一种具备形态智能的载人飞行汽车

1.本发明涉及飞行汽车技术领域，特别涉及一种具备形态智能的载人飞行汽车。


背景技术：

2.飞行汽车与普通汽车最明显的区别是它具有空中飞行功能。近年来随着城市空中交通概念的兴起，用于解决城市交通拥堵问题、仅具有空中飞行功能的电动垂直起降飞行器亦称为飞行汽车，飞行汽车概念的内涵拓展为具有陆空两栖功能或用于城市空中交通的运载工具。
3.目前已有技术方案有：
4.由于现代科技的发展，飞行汽车主要可以分为折叠翼式飞行汽车，多旋翼式飞行汽车，自旋翼式飞行汽车三大类。
5.1、垂直起降的飞行汽车采用可折叠机翼设计。在公路行驶时，机翼可以折叠在车身两侧，螺旋桨折叠在整流罩内，可以像普通的民用汽车一样在公路上行驶。在飞行模式时，机翼和螺旋桨展开。车轮收缩在车体内部整流罩内，减小飞行时车轮的阻力。飞行模式采用倾转旋翼飞机的原理。起飞时，双发动机与水平线承一定夹角，使其可以垂直起降，到达一定高度后双发逐渐转至水平，提供持续动力。此外具有垂直起降功能，安全系数更高，对路面起飞场地的要求低。但是采用倾转旋翼结构导致它的造价较高，能耗比大大增加，使用成本高，适众面小。
6.2、多旋翼式飞行汽车应用外置对称螺旋桨原理，在提供足够升力的同时抵消扭矩力，具有垂直起降的能力，不再局限于起飞和降落场地。其可以通过事先规划的航线进行无人驾驶飞行，对乘员的操作能力限制低，误操机率低，安全性高。但是相比于其他飞行汽车它的使用的成本高、速度慢、耗能大、航程小、维护成本高。仅适合小范围内交通，短距离路程使用
7.3、自旋翼飞车设计，同时融合了汽车和摩托车的功能，将旋翼折叠后可以在公路上正常行驶。展开旋翼后，通过集体尾部的螺旋桨提供推力，使自旋翼旋转产生升力，需170m的滑跑起飞。它飞行速度快，对场地的需求低，它满足了人们日常对汽车和飞行的需求，有一定的实用性。但是不具有悬停能力，垂直起降功能。
8.此外，现有的飞行汽车，由于其设计与技术的局限性，不仅造价较高，能耗比大大增加，使用成本高，适众面小，大重量还不能满足复杂场景着陆的要求，更是在执行特定任务时，没有办法通过山地类乡间复杂地形，因而在涉及军事领域无法得到有效的应用。


技术实现要素：

9.现有的飞行汽车，由于其设计与技术的局限性，不仅造价较高，能耗比大大增加，使用成本高，适众面小，大重量，还不能满足复杂场景着陆的要求，更是在执行特定任务时，没有办法通过山地类乡间复杂地形，因而在涉及军事领域无法得到有效的应用。
10.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提出了一种具备形态智能的载人飞
行汽车。所述飞行汽车采用一体化拓扑结构的飞行驾驶融合车架设计，主体飞行结构采用多旋翼式布局与四轴八螺旋桨的飞行器结构，地面驾驶结构采用阿克曼转向与麦弗逊悬挂减震形式的底盘结构；基于部署在飞行汽车上的激光位移传感器采集的信号进行判断，当地面行驶遇到拥堵时，飞行汽车启动飞行操作；当飞行操作结束后，飞行汽车实行降落操作，当降落操作结束后，飞行汽车启动地面驾驶操作。
11.作为上述载人飞行汽车的一种改进，所述螺旋桨周围采用扇形可拓展防护涵道设计，包括通过滑轨连接的扇形可拓展防护涵道内圈和扇形可拓展防护涵道外圈，扇形可拓展防护涵道内圈位于扇形可拓展防护涵道外圈的内侧。
12.作为上述载人飞行汽车的一种改进，当所述飞行汽车启动飞行操作并上升至设定高度时，扇形可拓展防护涵道内圈旋转出扇形可拓展防护涵道外圈，用于保护螺旋桨不受他物的影响并提升螺旋桨的气动性能；
13.当所述飞行汽车启动降落操作并下降至设定高度时，扇形可拓展防护涵道内圈旋转进入扇形可拓展防护涵道外圈，螺旋桨执行固定位置停桨操作，以缩短飞行汽车的横向尺寸，利于在单车道内行驶。
14.作为上述载人飞行汽车的一种改进，所述飞行驾驶融合车架使用碳纤维管作为框架，碳纤维管之间通过航空铝合金连接，底盘功能组件与覆盖件直接布置于车架上。
15.作为上述载人飞行汽车的一种改进，所述飞行驾驶融合车架包括副车架本体，所述副车架本体由麦弗逊悬挂减震形式的底盘上的碳纤维管与航空铝合金以销钉定位与螺栓抱死的方式连接。
16.作为上述载人飞行汽车的一种改进，所述飞行驾驶融合车架包括车架本体，在所述车架本体的前下部采用三角加强筋碳纤维管连接链接点。
17.作为上述载人飞行汽车的一种改进所述八螺旋桨不设在同一个平面，前部螺旋桨位于车身前玻璃下位置，后部螺旋桨位于车身上位置。
18.作为上述载人飞行汽车的一种改进，所述飞行汽车的电机动力源布局采用非正方形的平行异面中心对称结构。
19.作为上述载人飞行汽车的一种改进，所述飞行汽车包括车顶窗、左右两侧的上车窗和下车窗，上述车窗均采用透明材料，例如优选但不限于透明材质亚克力板。
20.与现有技术相比，本发明的优势在于：
21.1、本发明的飞行汽车针对复杂地形，包括但不限于城市路面和特殊路面情况，提供垂直起降四轴八桨的拓补融合设计，可以克服现有飞行汽车的难于陆空切换的问题；扇形可拓展防护涵道及固定位置停桨解决了横向尺寸过长导致无法正常上路的问题；
22.2、本发明飞行汽车的垂直起降功能以及在地面驾驶过程中能正常通过复杂路面，方便地面驾驶时驾驶员对周围环境的观察与安全驾驶，地面驾驶能够确保在正常铺装路面的单车道内行驶，不妨碍其他车辆的行驶；
23.3、本发明的飞行汽车造价低，自重轻，解决了传统飞行汽车设计的减重问题。
附图说明
24.图1是本发明的具备形态智能的载人飞行汽车主视图；
25.图2是本发明的载人飞行汽车内部结构示意图。
26.附图标记
27.1、扇形可拓展防护涵道内圈
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2、扇形可拓展防护涵道外圈
28.3、电池箱
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4、螺旋桨
29.5、车门
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6、驾驶座椅
30.7、转向
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8、底盘
31.9、左侧后上车窗
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10、车门上方窗
32.11、车顶窗
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12、左侧前上车窗
33.13、右前旋翼
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14、左前旋翼
34.15、右后旋翼
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16、左后旋翼
35.17、左侧下车窗
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18、碳纤维管
36.19、航空铝合金连接件
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20、螺栓
37.21、三角加强筋碳纤维管
具体实施方式
38.本发明以多旋翼常规布局为主，采用四轴八桨飞行器结构作为主体飞行结构，地面行驶以阿克曼转向与麦弗逊悬挂减震形式的底盘类型的拓补融合结构。为方便地面驾驶时驾驶员对周围环境的观察与安全驾驶，飞行的电机动力源布局采用非正方形的平行异面中心对称结构。螺旋桨周围采用扇形可拓展防护涵道的设计；地面行驶时采用固定位置停桨的方法缩短横向尺寸。
39.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
40.实施例
41.如图1所示，本发明的实施例提出了一种具备形态智能的载人飞行汽车。本发明主要是阐述形态智能的扇形可拓展防护涵道、定桨与拓扑融合车架结构，以智能形态解决了2种技术问题。
42.1、形态智能-扇形可拓展防护涵道
43.飞车应用了智能检测传感器，可以减少人为手动操控，增加自动化控制程度，从而提高操控方面的便利性。本发明基于激光位移传感器，根据前螺旋桨靠近、远离地面的动作特征判断距离地面的距离，以实现对螺旋桨进行扇形可拓展防护涵道相应的智能控制。当地面驾驶的飞行汽车遇到拥堵，实行飞行模式后，上升2米时，扇形可拓展防护涵道将从内道旋转出与之形成闭环，保护螺旋桨的同时提高气动性能。当飞行汽车飞行操作结束后，实行降落操作，当距离地面2米距离时，扇形可拓展防护涵道将旋转进入内道，以避免与道路上的其他车辆发生摩擦。
44.螺旋桨4周围采用扇形可拓展防护涵道设计；扇形可拓展防护涵道内圈1与扇形可拓展防护涵道外圈2通过滑轨进行连接，扇形可拓展防护涵道内圈1位于所述扇形可拓展防护涵道外圈2的内侧。
45.防护涵道的形态智能：
46.当地面驾驶时扇形可拓展防护涵道内圈1旋转进入扇形可拓展防护涵道外圈2内，为提高地面通过性，实现缩短横向尺寸，能够确保地面行驶时在正常铺装路面的单车道内行驶，不妨碍其他车辆的行驶，旋转收纳后不仅降低运输难度，显著降低运输成本，还减小
开模的尺寸，减低加工难度；当空中驾驶时，扇形可拓展防护涵道内圈1旋转出扇形可拓展防护涵道外圈2后，保护螺旋桨不受他物的影响外还能使螺旋桨产生更大的升力，提高气动性能。
47.2、形态智能-固定位置停桨
48.当地面行驶时，扇形可拓展防护涵道内圈1旋转进入扇形可拓展防护涵道外圈2内后，螺旋桨4将执行固定位置停桨的操作，为的是提高地面通过性，实现缩短横向尺寸，能够确保地面行驶时在正常铺装路面的单车道内行驶。
49.3、形态智能-拓扑融合车架结构
50.图2是本发明的载人飞行汽车内部结构示意图。
51.由于大型飞行器对结构强度与刚度要求较高，且对重量极其敏感，而传统车底盘为保证行驶舒适性与可靠性往往选用重量较高的设计。拓扑融合车架结构，使用主体碳纤维管与航空铝合金连接、局部铝合金或合金钢焊接的方案，原底盘功能组件与覆盖件等直接布置于车架上。前旋翼上置会遮挡驾驶者陆地驾驶与空中操控的视线，故下置；后旋翼下置会对陆地驾驶时影响驾驶者后视镜的观察视野，故上置。因此前旋翼位于下方后旋翼位于上方的设计产生。随着国家对节能减排要求的提高，如何应用先进的结构设计技术对车架进行结构设计，来实现车架的减重轻量化，从而满足国家日趋严厉的法规要求及提升升力，成为未来汽车厂生存的关键因素。
52.为更好实现轻量化设计中的减重任务，本发明总体设计舍弃了传统汽车底盘与飞行框架，设计了新的飞行驾驶融合车架结构。新融合车架采用了一体化的拓扑结构，本发明以多旋翼常规布局为主，四轴八桨飞行器结构作为主体飞行结构，地面行驶以阿克曼转向7与麦弗逊悬挂减震形式的底盘8为主，使用主体碳纤维管与航空铝合金连接、局部铝合金或合金钢焊接的方案，车架使用碳纤维管作为框架，通过航空铝合金进行连接。原底盘功能组件与覆盖件等直接布置于车架上。此外，为方便地面驾驶时驾驶员对周围环境的观察与安全驾驶，飞行的电机动力源布局采用非正方形的平行异面中心对称结构。
53.一种拓补融合车架结构，包括副车架本体，所述车架结构由麦弗逊悬挂减震形式的底盘8上的17根(可根据实际需要增减)碳纤维管18与航空铝合金19以销钉定位与螺栓20抱死的方式连接。还包括本体上的部分链接点连接形成稳定三角加强筋碳纤维管21结构,所述交叉加强筋结构设于车架本体前下部。所述车架本体的电机由电机支架支撑，与碳纤维管螺栓连接。所述车架考虑到地面驾驶与飞行时的视野安全，对四轴八桨的飞行汽车螺旋桨不设在同一个平面，而是前部螺旋桨下至与后部螺旋桨上至的设计。前部螺旋桨位考虑到驾驶者视野受限的原因，位于车身前玻璃下位置。后部则考虑到车身与后方来车碰撞的问题，位于车身上部位。
54.由于飞行汽车考虑飞行需求，车顶采用透明材质亚克力板车顶窗11；由于飞行需求车身侧面的车窗不限于上部分的左侧后上车窗9，左侧前上车窗12，在下部也做了透明材质亚克力板左侧下车窗的17和右侧下车窗(由于视角的原因，在图中未标注)设计，使驾驶体验更佳及安全性更高。
55.本发明以多旋翼常规布局为主，采用四轴八桨飞行器结构作为主体飞行结构，地面行驶以阿克曼转向与麦弗逊悬挂减震形式的底盘类型的拓补融合结构。飞行的电机动力源布局采用非正方形的平行异面中心对称结构，螺旋桨周围采用扇形可拓展防护涵道及定
桨的设计。
56.针对扇形可拓展防护涵道，可以用外螺旋桨罩沿螺旋桨心折叠至内螺旋桨罩上部或者下部也可实现，但稳定性差。
57.定桨与车架部分，暂无替代方案。
58.本发明的关键点：
59.一种结合了扇形可拓展防护涵道与拓补融合车架、拥有固定停桨位的飞行汽车。为了飞行汽车地面形式和空中驾驶时可正常在单道行驶及道路上空行驶，为了减轻飞行汽车重量，为了驾驶员的安全舒适驾驶视野和感受的关键点与欲保护点为：
60.1、形态智能-扇形可拓展防护涵道：
61.螺旋桨4周围采用扇形可拓展防护涵道设计；当地面驾驶时扇形可拓展防护涵道内圈1旋转进入扇形可拓展防护涵道外圈2内，为提高地面通过性，实现缩短横向尺寸，能够确保地面行驶时在正常铺装路面的单车道内行驶，不妨碍其他车辆的行驶，旋转收纳后不仅降低运输难度，显著降低运输成本，还减小开模的尺寸，减低加工难度；当空中驾驶时，扇形可拓展防护涵道内圈1旋转出扇形可拓展防护涵道外圈2后，保护螺旋桨不受他物的影响外还能使螺旋桨产生更大的升力，提高气动性能。
62.2、形态智能-固定位置停桨：
63.当地面行驶时，扇形可拓展防护涵道内圈1旋转进入扇形可拓展防护涵道外圈2内后，螺旋桨4将执行固定位置停桨的操作，为的是提高地面通过性，实现缩短横向尺寸，能够确保地面行驶时在正常铺装路面的单车道内行驶。
64.3、形态智能-拓扑融合车架结构：
65.拓扑融合车架结构，由于大型飞行器对结构强度与刚度要求较高，且对重量极其敏感，而传统车底盘为保证行驶舒适性与可靠性往往选用重量较高的设计。为更好实现轻量化设计中的减重任务，本发明总体设计舍弃了传统汽车底盘与飞行框架，设计了新的飞行驾驶融合车架结构。新融合车架采用了一体化的拓扑结构，本发明以多旋翼常规布局为主，四轴八桨飞行器结构作为主体飞行结构，地面行驶以阿克曼转向7与麦弗逊悬挂减震形式的底盘8为主，使用主体碳纤维管与航空铝合金连接、局部铝合金或合金钢焊接的方案，原底盘功能组件与覆盖件等直接布置于车架上。此外，为方便地面驾驶时驾驶员对周围环境的观察与安全驾驶，飞行的电机动力源布局采用非正方形的平行异面中心对称结构。
66.最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。