基于一種越障飛馳的風光電動車專利的設計

郭 強，李曉云，郭瑞柱，聶 印，李宇翔，李曉明

（1.太原理工大學 現代科技學院，山西 太原030024；2.晉中學院，山西 榆次030600；3.太原理工大學，山西 太原030024）

1 飛車外形與底盤結構設計

車身部分由橢球形柔性光伏板拼接而成，美觀大方，是車輛地面行進的主要能源。

圖1 為飛車動力部分側視結構。

圖1 飛車動力部分側視結構

飛車的底盤尺寸為3.2 m×1.6 m×0.5 m，圖2 為飛車動力部分側視結構。底盤材料采用聚丙烯板和輕質合金板，既提高了硬度，防止外部撞擊，又減輕了車輛自身的質量。底盤內用于導風的管狀零件采用PVC 管，也為車輛的起飛起到了促進作用。

需要特別說明的是圖1 中的4 為一顆特殊設計的風力發電機，它的定轉子可以逆向旋轉，其發出的電能是普通風力機的4 倍，并主要為起飛提供動力。

其原理詳見本期P62—P63 王鵬興文章《基于“一種特殊的車載風力饋電裝置”的發電機設計》。

車底布局如圖2 所示。

圖2 車底布局

圖2 中所有風力機的橫中板都是安置風力機的軸架，底盤中央設置直徑為1.5 m 的特殊的雙轉風力機，四周的每個角上分別設置1 個直徑為0.6 m 的小風力機。在車輛正常行駛時，5 個風力機同時受行駛中的風力作用帶動風力機發電，將產生的電能存儲到電池內，供車輛使用。在需要升空時，5 個風力機同時運行，底盤中央的雙轉發電機帶動螺旋槳電機為車輛提供主要升力，四周的4 個小風機通過電腦的調控來維持車輛飛行時的平衡。

圖3 為底盤內部孔槽結構。

圖3 底盤內部孔槽結構

如圖3 所示，4 個角小風機空間由PVC 管制作，上部偏錐心筒是為了保證出口在上表面4 個角部位的（圖中只畫了前2 個）。中央部分為上、下空腔，是為特殊的風力機專設。進風分上、下方形入口，分別進入上下2 個空腔，以確保定轉子逆向旋轉，并掠過角部風葉腔，確保其轉向相反。后部為直徑0.45 m 的風道，是雙轉風力機的出風口，也是導引飛行的驅動。

2 風光飛車配置與運行工況

2.1 能量分配與電瓶配置

光伏板（36 V、2 kW）與中央雙轉風力機（36 V、4 kW）并聯，輸入一個36 V、500 AH 的鋰電儲能器，主要供正常運行和起飛時用電；底角4 個小風力機（12 V、100 W×4）與尾部風力機（12 V、500 W）輸入一個12 V、60 AH 的普通電瓶（鉛酸）中，供控制、風洞電機與燈光等非動力負載使用。

2.2 風力機升力估算

空氣動力學的螺旋槳升力計算公式：直徑（m）×螺距（m）×槳寬度（m）×轉速平方（r/s）×1 大氣氣壓（1 標準大氣壓）×經驗系數（0.25）=拉力（kg）。

頂部螺旋槳（直徑2 m，螺距1 m，槳寬度0.2 m，轉速3 000 r/min），所以車頂螺旋槳升力為2×1×0.2×502×1×0.25=250 kg；底部中央雙轉（直徑1.5 m，螺距1 m，槳寬0.2 m），其轉速決定于尾部風洞的風力流速；風洞電機設定轉速為3 000 r/min，則按一半轉速估算其升力為1.5×1×0.2×252×1×0.25=46.875×2=93.75 kg，其總升力為250+93=343 kg。

四角（直徑0.6 m，螺距0.3 m，槳寬0.05 m）升力微不足道，能協調起飛后的平衡即可。

尾部（直徑1.2 m，螺距0.8 m，槳寬0.1 m），尾部風洞也同時促進了其轉速，所以推進力為1.2×0.8×0.1×252×1×0.25=15 kg，可以驅動升空后約300 kg 的飛車低速運行。

2.3 車輛運行工況

在車輛需要升空越障時，關閉四角頂端的風口，在底盤5 個風機與中央螺旋槳的作用下，短時間為車輛提供很大的升力，使車輛直升離開地面。設定高度為4 m 以上，設定飛行速度（不超過20 km/h）與距離，由底盤尾箱中的風筒和尾部風力機驅動。

在車輛越過障礙需要降落時，頂部螺旋槳逐漸降低轉速，在下降到一定高度時收起螺旋槳，待平穩落地后電池停止對所有電動機輸出能量，打開四角頂端開口。

正常行駛時，車身部分的柔性光伏板，將光能轉化為太陽能存儲到蓄電池內。將車頂部的螺旋槳鎖死，車底部的5個風力機受到行駛時的風力及風洞作用旋轉，產生電能。

3 目前工作狀況

專利申報正在進行中，實驗室試運行告一段落，控制部分正在設計，爭取實現智能化控制；美中不足的方面是能量不足以驅動更大更重的飛車。熱忱歡迎有識之士踴躍參與其中，使其盡早成為產品。