基于一种越障飞驰的风光电动车专利的设计

2020-03-12李晓云郭瑞柱李宇翔李晓明

科技与创新 2020年4期

关键词：螺距风力机飞车

郭强，李晓云，郭瑞柱，聂印，李宇翔，李晓明

（1.太原理工大学现代科技学院，山西太原030024；2.晋中学院，山西榆次030600；3.太原理工大学，山西太原030024）

1 飞车外形与底盘结构设计

车身部分由椭球形柔性光伏板拼接而成，美观大方，是车辆地面行进的主要能源。

图1 为飞车动力部分侧视结构。

图1 飞车动力部分侧视结构

飞车的底盘尺寸为3.2 m×1.6 m×0.5 m，图2 为飞车动力部分侧视结构。底盘材料采用聚丙烯板和轻质合金板，既提高了硬度，防止外部撞击，又减轻了车辆自身的质量。底盘内用于导风的管状零件采用PVC 管，也为车辆的起飞起到了促进作用。

需要特别说明的是图1 中的4 为一颗特殊设计的风力发电机，它的定转子可以逆向旋转，其发出的电能是普通风力机的4 倍，并主要为起飞提供动力。

其原理详见本期P62—P63 王鹏兴文章《基于“一种特殊的车载风力馈电装置”的发电机设计》。

车底布局如图2 所示。

图2 车底布局

图2 中所有风力机的横中板都是安置风力机的轴架，底盘中央设置直径为1.5 m 的特殊的双转风力机，四周的每个角上分别设置1 个直径为0.6 m 的小风力机。在车辆正常行驶时，5 个风力机同时受行驶中的风力作用带动风力机发电，将产生的电能存储到电池内，供车辆使用。在需要升空时，5 个风力机同时运行，底盘中央的双转发电机带动螺旋桨电机为车辆提供主要升力，四周的4 个小风机通过电脑的调控来维持车辆飞行时的平衡。

图3 为底盘内部孔槽结构。

图3 底盘内部孔槽结构

如图3 所示，4 个角小风机空间由PVC 管制作，上部偏锥心筒是为了保证出口在上表面4 个角部位的（图中只画了前2 个）。中央部分为上、下空腔，是为特殊的风力机专设。进风分上、下方形入口，分别进入上下2 个空腔，以确保定转子逆向旋转，并掠过角部风叶腔，确保其转向相反。后部为直径0.45 m 的风道，是双转风力机的出风口，也是导引飞行的驱动。

2 风光飞车配置与运行工况

2.1 能量分配与电瓶配置

光伏板（36 V、2 kW）与中央双转风力机（36 V、4 kW）并联，输入一个36 V、500 AH 的锂电储能器，主要供正常运行和起飞时用电；底角4 个小风力机（12 V、100 W×4）与尾部风力机（12 V、500 W）输入一个12 V、60 AH 的普通电瓶（铅酸）中，供控制、风洞电机与灯光等非动力负载使用。

2.2 风力机升力估算

空气动力学的螺旋桨升力计算公式：直径（m）×螺距（m）×桨宽度（m）×转速平方（r/s）×1 大气气压（1 标准大气压）×经验系数（0.25）=拉力（kg）。

顶部螺旋桨（直径2 m，螺距1 m，桨宽度0.2 m，转速3 000 r/min），所以车顶螺旋桨升力为2×1×0.2×502×1×0.25=250 kg；底部中央双转（直径1.5 m，螺距1 m，桨宽0.2 m），其转速决定于尾部风洞的风力流速；风洞电机设定转速为3 000 r/min，则按一半转速估算其升力为1.5×1×0.2×252×1×0.25=46.875×2=93.75 kg，其总升力为250+93=343 kg。

四角（直径0.6 m，螺距0.3 m，桨宽0.05 m）升力微不足道，能协调起飞后的平衡即可。

尾部（直径1.2 m，螺距0.8 m，桨宽0.1 m），尾部风洞也同时促进了其转速，所以推进力为1.2×0.8×0.1×252×1×0.25=15 kg，可以驱动升空后约300 kg 的飞车低速运行。