想象的翅膀 一基于折迭翼式可飞行汽车对折迭翼式可飞行电动自行车的可行性分析 人类渴望自由，所以从几千年前就有了在空中像鸟类一样自由飞翔的梦想。古希腊的阿 尔希塔斯所制造的机械鸽、澳大利亚的飞去来器（又名回旋镖）、中国的孔明灯和风筝，无 一不是人类对“飞”的渴望的体现。 明朝的万户，或许你对这个名字有些陌生，但你一定听说过他的故事：14世纪末期， 明朝的士大夫万户把47个自制的火箭绑在椅子上，自己坐在椅子上，双手举着2只大风筝， 然后叫人点火发射。不行火箭爆炸，万户也为此献出了生命，然而万户作为“世界上第一个 想利用火箭飞行的人”，不仅点燃了人们的“飞行梦”，更为后人点明了了一条实现飞行梦的 路。15世纪，意大利的列奥纳多·达芬奇也曾设计过飞行器。 现代飞行器的发展，得益于19世纪工业革命带来的科学和技术的巨大飞跃。19世纪， 不断有人试图突破空气的舒服，但都以失败告终。随着内燃机的发明和广泛应用，在空气中 的飞行也逐渐成为可能。1903年，美国的莱特兄弟率先在美国制造出能够飞行的飞机，并 且实现了人类千百年来的“飞行梦”。随后，飞机及其相关的科学和技术得到了飞速发展。 从最初的模仿鸟儿飞行到另辟蹊径乘风筝和火箭上天，从孔明灯到载人热气球和飞艇， 从滑翔机实验对解决操控难题的重大贡献到飞机的发明首次实现可操控、有动力的载人飞行， 到现如今的火箭、航天飞机和人体飞行器，飞行器的发展史见证了人类一步步实现“飞行梦”。 如今，我们可以自豪地说：“飞行不再是一个梦！” 而科技的发展、不断创新的需求、多功能的开发（两栖甚至三栖）以及堵车等因素导致 了会飞的汽车的诞生。 日前，美国Terrafugia公司研制的Transition”通过了首轮飞行测试，最大展翅宽8米， 最大翼长5.7米，高约2米，长约6米，地面最高时速83km/h,空中最高时速185km/h。 TERRAFUGIA DrivenToFly.com 空中飞行姿态图
想象的翅膀 ——基于折迭翼式可飞行汽车对折迭翼式可飞行电动自行车的可行性分析 人类渴望自由，所以从几千年前就有了在空中像鸟类一样自由飞翔的梦想。古希腊的阿 尔希塔斯所制造的机械鸽、澳大利亚的飞去来器（又名回旋镖）、中国的孔明灯和风筝，无 一不是人类对“飞”的渴望的体现。 明朝的万户，或许你对这个名字有些陌生，但你一定听说过他的故事：14 世纪末期， 明朝的士大夫万户把 47 个自制的火箭绑在椅子上，自己坐在椅子上，双手举着 2 只大风筝， 然后叫人点火发射。不行火箭爆炸，万户也为此献出了生命，然而万户作为“世界上第一个 想利用火箭飞行的人”，不仅点燃了人们的“飞行梦”，更为后人点明了了一条实现飞行梦的 路。15 世纪，意大利的列奥纳多·达·芬奇也曾设计过飞行器。 现代飞行器的发展，得益于 19 世纪工业革命带来的科学和技术的巨大飞跃。19 世纪， 不断有人试图突破空气的舒服，但都以失败告终。随着内燃机的发明和广泛应用，在空气中 的飞行也逐渐成为可能。1903 年，美国的莱特兄弟率先在美国制造出能够飞行的飞机，并 且实现了人类千百年来的“飞行梦”。随后，飞机及其相关的科学和技术得到了飞速发展。 从最初的模仿鸟儿飞行到另辟蹊径乘风筝和火箭上天，从孔明灯到载人热气球和飞艇， 从滑翔机实验对解决操控难题的重大贡献到飞机的发明首次实现可操控、有动力的载人飞行， 到现如今的火箭、航天飞机和人体飞行器，飞行器的发展史见证了人类一步步实现“飞行梦”。 如今，我们可以自豪地说：“飞行不再是一个梦！” 而科技的发展、不断创新的需求、多功能的开发（两栖甚至三栖）以及堵车等因素导致 了会飞的汽车的诞生。 日前，美国 Terrafugia 公司研制的“Transition”通过了首轮飞行测试，最大展翅宽 8 米， 最大翼长 5.7 米，高约 2 米，长约 6 米，地面最高时速 83km/h，空中最高时速 185km/h。 空中飞行姿态图
地面行驶图 那么，既然连汽车都能“飞”，是不是可以出现更小型、轻便、大众化的飞行器呢？在人 类能主动控制的小型飞行器械中，更多出现的可能是利用喷气作反冲运动来控制的滑翔伞或 者座椅，而少有用翼型来控制飞行的。故在此分析是否可用类似的技术造出一部能“飞”的电 动自行车。 一、动力部分 Transition”搭载Rotax912ULS发动机，最大功率能达到100匹马力(73.5kw),峰值扭 矩为转速5100pm(每分钟转速)时128Nm,重约25kg,不仅可以驱动安装在尾部的螺旋 桨，也可驱动汽车后轮。 设计的自行车可以使用4个博世GSB18VE-2-LI冲击钻，每个可以输85Nm的最大扭 矩和并达到最大转速1800rpm,通过齿轮比和冲击钻开启个数的调整，可以达到从0到2500N 间歇不等的驱动力（假设齿轮比为4、机械效率为0.9、车轮半径为0.5m)(驱动力=扭矩* 齿轮比*机械效率/轮胎半径) 二、翼片设计 由于小型飞行器仅需低空飞行，且需要起飞的距离较短，巡航速度不需要太大，所以使 用高升力翼型，故以NACA2414-Mod为例作图，可知其具有大的上表面前缘半径，以减小 大迎角下负压峰值，上表面较平坦，有均匀的载荷分布。由于“飞车”升力=1/2*p*v2*s*cl (p为大气密度，约1.3kgm2,v为运动速度，s为翼片面积，cl为升力系数)且阻力与升 力的比率为c/cd,通过下图可计算出在雷诺数（表征流体流动时惯性力和粘性力的比率） 达到400000时cl与cd的差值约等于1，则升力与阻力的数量差约为1500N时（假设速度 为40m/s,面积为0.5*1.5*2m)可以载人离开地面
地面行驶图 那么，既然连汽车都能“飞”，是不是可以出现更小型、轻便、大众化的飞行器呢？在人 类能主动控制的小型飞行器械中，更多出现的可能是利用喷气作反冲运动来控制的滑翔伞或 者座椅，而少有用翼型来控制飞行的。故在此分析是否可用类似的技术造出一部能“飞”的电 动自行车。 一、动力部分 “Transition”搭载 Rotax 912ULS 发动机，最大功率能达到 100 匹马力（73.5kw），峰值扭 矩为转速 5100rpm（每分钟转速）时 128Nm，重约 25kg，不仅可以驱动安装在尾部的螺旋 桨，也可驱动汽车后轮。 设计的自行车可以使用 4 个博世 GSB 18 VE-2-LI 冲击钻，每个可以输 85Nm 的最大扭 矩和并达到最大转速 1800rpm，通过齿轮比和冲击钻开启个数的调整，可以达到从 0 到 2500N 间歇不等的驱动力（假设齿轮比为 4、机械效率为 0.9、车轮半径为 0.5m）（驱动力=扭矩* 齿轮比*机械效率/轮胎半径） 二、翼片设计 由于小型飞行器仅需低空飞行，且需要起飞的距离较短，巡航速度不需要太大，所以使 用高升力翼型，故以 NACA 2414-Mod 为例作图，可知其具有大的上表面前缘半径，以减小 大迎角下负压峰值，上表面较平坦，有均匀的载荷分布。由于“飞车”升力=1/2*ρ*v^2*s*cl （ρ为大气密度，约 1.3kg/m^2，v 为运动速度，s 为翼片面积，cl 为升力系数）且阻力与升 力的比率为 cl/cd，通过下图可计算出在雷诺数（表征流体流动时惯性力和粘性力的比率） 达到 400000 时 cl 与 cd 的差值约等于 1，则升力与阻力的数量差约为 1500N 时（假设速度 为 40m/s，面积为 0.5*1.5*2m）可以载人离开地面
NACA 2414-Mod, Re=50000 Mach=0.0000-NCrit=9.00 Upper part Cp Vs X (pressure coefficient)for Alpha=2.0 degrees Lower part 2.0 1.0 0.5 0.0 0. 0.00 0.100.200.30 0.40 0.500.600.700.800.901.001.10120130140 1.50 Page 21 of 43.Drawn by Profili 2.15b on dats proceased by XFoil-Copyright (C)1995-2004-All rights reserved. ACA2414MOd Re=50000 Mach=0.0000.ici9.00 Cp distribution for Alpha=2.0 degrees 11 TTTTTT Page 21 of 43 Drawn by Profili 2.156 on data processed by XFoil.Copyright (C)1995-2004.All rights reserved 攻角为2时周围气体压强曲线与模拟图
攻角为 2°时周围气体压强曲线与模拟图
NACA 2414-Mod. AHa-8.0= A703 Alfa60= A8 他8 A630 Ah0.0= A1fa1.0= Alfa 2.0= Alfa 3.0= Aa4.0题 Alfa 5.0 Alfa 6.0 A370= Alfa 8.0= Alfa 9.0= A13400 Aia11.0 Alfa 12.0 Alfa 13.0 CMRel Cd(Re): 0.10 0.08 0.0 004 0.02 0.00 OK 133K 267K 400K OK 133K 267K 400K Re Page 1 of 2-Drawn by Profili 2.15b on data processed by XFoil-Copyright (C)1995-2004-All rights reserved. C/cd随雷诺数变化图 三、重量分析 Transition”总自重440kg,最大飞行重量650kg。而使用的自行车车架可以使用公路自 行车的碳纤维车架，车轮使用山地自行车的较宽车轮，增加与地面接触面积提高抓地力，再 算上轻量化的尾部小型螺旋桨、翼片齿轮传动机构以及四个冲击钻（每个2.2kg),总自重约 为50kg,则根据以上计算，最大飞行重量为150kg,也就是说能承载正常体型人的重量。 由此看来，在理想状态下，这辆自行车能够顺利升空，具体还需要考虑车周围的流场与 翼型的匹配、电机带动的车轮是否能达到足够的速度、飞行时如何保证安全等问题。 一旦付诸现实，我们就能在一个阳光明媚的早晨，独自一人骑车来到郊外，找到一块空 地安装上“翅膀”，迎面而来的风就可以带着你自由飞翔。 当然以上都是我个人的设想，具体是否可行还需要更深入的研究与讨论，然而无论对错 与否、可行与否，这就算作是我个人的一个“飞行梦”吧！ 5110109173 卫思懿
Cl/cd 随雷诺数变化图 三、重量分析 “Transition”总自重 440kg，最大飞行重量 650kg。而使用的自行车车架可以使用公路自 行车的碳纤维车架，车轮使用山地自行车的较宽车轮，增加与地面接触面积提高抓地力，再 算上轻量化的尾部小型螺旋桨、翼片齿轮传动机构以及四个冲击钻（每个 2.2kg），总自重约 为 50kg，则根据以上计算，最大飞行重量为 150kg，也就是说能承载正常体型人的重量。 由此看来，在理想状态下，这辆自行车能够顺利升空，具体还需要考虑车周围的流场与 翼型的匹配、电机带动的车轮是否能达到足够的速度、飞行时如何保证安全等问题。 一旦付诸现实，我们就能在一个阳光明媚的早晨，独自一人骑车来到郊外，找到一块空 地安装上“翅膀”，迎面而来的风就可以带着你自由飞翔。 当然以上都是我个人的设想，具体是否可行还需要更深入的研究与讨论，然而无论对错 与否、可行与否，这就算作是我个人的一个“飞行梦”吧！ 5110109173 卫思懿
