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陆空两用车 摘要： 现今，在天空自由飞翔的梦想虽然已经实现，但是能够在陆地和天空两种环 境中进行模式转换的车辆还无法进入大众生活中。本文设想通过设计一款采用涵 道风扇作为飞行动力元件的陆空两用飞行汽车，根据主要性能指标及布置形式， 基于空气动力学动量理论对涵道风扇升力进行设计计算。通过与发动机的匹配计 算得出陆空两用飞行汽车的飞行性能参数，最终提出一种涵道风扇式飞行汽车的 设计方案。 关键字： 陆空汽车; 垂直起降; 涵道风扇; 动量理论 引言： 陆空两用车是一种既能在地面行驶，又能在空中飞行的一种特种车辆，即 地－空两栖汽车。自从 1903 年怀特兄弟发明飞机以来，设计一辆能够飞行的汽 车一直是很多人的梦想。自 1917 年第一辆飞行汽车问世以来，人们开始了对飞 行汽车的大量探索，随着人类活动范围进一步扩大、社会进一步发展，人们对自 身功能要求的不断提高，一种能面向实用的可满足陆、空两种使用要求的特种车 辆平台引起了更多的关注。飞行汽车有多种布置形式，在汽车上加装机翼和尾翼 通过翼面产生升力，采用螺旋桨推进，采用喷气式发动机推进，还有采用涵道风 扇推进。 涵道风扇系统作为一种推力或升力装置，自 20 世纪 50 年代起开始在垂 直起降和短距飞行器中得以应用。涵道风扇能够改变螺旋桨下游的滑流状态，增 大滑流面积、减小滑流损失; 涵道壁面改善了螺旋桨桨尖区域的绕流特性，减小 了桨尖损失从而具有较大的升力系数，能在同功率下产生较大拉力。利用涵道风 扇作为陆空两用车辆的升力来源可提高旋翼升力，减小风扇直径和振动。基于以 上特点，该陆空两用车可用于各种条件下的军方侦察，并可供地质勘探、护林及 特种作业。 正文 1 作品核心创意 1.1 创意产生过程 随着汽车普遍进入寻常百姓家，同时人口也在不断的增长，城市的交通拥堵 变得越来越严重。解决这个问题，一个很好的办法就是让汽车飞起来，改变行驶 路线，那就是飞行汽车。飞行汽车还可以用于道路中断(如灾区)、河流阻断等特 殊情况。在人类的航空发展史上，有过各种各样的先进设想，陆空两用车就是其 中之一。当前欧美已出现的陆空两用车大都是用过加装类似机翼的结构使得汽车 可以升空，本文则是打算通过设计一种涵道风扇作为动力元件，且由于其安装在 汽车内部，不会增加汽车的空间占用体积。 1.2 核心思路描述 飞行方面，考虑车辆及载人的整体重量较大，以及平稳性要求高，故采用具 有较大的升力系数，能在同功率下产生较大拉力且风扇直径较小，震动较小的涵 道风扇作为飞行时的动力来源，在车辆的前后左右四角设置四个涵道风扇，使其 具有垂直起降与平飞能力。采用内部双发发动机提供动力，提高升力的同时保证 安全。 陆地行驶方面，依然采用传统汽车轮胎作为支撑并提供抓地力。利用涵道风 扇提供前进动力，依靠前后两组风扇不同的倾转方向抵消竖直方向上的升力，以 保证抓地力；并通过风扇与传动机构的联动进行转弯和制动，因此理论上陆地行 驶时将具有较传统汽车更好的转弯和制动性能。 控制方面采用传统汽车的电传操纵。两种模式的转换通过对发动机转数的控 制和差速器的配合，在飞行时采用高转数产生大升力，陆地行驶时则采用低转数 产生小动力。 安全方面通过内部安全气囊与外部降落伞配合使用的方式，保证人员在飞行 和行驶时的安全。 2 创意可行性分析 2.1 相关技术分析 2.1.1 涵道风扇参数的选择 在分析涵道风扇性能时，考虑空气诱导速度沿桨叶半径方向是不均匀的。 当不受涵道影响时其分布如下: 式中: 。 由于涵道的存在，使得空气诱导速度产生一增量Δv，且沿桨叶方向呈不均 匀分布。实验证明: 如涵道前缘半径等于进口半径的 5.2%，则涵道所产生的推 力增量等于单独风扇推力的 40%。由螺旋桨动量理论: ε 故陆空车推力增至 1. 4 倍，平均诱导速度增至 1.8 倍，则: 。 在理论上可用 1 个涡环代替涵道，在 X/R = 0.5处的诱导速度增量平均值 求得为 1.965，故沿涵道半径方向的诱导速度增量如式 ( 3) 所示。 由于桨叶倾角等于安装