p>　　（6）整體尺寸長：4m, 寬：2m 高1.7m</p><p>　　此設計與現(xiàn)有的小

24、車基本保持一致，這樣電動飛行器就可以很好的像普通汽車一樣在公路上行駛，并且現(xiàn)有的車庫與停車場等設施均可以使用。</p><p>　　第3章 電動飛行器的驅(qū)動電機</p><p>　　在電動飛行器的運動過程中，電動機通過各種傳動機構(gòu)以及裝置帶動行動機構(gòu)。當電動飛行器在地面上行駛時，在本設計中采用專用的行駛電機經(jīng)過減速器然后傳給地盤輪胎以動力，由此實現(xiàn)電動飛行器的路上行走功能。電動飛行器飛行時

25、，通過八個獨立的螺旋電動機直接帶動8個螺旋槳以實現(xiàn)隨時，安全，方便的對螺旋槳調(diào)速，這樣就可以實現(xiàn)電動飛行器的前進，后退，轉(zhuǎn)向等多種空中動作。</p><p>　　在電動飛行器中，從功能上可以看出電動機可以分為行駛驅(qū)動電動機和螺旋電動機。</p><p>　　3．1行駛電動機的設計</p><p>　　電動飛行器在陸地上行駛時有最高車速（km/h），加速時間t(s)，

26、最大爬坡度i，續(xù)航里程S等多種重要性能指標。</p><p>　　3.1.1 行駛電動機重要性能參數(shù)</p><p>　?。?）行駛阻力 </p><p>　　和一般車輛行駛過程中受力一樣, 電動汽車在行駛過程行駛阻力有滾動阻力Ff、空氣阻力Fw、加速阻力Fj 和坡度阻力F在行駛過程中,驅(qū)動力總是等于上述阻力之和。和普通汽車不一樣的是, 電動汽車的驅(qū)動力來自驅(qū)

27、動電機而非發(fā)動機, 電動汽車的驅(qū)動力F t 由驅(qū)動電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩Tm 經(jīng)傳動系統(tǒng)傳遞到驅(qū)動輪上。</p><p>　　F= (3-1)</p><p>　　電動汽車行駛動力方程式為：</p><p>　　F (3-2）</p><p><b>

28、;　?。?）電動機功率 </b></p><p>　　電動飛行器在道路上行駛過程中，電動機功率和行駛阻力功率應該是平衡的。由電動飛行器地面行駛阻力可知在行駛過程中需要克服的阻力有滾動阻力功率P，空氣阻力功率P，爬坡阻力功率P，加速阻力功率P。假定風速為零，我們用以最高速度在水平道路上行駛的電動飛行器克服阻力所需要的功率選取電動機的平均功率。行駛驅(qū)動電機的平均功率之和不應該小于阻力功率之和。</p

29、><p><b>　　如：</b></p><p>　　P （3-3）</p><p>　　其中為傳動系統(tǒng)效率，m為電動飛行器的整體質(zhì)量，f為車輪滾動阻力系數(shù)，空氣阻力系數(shù)C，迎風面積A，電動飛行器在陸地上行駛的最大速V=180km/h。</p><p>　　在本設計中電動飛行器初步參數(shù)已經(jīng)說

30、明，其中=0.92，車輪滾動阻力系數(shù)取f=0.015，C取0.6，m為2噸，A取1.6.則由公式3-3可以算得，電動飛行器行駛驅(qū)動電機的平均功率P=96 kw。</p><p>　　電動機的瞬時功率P的大小可以根據(jù)最大爬坡功率P來定，即電動機的瞬時功率應該足以克服爬坡功率。則：</p><p>　　= (3-4)</p><p>　

31、　當坡度較大時，電動機的瞬時功率幾乎全部用來克服爬坡功率，設計中最大爬坡度數(shù)30度數(shù)為，則根據(jù)公式3-4計算可得=240.1kw。</p><p>　　3.1.2電動機的選型</p><p>　　隨著電動機的快速發(fā)展，越來越多的高性能電動機被開發(fā)出來并得到完善。在本設計中電動機采用直流電動機，但是伴隨著電機技術(shù)，機械制造技術(shù)電子技術(shù)等的告訴發(fā)展和完善。傳統(tǒng)直流電動機的優(yōu)勢越來越衰弱，，在純

32、電動汽車領(lǐng)域，傳統(tǒng)直流電動機已經(jīng)慢慢被其他電動機取代，其中各個電動機的優(yōu)劣勢如表格3-1。</p><p>　　由表3-1可以清晰的看到相對于傳統(tǒng)直流電動機，其他電動機有明顯的優(yōu)勢，但是目前交流三相感應電動機，開關(guān)磁阻電動機以及它們的控制設備，裝置成本</p><p>　　還比較高，如果這些在未來可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)，這些電動機和單元控制裝置</p><p>　　的價格

33、會迅速降低。所以在現(xiàn)在的技術(shù)下我們可以選用永磁無刷直流電動機。</p><p>　　表3-1 現(xiàn)代行駛驅(qū)動電動機的基本性能比較</p><p>　　根據(jù)設計中的最大功率和平均功率，本設計中的行駛電動機選擇永磁無刷直流電動機型號為BSW3-2800/48，額定功率為120kw，瞬時功率268kw，額定電壓320V，額定轉(zhuǎn)速3200r/min,重量1.5kg,外形尺寸670。實際模型圖如圖3-

34、1所示。</p><p>　　圖3-1 BSW3-2800/48 模型圖</p><p>　　3.1.3 電動機的校核</p><p>　　本設計中的電動飛行器一般是行駛在城市以及郊區(qū)的公路上，這些公路一般狀況良好，最大爬坡度數(shù)一般為10度，瞬時功率足夠。</p><p>　　3.2螺旋電動機的設計</p><p>　

35、　電動飛行器在飛行過程中有一些重要性能指標如空中飛行最高速度（km/h）續(xù)航里程S(km)。</p><p>　　3.2.1 螺旋電動機的功率</p><p>　　在本設計中8個螺旋電動機直接控制8個螺旋槳，控制螺旋槳的增減速度，最終控制電動飛行器的前進，后退，轉(zhuǎn)向等動作。電動飛行器在空中行動明顯需要克服空氣阻力和重力。則：</p><p>　　=

36、 （3-5）</p><p>　　8個電動機的平均功率：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　其中為傳動系統(tǒng)效率=0.92，m為電動飛行器的整體質(zhì)量取2噸，空氣阻力系數(shù)C=0.6，迎風面積A=1.6，電動飛行器在陸地上行駛的最大速度V=</p><p><

37、b>　　=200km/h。</b></p><p>　　由公式3-6可以算得螺旋電動機平均功率100.8kw。</p><p>　　又由設計初衷可知在8個螺旋槳中未來安全考慮只有4個對角線的電動機運轉(zhuǎn)，每隔一天互相輪休，以達到互為后備，達到最大的安全系數(shù)。由此可知一個電動機的平均功率P=25.2 kw。</p><p>　　在電動機控制的瞬間，電動

38、機的瞬間功率可以根據(jù)螺旋槳最大功率來確定，螺旋槳選用特殊的螺旋槳，其提供的升力為：</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　其中單槳空氣密度，重力常數(shù)g，翼角，翼寬為b，葉片數(shù)為n，翼最大半徑為，最小半徑為，角速度為，另外根據(jù)具體給出的電動飛行器的重量為2t即2000kg即20000N，電動飛行器達到平衡所需的升力為20000N。</

39、p><p>　　螺旋槳的拉力計算公式：直徑（米）螺距（米）槳寬度（米）轉(zhuǎn)速平方（轉(zhuǎn)/秒）1大氣壓力（1標準大氣壓力）經(jīng)驗系數(shù)（0.00025）=拉力（克）由于升力系數(shù)為：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　其升力系數(shù)與所選旋翼的相對厚度有關(guān)系，而現(xiàn)階段螺旋槳規(guī)格比較嚴格，不能隨便的設計和改造。我們選用的是通用比例的

40、槳，精度較好，除高原地區(qū)大氣壓為1個標準大氣壓。其中螺距為0.45米。</p><p>　　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。此設計中具體參數(shù)設計槳葉半徑為0.3m，電機轉(zhuǎn)速為9600轉(zhuǎn)/分，合160轉(zhuǎn)/秒。那么所提供的升力為:320.30.450.116016010.25=518.4 N</p><p>　　再考慮螺旋電動機的效率和傳動效率，

41、驅(qū)動電機應該輸出的功率：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　其中V=200km/h,KN,代入由公式3-9可得=36KW。</p><p>　　驅(qū)動電動機的選型可知，在本設計中選擇的是永磁無刷直流電動機。由螺旋電動機所需的額定功率和最大瞬時功率可以選擇的永磁無刷電動機的型號為BS45-3200/320，額定電壓

42、320V，額定轉(zhuǎn)速為6000，額定功率45kw，最大功率可達90kw,安裝尺寸為918。</p><p>　　第4章 蓄電池的設計</p><p>　　4.1蓄電池的簡介與原理介紹</p><p>　　蓄電池是純電動飛行器的能量源，電動機是通過蓄電池提供電能轉(zhuǎn)化成機械能，最后將動力傳遞到變速箱。這就要求蓄電池要有最夠的容量儲備，用以保持電動飛行器足夠的動力。<

43、/p><p>　　蓄電池安蓄電池個數(shù)可以分為單體蓄電池，多個蓄電池串聯(lián)而成的蓄電池。蓄電池的工作原理是通過化學反應放電，其中蓄電池的兩極均侵泡在電解液中發(fā)生了化學反應。在蓄電池充電時，負極得到電子發(fā)生還原反應，正極失去電子發(fā)生氧化反應。而放電過程正好相反，正極從外電路得到電子，發(fā)生還原反應。負極向外電路釋放電子發(fā)生氧化反應。</p><p>　　在純電動飛行器中，蓄電池作為唯一的動力源是關(guān)鍵的

44、核心部件，為了使電池</p><p>　　能滿足電動飛行器的特殊要求，對蓄電池有嚴格的要求。</p><p>　?。?）能量密度要高，這樣特高運行效率和續(xù)航里程；輸出功率密度高</p><p>　　(2）適應的工作溫度范圍寬，無記憶效應。以滿足全年的運行需要而且保證滿足車量在使用時候常處于非完全放電狀態(tài)下的充電需要。</p><p>　　(3

45、）循環(huán)壽命長，保證電池的使用年限和行駛總里程。</p><p>　　(4）自放電率小，以滿足車輛較長時間的擱置需求。</p><p>　　如今，鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池常作為電動機的二次動力電池。 各種蓄電池的性能比較如表格4-1。</p><p>　　表格4-1 各蓄電池性能比較</p><p>　　4.2蓄電池的基本性能

46、指標</p><p>　　蓄電池的主要性能指標有：容量、能量密度、功率、自放電率、循環(huán)使用壽命等。</p><p><b>　?。?）容量</b></p><p>　　蓄電池在一定的放電條件下所能放出的電量容量稱為電池的容量，用符號C表示。常用的單位為安培·小時（A·h），它等于放電電流與放電時間的乘積，單位為A·

47、h，這種方式定義的電池容量小于電池的標稱容量。因為組成電池時，除活性物質(zhì)外還包括非反映成分，如外殼、導電零件等，同時還與活性物質(zhì)被有效利用的程度有關(guān)。在實際應用中我們一般采用荷電狀態(tài)SOC（state of change）來描述蓄電池的剩余容量。SOC定義為剩余容量與總?cè)萘康陌俜直取?lt;/p><p>　?。?）蓄電池的能量密度</p><p>　　定義為動力電池組單位質(zhì)量或單位體積的蓄電

48、池所能輸出的能量。通常質(zhì)量能量密度定義為蓄電池的比能量（Wh／Kg），體積能量密度定義為蓄電池的能量密度（Wh／L）。其中比能量顯得更為重要，它影響到電動車的摧車質(zhì)量及續(xù)駛里程，是評價電動車的蓄電池是否滿足預定的續(xù)駛里程的重要指標。而體積能量密度只影響到電池的布置空間。</p><p>　?。?）蓄電池的功率密度</p><p>　　功率密度是指單位質(zhì)量或單位體積的蓄電池所具有的輸出能量的

49、速度，它也可分為比功率（W／Kg）和功率密度（W／L）。對電動車而言，重點考慮比功率參數(shù)。它是評價蓄電池能否滿足電動汽車加速和爬坡能力的重要指標。</p><p><b>　?。?）能量效率</b></p><p>　　電池作為能量儲能器，充電時把電能轉(zhuǎn)變成化學能儲存起來，放電時把電能釋放出來。在這個可逆的電化學轉(zhuǎn)換過程中，有一定的能量損耗。通常用電池的能量效率來表示

50、電池的充放電效率。它表示為放電時輸出的能量與充電時輸入的能量比。電池內(nèi)阻是影響能量效率的主要原因，它使電池能量以熱的形式損耗掉。</p><p><b>　?。?）放電倍率</b></p><p>　　電池以某種電流強度放電時的數(shù)值為電池容量的配數(shù)。常用C表示。例如電</p><p>　　池容量為40Ah，當充放電電流強度為1C時，是指放電電流

51、為40A。</p><p>　?。?）蓄電池的自放電率</p><p>　　電池在存放時間內(nèi)，在沒有負荷的條件下自身放電，使得電池的能量損失的速度。一般時間是以月為單位，如放電率1500/月。</p><p>　　（7）蓄電池的循環(huán)使用壽命</p><p>　　通常定義為蓄電池失效前所允許的深放電次數(shù)。所謂深放電一般是指蓄電池完全放電到截止電

52、壓。它是影響電動車總的續(xù)駛里程的重要指標。</p><p>　　電動飛行器電池系統(tǒng)對電池有以下幾方面的要求。 （1）大功率充放電的能力</p><p>　　質(zhì)量比功率和體積比功率是衡量電池快速放電能力的指標，相對與能量要求。目前的高功率電池往往存在快速充電接受能力差的問題。提高電池快速充電接受能力比提高電池的比功率更加緊迫和關(guān)鍵。&l

53、t;/p><p><b>　?。?）充放電效率</b></p><p>　　高的充放電效率對整車效率具有至關(guān)重要的作用。</p><p><b>　?。?）使用壽命</b></p><p>　　電動飛行器做為一種在空中飛行的交通工具，蓄電池的使用壽命是一個及其重要的指標，為了保證絕對的安全必須讓蓄電池的

54、使用安全可靠，在蓄電池的壽命上，我們必須使在必要的飛行時間內(nèi)蓄電池的壽命得到保證。</p><p><b>　?。?）容量</b></p><p>　　電動飛行器因為只有電池作為唯一能量來源，所以對電池容量的要求相當高。</p><p>　　鋰電池的密度（體積/能，質(zhì)量/能）幾乎是鎳鎘電池的1.5-3倍；并且鋰離子電池擁有標準充電方式下多達50

55、00次的放電次數(shù)，5-7年的超長壽命。單體電池平均電壓為3.6V，相當于3只鎳鎘或鎳氫電池串聯(lián)起來的電壓值，因此能減少電池單體的數(shù)量，進而可使因單體電池參數(shù)差異所造成的電池故障概率減小，大大延長了電池組的壽命，并且鋰離子電池的各種性能指標在各種電池性能均為優(yōu)秀。</p><p>　　所以在本設計中電動飛行器的電池組選用鋰離子電池，該蓄電池組采用串聯(lián)連接。</p><p>　　4.3鋰離子蓄

56、電池介紹</p><p>　　在鋰離子電池中反應方程式為：</p><p><b>　　負極：8Li-8 </b></p><p><b>　　正極：3</b></p><p>　　電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)如表4-2電解液由四氯化鋁鋰溶解在亞硫酸氯，金屬鋰做正極，石墨作負極。</p><p&

57、gt;　　表4-2 鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu) </p><p>　　鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+ 在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電池時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，負極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反。一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池，是現(xiàn)代高性能電池的代表。</p><p>　　鋰離子電池以碳素材料為負極，以含鋰的

58、化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌。</p><p>　　在充放電過程中，鋰離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為“搖椅電池”。</p><p>　　在如今鋰電池以前經(jīng)常出

59、現(xiàn)的不安全問題基本已經(jīng)解決，在這種情況下鋰電池已經(jīng)是最好的選擇。</p><p>　　動力電池一般還可分為能量型與功率型兩種，為滿足純電動飛行器的飛行，要求采用能量型電池，匹配時主要考查其能量要求，即電池應具有較大的容量，以增加車輛的續(xù)駛里程。電池容量與其功率成正比，容量越大，其輸出的功率大，所以其輸出功率均能滿足整車電力系統(tǒng)的要求，因此主要是根據(jù)其續(xù)駛里程來確定電池容量，并且確定的電池容量還須符合市場現(xiàn)有產(chǎn)品的

60、標準，并通過對現(xiàn)有產(chǎn)品反復驗證進行設計。其中鋰離子實物圖如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 鋰離子電池實物圖</p><p>　　鋰離子電池尺寸圖如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 鋰離子電池尺寸圖</p><p>　　4.4鋰離子電池的質(zhì)量</p><p>　　如前文所述所選鋰離子電池的規(guī)格如

61、表4-3。 </p><p>　　表4-3鋰離子電池的規(guī)格</p><p>　　由表格4-3中數(shù)據(jù)可以算得電池所需的質(zhì)量為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中: 動力電池續(xù)駛里程S ( km ), 電池質(zhì)量容量比 =(AH) , 單體動力電池平臺工作電壓 ，動力電池允許放電深度

62、。 </p><p>　　由表格3-1中所示： =160,S=400KM, =0.9。</p><p>　　則可以算得蓄電池的重量為 =390kg。</p><p>　　綜合考慮設計中的電動飛行器是飛行在天空中的，為此我們一定要確保其的安全性，我們要考慮到電池的老化以及其中的蓄電池突發(fā)性的損壞。所以我們最終選取的電池為400kg的重量。</p><

63、;p>　　4.5鋰離子電池的連接方式</p><p>　　由于單體蓄電池的端電壓較低，鋰電池為2.5/3.6V。而電動飛行器系統(tǒng)的工作電壓一般都較高300-600V，因而必須將多只單體電池串聯(lián)起來才能滿足需要。串聯(lián)電池組的特點是流過電池組本身的電流完全相等。由于各單體電池的電氣參數(shù)應材料、工藝等原因，不可能絕對完全相同，出廠時一般采用參數(shù)接近配組的方式，使蓄電池組中的各單體電池參數(shù)盡可能一致。串聯(lián)電池組的使

64、用特點之一就是每次充放電時都會放大上述單體電池間細微的差距，容量較少者每次充電時都存在過充電，而每次放電又存在過放電，久而久之，這種較差的電池就會加速損壞形成落后電池，從而導致整個蓄電池組性能下降或提前失效。具體表現(xiàn)為，單體電池質(zhì)量好，參數(shù)一致性好，配組嚴格，使用環(huán)境好（一般淺充淺放）的電池組壽命就長些。而單體電池質(zhì)量一般，參數(shù)一致性一般，配組不太嚴格，使用環(huán)境較差（經(jīng)常深充深放）的電池組壽命就短。雖然性能下降或失效的電池組僅是一個或數(shù)

65、個單體電池首先損壞引起的，也容易進行更換修復，但及時的檢查與更換，需要大量維護人員，同時在維護一段時間后還會出現(xiàn)新的落后電池。如果不及時檢查、發(fā)現(xiàn)并更換落后電池，輕則嚴重降低電池組服務時間，重則會造成落后電池</p><p>　　大量被使用的鋰離子電池標稱電壓為3.6V，充滿限制電壓為4.2V，當充電電壓超過4.2V時，就可能引起會發(fā)生燃爆現(xiàn)象；放電截止電壓為2.75V，當放電低于2.75V時，就會損傷電池，造成

66、容量的下降。將3塊電池并聯(lián)形成組，最后將102組電池串聯(lián)，動力電池分成8個電池包，裝在8個電池箱中。設計電池管理系統(tǒng)采用分布式網(wǎng)絡控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中在每個電池包中布置電池測控模塊，各個電池測控模塊通過485總線與電池管理系統(tǒng)中央控制器連接在一起形成整個系統(tǒng)。電池管理系統(tǒng)中央控制系統(tǒng)同時通過RS232總線將監(jiān)控信息發(fā)送到信息顯示器，通過CAN總線接口與整機控制系統(tǒng)進行通信。</p><p>　　電池組串聯(lián)的越多，

67、出現(xiàn)單節(jié)落后的幾率就越高，相對服務壽命就越短，雖然可以通過維護來維持壽命，但在整個壽命中需要多次維護，維護成本較高，同時也給用戶帶來不便。另外，由于單體電池有一定的溫度耐受范圍，在實際應用中如果體積過大，會產(chǎn)生局部的過熱，從而影響電池的安全和性能。因此，單體電池的大小受到限制，蓄電池不可能采用超大的單體鋰電池。</p><p>　　基于現(xiàn)有的正極材料和電池制造水平，單體電池之間尚不能達到性能的完全一致，在通過串并

68、聯(lián)方式組成大功率大容量動力電池組后，苛刻的使用條件也易誘發(fā) 局部偏差，從而引發(fā)安全問題。因此，為確保電池的性能良好、延長電池使用壽命(提50%以上)，必須使用BMS對電池組進行合理有效的管理和控制。電池成組后主要的問題有以下幾個方面： </p><p><b>　?。?）過充/過放</b></p><p>　　串聯(lián)的電池組充電/放電時，部分電池可能先于其他電池充滿/

69、放完。繼續(xù)充電/放電就會造成過充/過放，鋰電池的內(nèi)部副反應將導致電池容量下降、熱失控或者內(nèi)部短路等問題。 </p><p><b>　?。?）過大電流</b></p><p>　　并聯(lián)、老化、低溫等情況，均會導致部分電池的電流超過其承受能力，降低電池的壽命。 </p><p><b>　　(3) 溫度過高</b></

70、p><p>　　局部溫度過高，會使電池的各項性能下降，最終導致內(nèi)部短路和熱失控，產(chǎn)生安全問題。 </p><p><b>　?。?）短路或者漏電</b></p><p>　　因為震動、濕熱、灰塵等因素造成電池短路或漏電，威脅駕乘人員的人身安全。 </p><p>　　第5章 傳動機構(gòu)的設計</p><p

71、>　　在電動飛行器中，傳動機構(gòu)是及其重要的部分，螺旋電動機通過減速裝置，再經(jīng)過各種傳動機構(gòu)，將直流電動機產(chǎn)生的機械能與轉(zhuǎn)矩傳給螺旋槳，控制螺旋槳的轉(zhuǎn)動與電動飛行器在飛行過程中的各種動作。電動飛行器在陸地上行駛時，行駛電動機輸出的轉(zhuǎn)矩與機械能通過行駛部分的傳動裝置傳遞給底盤與車輪，從而完成電動飛行器在地面上行動時的各種動作。</p><p>　　5.1傳動系統(tǒng)的功能</p><p>　

72、　驅(qū)動橋的作用是將發(fā)電機發(fā)出的動力傳給驅(qū)動車輪；而變矩器、變速箱、主傳動器共同用來實現(xiàn)減速和變速；變速器可用來實現(xiàn)倒駛;離合器和變速器共同作用可以在必要時中斷動力傳遞；差速器起差速作用。</p><p>　　5.2 電動飛行器的傳動機構(gòu)</p><p>　　5.2.1 電動飛行器傳動機構(gòu)簡介</p><p>　　飛行器的電機所提供的動力要經(jīng)過傳動系統(tǒng)才能到達旋翼，從

73、而旋翼旋轉(zhuǎn)。其作用是將發(fā)動機的功率和轉(zhuǎn)速按一定比例傳遞到旋翼、尾槳和個附件。飛行器的性能在很大程度上取決于傳動系統(tǒng)的性能，傳動系統(tǒng)性能的好壞將直接影響飛行器的性能和可靠性。</p><p>　　飛行器傳動系統(tǒng)的的典型構(gòu)成為“三器兩軸”，即：主減速器、尾減速器、中間減速器、動力傳動軸和尾傳動軸。飛行器的發(fā)動機為渦輪軸發(fā)動機，其輸入轉(zhuǎn)速較高，所以要達到旋翼的設計轉(zhuǎn)速必須經(jīng)過主減速器減速。減速器的減速比一般比較大，例如

74、美國的武裝直升機阿帕騎的總傳動比為72.4，“黑鷹”直升機的總傳動比為81.故本飛行器的總傳動比設定為78。</p><p>　　直升機的主減速器傳動一般為3-4級傳動，本飛行器的主減速器分3級傳動，第1、2級為螺旋錐齒輪傳動，第3級為行星齒輪傳動，起位于主減底部，滾柱式超越離合器被設置在第2級。</p><p>　　5.2.2電動飛行器傳動機構(gòu)的改進</p><p&g

75、t;　　與普通飛機不同，本飛行器也進行了以下改進：分扭傳動技術(shù)的應用，進一</p><p>　　步發(fā)展的分扭技術(shù)具有高的傳動比、可以減少傳動級數(shù)、效率高、可靠性高、噪聲小、利于減重等優(yōu)點;采用東京周傳動技術(shù)，分解旋翼軸的載荷，有利于零部件的設計、減輕重量和提高可靠性;采用高速離合器級數(shù)，提高可靠性減輕重量;主減速器多采用軸~軸承~齒輪一體化設計，提高了可靠性，同時減輕了主減速器的重量;采用復合材料傳動軸、復合材料

76、機匣技術(shù)來減輕結(jié)構(gòu)重量;采用耐高溫軸承、齒輪材料、提高了傳動的壽命;采用深度氮化甚至納米技術(shù)以改變部件的表面特性，是不見得耐磨損性能提高，增加部件的使用壽命;發(fā)展了更為有效的潤滑油方式，如環(huán)下潤滑、離心甩油、多噴嘴噴射等。提高了滑油過濾精度，確保齒輪、軸承等轉(zhuǎn)動部件膜材副良好的潤滑和冷卻條件。</p><p>　　5.3 本飛行器傳動系統(tǒng)的特點</p><p><b>　?。?

77、）功率重量比高</b></p><p>　　飛行器的傳動系統(tǒng)相對于一般的減速傳動系統(tǒng)而言具有更高的功率重量比，作為航空部件必須嚴格控制質(zhì)量。即便如此，一般情況下主減速器人占據(jù)飛行器總質(zhì)量的1/7~1/9，所以為了進一步減輕重量必須采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化、潤滑系統(tǒng)優(yōu)化和選用高強度比材料等方法減輕重量，提高功率重量比。</p><p><b>　　（2）生存能力高</b>

78、;</p><p>　　電動飛行器過度飛行可能引起傳動系統(tǒng)故障，進而有可能使得潤滑油泄露，所以必須保證減速器有一定的干運轉(zhuǎn)能力。另外傳動系統(tǒng)必須具有一定的抗墜毀行，保證在墜落時傳動系統(tǒng)的零部件不進入駕駛艙。</p><p>　　（3）減速比、效率、可靠性高、良好的維護性</p><p>　　電動飛行器的發(fā)動機主要是永磁無刷直流電動機，其轉(zhuǎn)速很高，但是槳葉的運轉(zhuǎn)速度由

79、于激波和失速的限制不會很高，所以減速比就會很大，減速級就會增加，這也是傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)重量相對較大的原因。為了提高傳動的效率減速齒輪一般采用斜齒，而為了提高傳動的平穩(wěn)性，更好的辦法是采用人字齒。傳動系統(tǒng)為單路承載方式，一旦發(fā)生故障將是災難性的，這就要求傳動系統(tǒng)必須具有很高的可靠性。電動飛行器受空間和結(jié)構(gòu)限制，維修較為困難，因此要求傳動系統(tǒng)有良好的維修性。</p><p>　?。?）動力學問題較為突出、壽命高</

80、p><p>　　電動飛行器的最突出的問題之一就是振動問題，來自電機、旋翼以及尾槳的激振力相互疊加耦合，使得飛行器的傳動系統(tǒng)承受的載荷十分的復雜。不僅如此，在傳動系統(tǒng)傳動鏈中，各種不同轉(zhuǎn)速的構(gòu)件協(xié)同運轉(zhuǎn)。電機、旋翼系統(tǒng)與傳動系統(tǒng)之間存在振動耦合。但是本電動飛行器的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對于比較簡單，零部件數(shù)目一般，正式由于零件數(shù)目較少，故不易發(fā)生故障和失效，且故障較易檢測，維護性較好，要實現(xiàn)較長的使用壽命比較容易實現(xiàn)。<

81、/p><p><b>　　.</b></p><p><b>　　第6章 結(jié)論</b></p><p>　　本設計主要是對電力飛行器的動力系統(tǒng)作了研究，電力飛行器的通過調(diào)查研究設計，電力飛行器的優(yōu)勢相當明顯。價格較為適中，整體的設計完全是基于針對普通人的承受范圍，可以大大的減輕城市交通的壓力。具有噪音小出行方便等顯著優(yōu)點。但是

82、同樣也發(fā)現(xiàn)了很多應用上的問題，其中最為顯著的就是續(xù)航能力的不足。主要原因在于電池的容量不足大大限制了電動飛行器的發(fā)展，在當今社會電池容量已經(jīng)是社會普遍關(guān)注的問題，在社會各個行業(yè)內(nèi)，尤其是在手機，化工領(lǐng)域，很多企業(yè)與單位均在研究電池，在以后的時間內(nèi)一定會關(guān)注他們的設計，一旦有新的突破，則本款飛行器即可突破這個最大的桎梏。</p><p>　　隨著汽車工業(yè)以及科技的不斷發(fā)展，本小組設計的電動飛行器在未來會被越來越多的

83、普通家庭所接受，也必將給人們帶來方便。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 彭學彥。飛行汽車研究史話[J].汽車應用，2007 2（4）:87-89。</p><p>　　[2] 余雄慶，徐惠民，昂海松。飛機整體設計[M].北京航空工業(yè)出版社,2000 46-49。</p><p>

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89、1。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　光陰如梭，時間猶如白駒過隙，轉(zhuǎn)眼畢業(yè)就在眼前，而在這次畢業(yè)設計我聽過對知識的理解運用，收獲頗豐。</p><p>　　首先我要感謝新鄉(xiāng)學院機電工程學院給了我3年的?？平逃?，讓我有了一定的專業(yè)基礎(chǔ)，在我的畢業(yè)設計中正是這些專業(yè)基礎(chǔ)給了我很大的幫助。</p>&l

90、t;p>　　其次通過這次電動飛行器的設計，我對三年來所學的各種基礎(chǔ)知識和實際來了一次有機結(jié)合，學到了不少知識，本次設計是在我的導師**教授的指導下完成的，從最初我對本次設計的不了解到能夠整體把握再到比較順利的完成本次設計，這一步一步的走來，其中都包含了**導師耐心的指引和教導。通過本次設計，我從宏觀上掌握了電動機以及汽車的基本理論并深深的理解了在團隊中如何協(xié)作，如何更好的和團隊一起做好設計，這些寶貴的經(jīng)驗為我以后的工作提供了參考，

91、并且加深了我對以往學習的專業(yè)知識掌握情況。在本次設計中**導師始終踐行著“授人以魚，不如授之以漁”的原則，他經(jīng)常教導我們遇到問題先自己解決，自己解決不了的小組討論，討論還得不到結(jié)論的再找老師一起討論。這種學習模式的大大提高了學習的自主能動性，發(fā)揮了團隊合作精神。在此，我向**導師表達我最誠摯的謝意，感謝其給了我一個這么好的學習環(huán)境和對我的教導。</p><p>　　最后，衷心的感謝我的同學們給我的幫助。他們總是和