第1章 绪论
1.1 选题依据及研究意义
2013年，党的十八大制定了中国未来发展的蓝图，中国经济社会发展将进入一个新的发展阶段。在国际经济环境不稳定、不确定因素较多的情况下，中国经济依然保持稳定快速的发展，世界经济的重心已明显的向亚太地区转移，而中国作为亚洲经济的大国俨然成为引领世界经济发展的火车头。国家经济的发展带动人民生活水平的提高，随着人民收入的提高，追求健康的品质生活也愈演愈烈，近年来的旅游业的发展就是最好的体现；国家实行的大小节假日，实际上就是为了发展旅游经济，而一个国家旅游行业的发展成为拉动国家内需的主要产业之一。国家旅游产业的兴旺发展，不仅带来了国内游客的增加，而且也吸引了许多国外游客的中国之旅，然而光鲜的背后总存在着的许多问题，在高峰期各大旅游胜地相当拥堵。导致事故增加，严重影响游客心情。因而大力发展的近郊旅游也逐渐引起了国家的关注。
另外我国目前积极实行城乡一体化的经济发展，特别是由城市带动周边乡镇发展，经济的快速增长带来家庭轿车的大幅度增加，尽管国家道路交通也在大力发展，但是仍就满足不了日益严重的交通拥挤与堵塞问题，尤其是高峰期特别是大小节假日的拥挤与堵塞，已严重影响了经济的可持续发展。
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。 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
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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，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，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
新型近距离交通工具的开发和研究，国内国外都有很多的形式，但都不是太近如人意。 1.3.1 国外现状
国外对电动飞行汽车有很多研究，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
国内基本没有涉及汽车飞机的资料，通过查阅，发现南京航空航天大学一篇 2007 届本科生毕业论文对汽车飞机模型做了部分探究，但是常规的布局让其看起来更像是一架飞机，而且主翼没有设计旋转机构。然而国内的电动汽车已初步成熟，特点是利用蓄电池作为电能输出，但是不能飞行。
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
蓄电池?6?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。
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领域的发展为电动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。而此电动飞行器的设计主要是针对中高层收入家庭，发展方向也主要集中在中高层阶段，由于考虑到能耗问题以及技术的问题其价格在100万左右。
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第2章 电动飞行器的初步设计
2.1 电动飞行器的总体设想
本设计主要是在电动汽车的基础上，去掉发动机改由电动机并加装螺旋桨，根据文献资料，国外一款法拉利飞行跑车如图2-1所示与本设计相似，这种飞行汽车是在价值大约20万英磅的法拉利599GTB跑车设计方案的基础上改进而成，车身上装有8个―风扇‖。在地面上行驶时，这些风扇为汽车提供稳定但并不是太强的推动力。一旦升入空中，汽车就变得好象直升飞机一样，可以俯冲，可以向前，还可以左右转动改变方向。目前这款汽车还处于初期的设计阶段，但实验模型已经证实了法拉利这种奇妙的想法是确实可行的。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美观以及实现飞行的可能性。
如图2-1 法拉利电动飞行器模型
2.2 电动飞行器的工作原理
电动飞行器的螺旋桨?1?是由8个独立的电机来驱动。尽管是8个驱动，但因为飞行器具有六个坐标输出，所以仍然是欠驱动和动力不稳定的系统。沿着任意给定方向的独立运动，飞行器如果没有给予足够多的运动驱动。而且前罩4个与后罩4个螺旋桨形成互补关系，那么该飞行器就是欠驱动的，因此为了实现全部的运动控制目标。必然存在旋转力矩与平移系统的耦合。给出前后车罩各四个螺旋桨工作时的示意图如图2-2所示，可以看出每两组螺旋桨以相反的方向旋转，通过改变螺旋桨速度，就可以改变升力并产生各种动作。同时增加或者减小四个螺旋桨的速度可以产生垂直运动。相反的改变相对的螺旋桨的速度可以产生滚动
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以及相应的侧向运动。同理，俯仰运动和相应的侧向运动来自于另外的相对的螺旋桨速度的相反改变，偏航运动则更加复杂，因为它来自于每对螺旋桨反力矩的差异。向上或向下的动作是同时增加或减小所有四个螺旋桨来控制的，前后螺旋桨推力的差异产生俯仰力矩导致前后动作的转换。同理左右运动的转换时通过左右螺旋桨的推力来改变的。
如图2-2 8个螺旋桨的工作过程示意图
2.3 电动飞行器的初步设计参数
参照汽车设计师考虑机械布局所弥定的外形尺寸进行大体轮廓设计，为根据经验总结的各主要级别（主要乘用车）的常见尺寸范围如表2-1。
表2-1 常见车型尺寸范围
中小型车 7