三棲飛車的製作方法
2023-05-02 12:44:12 3
本發明涉及車輛和飛行器技術，特別是一種三棲飛車。
背景技術：
研製飛車是人們一直追求的夢想，由來已久。迄今，現有的飛車大致有三類：①將固定翼飛機的機翼與車相組合的飛車，如美國Terrafugia公司研製的transition飛車；②將類似於直升機的旋翼與車相組合的飛行車，如荷蘭PALV Europe公司研發的PAL-V飛車；③將多個可傾轉涵道螺旋槳與車相組合的飛車，如莫勒公司skycarM400飛車，能垂直起降。①的飛車，陸行時，機翼需要摺疊，或者要將機翼長方向後轉到順車身長；該類飛車起飛時仍需要滑跑不小的距離；該類飛車佔空間尺度大。②的飛車，能垂直起降，但和傳統直升機一樣飛行速度慢。③的飛車，特別是可傾轉式涵道螺旋槳的飛車，能垂直起降，且能和①的飛車差不多一樣速度飛行。但是，上述三類飛車飛行時存在嚴重的缺陷，即車輪機構成為「死重」，而且風阻大；在陸地行駛時，機翼或旋翼機構成為「死重」，所以能量浪費嚴重，這太欠符合研製飛車的基本原則-代價要小且功效要佳。其次，現有的飛車，均無法在水上停留和航行，只能是陸空兩棲飛車。
技術實現要素：
為了克服現有飛車的上述缺陷，本發明設計一種三棲飛車，它的機翼連帶涵道式風扇形車輪能象鳥翅一樣收展，可更根據面臨的處境，隨時在陸、水、空之間靈活轉換運動。
本發明通過下述技術方案實現。
圖1是三棲飛車的構造示意圖，也是三棲飛車陸棲時的示意圖，圖2是圖1的左視圖。如圖1示，縱向軸5被聯繫於車身2上部；在軸5前部向前下方聯接前機翼4，在前機翼4上設置前副翼4-1、前舵機4-1-1，前副翼4-1與前舵機4-1-1聯繫；在軸5後部向後下方聯接後機翼9，在後機翼9上設置後副翼9-1、後舵機9-1-1，後副翼9-1與後舵機9-1-1聯繫；在軸5中部安裝蝸輪6。如圖1圖2示，軸5、蝸輪6、前機翼4、後機翼9對稱於車身2左右設置。如圖1示，前機翼4的下部、後機翼9的下部分別靠在前擋塊19、後擋塊10。圖3是圖1的A-A剖視簡圖，圖4是圖1的B-B剖面簡圖。如圖1圖4示，一號電機8的定子固定於車身2內頂中部；蝸杆7與一號電 機8的轉子軸向聯接，然後，蝸杆7的兩端插入車身2內頂部上的掛耳2-1並配成轉動配合；蝸杆7與蝸輪6配成傳動配合，而且蝸杆7的左部7-1傳轉蝸輪6的方向與蝸杆7的右部7-2傳轉蝸輪6的方向相反。如圖3示，在二號電機1-2的外轉子外圓均布聯接數個風扇葉片1-1，在風扇葉片1-1的頂端聯接輪輞1-3，在輪輞1-3上安裝輪胎1-4，車輪1如此構成。車輪1似涵道式風扇。在二號電機1-2的定子軸上安裝電磁剎車器21，電磁剎車器21的剎車頭與外二號電機1-2的外轉子的端面對應。二號電機1-2的定子軸的右端聯接於伺服電機20的外轉子的外圓。伺服電機20的外轉子的上端與減震器3的下端聯接。如圖1至圖3示，前機翼4、後機翼9的下端與減震器3的上端聯接。
如圖1示，在車身2上設置操縱器18、駕駛員座椅17、拉推器15、智能控制器13(含計算機、驅動器、無線電臺等)、蓄電池12、發電裝置11，環境感知傳感器(包括攝像頭、雷射雷達、GPS定位接收器等。在圖中未畫)、速度傳感器(在圖中未畫)，蓄電池12與發電裝置11用導線連接。操縱器18中含啟動、運動(陸、水、空)模式切換、方向、油門、剎車、前舵機4-1-1、後舵機9-1-1、一號電機8及拉推器15操控裝置，操縱器18中有操控(人控、遙控、自主控制)方式切換開關。起落板16的垂直板穿過車身2的底板並配成滑動配合，起落板16的垂直板的上端聯結豎杆14，起落板16的水平板處於車身2的底板外。豎杆14與拉推器15配成傳動配合。一號電機8、二號電機1-2、伺服電機20、前舵機4-1-1、後舵機9-1-1、操縱器18、拉推器15、環境感知傳感器、速度傳感器均與智能控制器13電連接。
對所述三棲飛車進行操控的方式有三種方式：人控、遙控、自主控制。人控，即駕駛員乘車直接操控操縱器18向智能控制器13發司令信號，智能控制器13再根據需要給各電機、各舵機、拉推器15通電或斷電。遙控指人離開三棲飛車，用遙控器向智能控制器13發號司令。自主控制，是智能控制器13根據環境感知傳感器、速度傳感器和駕駛軟體進行控制。
三棲飛車，如圖1示，在陸上，智能控制器13給各二號電機1-2通相同的電(包括電壓和電流大小或頻率、電流方向)、不同的電，可使車以不同的速度前進、後退、轉彎、繞垂直中心360°滾動旋轉。車靜止時，使拉推器15推出起落板16，車身2帶著車輪1離開地面適當高度。然後，操控一號電機8轉動驅轉蝸杆7，蝸杆7傳動蝸輪6，蝸輪6帶轉軸5，從而使前機翼4和 後機翼9展開一些，以使車輪1遠離車身2，接著操控伺服電機20以使車輪1轉過不同角度，然後，可使車向任意方向平行移動。平行移動完後，通過反向操控使車輪1、起落板16歸原位。前擋塊19、後擋塊10的作用是，三棲飛車在陸上前行時，大大減小前機翼4、後機翼9的根部所受力矩。要剎車時，先使二號電機1-2斷電，接著，一方面利用二號電機1-2失電後的轉動慣量發電回收能量同時產生制動力；另一方面智能控制器13驅動電磁剎車器21的剎車頭牴觸電機1-2的外轉子的端面造成摩擦產生制動力。
三棲飛車若要從陸地升起並在空中飛行，智能控制器13先給拉推器15通正方向電，以向下推起落板16觸地，直到車升起且車輪1離地，然後智能控制器13給一號電機8通電，從而使前機翼4和後機翼9完全展開，其上的車輪1也隨著斜升至水平位(如圖5示。圖5是三棲飛車展開機翼後的俯視示意圖)，這時三棲飛車象四旋翼飛機。智能控制器13給二號電機1-2通電，車輪1旋轉，風扇葉片1-1旋動空氣向下，三棲飛車垂直升起，升到某高度，通過控制各個車輪1旋轉的轉速和轉向，可使三棲飛車象四旋翼飛機一樣靈活運動。到達某高度，智能控制器13給伺服電機20通電，使車輪1逐漸向前傾轉至車輪1的風扇葉片1-1掃略平面處於垂直方向(如圖6示。圖6是三棲飛車平飛時的俯視示意圖)，在此過程，三棲飛車向前上方運動，直到平飛。三棲飛車平飛時，前機翼4和後機翼9產生升力，旋轉的風扇葉片1-1提供推進力，而俯仰、方向及橫向的控制，是智能控制器13對前舵機4-1-1、後舵機9-1-1聯合操動以使對應的副翼適當偏轉而實現的。三棲飛車平飛時，起落板16一直不上收，起到一定的平尾和垂尾的作用。要使三棲飛車從平飛轉為四旋翼飛機飛行模式，控制車輪1逐漸向上傾轉至風扇葉片1-1掃略平面處於水平方向。三棲飛車降落，應從四旋翼飛機狀降落。落地時，起落板16先著地，然後給一號電機8通電，使前機翼4和後機翼9收回至車身，最後收起落板16。
情況適合情況下，三棲飛車也能滑跑起飛以節省能耗。方法是，下推起落板16觸地，直到車輪1離地，再使機翼(前機翼4和後機翼9)展開合適角度停止，收起落板16使車輪1著地。滑跑到一定速度，利用機翼產生的足夠升力升起，這時車已獲得了前飛慣性，車剛一離地，應立即迅速扭轉車輪1使其端面朝前，以提供前飛動力，接著使機翼完全展開，進入正常飛行。
當三棲飛車進入較深水域時，靠浮力浮起後，先使前機翼4和後機翼9 張開適當角度，接著控制車輪1使風扇葉片1-1掃略平面朝前(如圖7圖8示。圖7是三棲飛車在水上時的示意圖，圖8是圖7的左視圖)，然後使車輪1旋轉，起到類似划水螺旋槳推進器的作用，三棲飛車將向前航行。三棲飛車航速、航向的控制、原地旋轉的控制、任意平移運動的控制，方法同在陸地行駛模式的。當三棲飛車處於動態水域時，根據水的運動速度和方向，調整各車輪1的風扇葉片1-1掃略平面方向和轉速，可使三棲飛車在水上定點，這對執行水下探測、打撈等任務是難得的。
三棲飛車與在背景技術中所述的①飛車或②飛車相比：在陸上行駛時，①飛車空中推進螺旋槳機構或②飛車的旋翼機構、機翼或旋翼的摺疊驅動機構、尾翼都是「死重」，共有三件「死重」，而且它們的機翼、尾翼都有不小的空氣阻力。而三棲飛車在陸上行駛時，一號電機8、蝸杆7、蝸輪6、軸5組成的機翼4和機翼9的收展機構是「死重」，四個伺服電機20、起落板16及拉推器15也是「死重」，共有七件「死重」，比①飛車或②飛車的多四件「死重」。然而，「死重」件數多並不能表示總的「死重」質量值就大。比如，按現有技術常識估計，①飛車的空中推進螺旋槳機構的質量或②飛車旋翼機構的質量，不會小於三棲飛車的四個伺服電機20的。似乎有一個問題，三棲飛車的機翼也是「死重」，可是，此「死重」差不多與現有飛車上固定車輪的構件的「死重」相當，兩者相比時，大可認為相抵消。所以，在陸上行駛時，三棲飛車總的「死重」質量和①飛車或②飛車的差不多一樣。而且三棲飛車在陸上行駛時，沒有機翼或旋翼、尾翼造成的空氣阻力，而且佔空間比①飛車或②飛車佔空間小許多。在空中飛行，①飛車或②飛車的四個車輪成為「死重」，機翼或旋翼的摺疊驅動機構也是「死重」。而三棲飛車在空中飛行，一號電機8、蝸杆7、蝸輪6、軸5組成的機翼4和機翼9的收展機構是「死重」，四個伺服電機20及拉推器15也是「死重」，因起落板16功能相當於尾翼而非「死重」。四個伺服電機20及拉推器15「死重」總質量，比①飛車或②飛車的四個車輪的「死重」總質量要小不少。而且，三棲飛車車輪的空氣阻力比①飛車或②飛車的四個車輪的空氣阻力要小。總之，三棲飛車比①飛車或②飛車浪費的能量要小。
三棲飛車與在背景技術中所述③的飛車相比：在陸上行駛時，按現有技術常識估計，③的飛車的涵道螺旋槳(至少要四套)及其傾轉機構的總「死重」質量，比三棲飛車的一號電機8、蝸杆7、蝸輪6、軸5組成的機翼4和 機翼9的收展機構、四個伺服電機20、起落板16及拉推器15總「死重」質量大，而且涵道螺旋槳有風阻。在空中飛行，③的飛車的涵道螺旋槳的傾轉機構及車輪的總「死重」質量，比三棲飛車的一號電機8、蝸杆7、蝸輪6、軸5組成的機翼4和機翼9的收展機構、四個伺服電機20及拉推器15總「死重」質量略小。但③的飛車車輪有風阻。③的飛車若提高飛行速度與三棲飛車一樣，一是增加固定翼以增加升力達到，這樣必然增加總質量，相當於增加了一大部分「死重」，在此情況下，在空中飛行，它的總「死重」要大於三棲飛車的；二是增加垂直涵道螺旋槳，這將增加更多的質量。總之，三棲飛車比③的飛車浪費的能量要小。
本發明有益的效果：
1、現有飛車，在陸地行駛有螺旋槳機構或旋翼的「死重」，在空中飛行有車輪「死重」，有車輪空氣阻力，而三棲飛車，在陸地行駛沒有螺旋槳或旋翼機構的「死重」，在空中飛行無車輪「死重」，在空中飛行車輪空氣阻力比現有飛車小，所以，三棲飛車效率較高。
2、①飛車或②飛車需要滑跑起飛，不能垂直起降。③的飛車能垂直起降，但要提高飛行速度，須付出更大的代價。而三棲飛車，既能垂直起降，又能同現有飛車同等高速飛行，並且付出的代價比③的飛車小的多。
3、三棲飛車相比現有飛車，緊湊，佔空間小，它很像汽車，能方便地在今天擁堵的城鎮使用，而現有飛車難以被今天擁堵的城鎮接受。
4、三棲飛車，在陸地能繞垂直中心360°滾動旋轉，能向任意方向平行移動，而現有飛車難以達到或無法達到。所以三棲飛車在陸地更靈活，泊車簡便且佔地小。
5、三棲飛車，它的機翼連帶涵道式風扇形車輪能象鳥翅一樣收展，具有陸、水、空三棲功能，而現有飛車只具陸、空兩棲功能，所以三棲飛車功效更高。三棲飛車，對軍事鬥爭、反恐、搜救、探測偵查，作用更大。
附圖說明
圖1是三棲飛車的構造示意圖；
圖2是圖1的左視圖；
圖3是圖1的A-A剖視簡圖；
圖4是圖1的B-B剖面簡圖；
圖5是三棲飛車展開機翼後的俯視示意圖；
圖6是三棲飛車平飛時的俯視示意圖；
圖7是三棲飛車在水上時的示意圖；
圖8是圖7的左視圖。
具體實施方式
圖1是三棲飛車的構造示意圖，也是三棲飛車陸棲時的示意圖，圖2是圖1的左視圖。如圖1示，縱向軸5被聯繫於車身2上部；在軸5前部向前下方聯接前機翼4，在前機翼4上設置前副翼4-1、前舵機4-1-1，前副翼4-1與前舵機4-1-1聯繫；在軸5後部向後下方聯接後機翼9，在後機翼9上設置後副翼9-1、後舵機9-1-1，後副翼9-1與後舵機9-1-1聯繫；在軸5中部安裝蝸輪6。如圖1圖2示，軸5、蝸輪6、前機翼4、後機翼9對稱於車身2左右設置。如圖1示，前機翼4的下部、後機翼9的下部分別靠在前擋塊19、後擋塊10。圖3是圖1的A-A剖視簡圖，圖4是圖1的B-B剖面簡圖。如圖1圖4示，一號電機8的定子固定於車身2內頂中部；蝸杆7與一號電機8的轉子軸向聯接，然後，蝸杆7的兩端插入車身2內頂部上的掛耳2-1並配成轉動配合；蝸杆7與蝸輪6配成傳動配合，而且蝸杆7的左部7-1傳轉蝸輪6的方向與蝸杆7的右部7-2傳轉蝸輪6的方向相反。如圖3示，在二號電機1-2的外轉子外圓均布聯接數個風扇葉片1-1，在風扇葉片1-1的頂端聯接輪輞1-3，在輪輞1-3上安裝輪胎1-4，車輪1如此構成。車輪1似涵道式風扇。在二號電機1-2的定子軸上安裝電磁剎車器21，電磁剎車器21的剎車頭與外二號電機1-2的外轉子的端面對應。二號電機1-2的定子軸的右端聯接於伺服電機20的外轉子的外圓。伺服電機20的外轉子的上端與減震器3的下端聯接。如圖1至圖3示，前機翼4、後機翼9的下端與減震器3的上端聯接。
如圖1示，在車身2上設置操縱器18、駕駛員座椅17、拉推器15、智能控制器13(合計算機、驅動器、無線電臺等)、蓄電池12、發電裝置11，環境感知傳感器(包括攝像頭、雷射雷達、GPS定位接收器等。在圖中未畫)、速度傳感器(在圖中未畫)，蓄電池12與發電裝置11用導線連接。操縱器18中含啟動、運動(陸、水、空)模式切換、方向、油門、剎車、前舵機4-1-1、後舵機9-1-1、一號電機8及拉推器15操控裝置，操縱器18中有操控(人控、遙控、自主控制)方式切換開關。起落板16的垂直板穿過車身2的底板並配成滑動配合，起落板16的垂直板的上端聯結豎杆14，起落板16的水平 板處於車身2的底板外。豎杆14與拉推器15配成傳動配合。一號電機8、二號電機1-2、伺服電機20、前舵機4-1-1、後舵機9-1-1、操縱器18、拉推器15、環境感知傳感器、速度傳感器均與智能控制器13電連接。