伞式多用飞行器

4/4武汉大学《航空航天技术概论》作业二题目：伞式多用飞行器的设计与运用学院:动力与机械学院专业:核工程与核技术姓名：王夫瑞学号：２０每个人都有过这种痛苦的经历：堵车,想必每个人也都被这个问题伤透了脑筋。有时更折磨人的是好不容易道路交通终于正常了，恰恰等到自己走到下一个路口时,悲催的发现,红灯亮了，于是等待,等待,短短的几十秒却在等待中变得那么漫长,然后接着，堵车，红灯,堵车…在车内听着广播里专家们似乎千年如一日的叙述着温室效应,号召着大家如何绿色出行，而自己真正担心却是今日上班又该迟到了,这个月的奖金恐怕又要被扣除了,然后心里暗暗后悔，不断埋怨着自己，埋怨为什么不早起那么几分钟，为什么昨晚没把闹钟早定那么几分钟呢…有时或许会幻想，如果要是能飞那该多好啊？还有那些没有开车而采取步行的人，确实是以实际行动贯彻了绿色出行的号召，也一定程度上避免了交通拥挤的困惑，可是,当严寒中吹着刺骨的寒风时，下雨时撑着手中的雨伞却仍然无法避免雨水打湿衣服的狼狈情形时，当夏天打着太阳伞在娇热的阳光下排队等绿灯时…你是不是也在心里想着，如果能飞的话该多好啊？现在有很多人都在设想着让现有的交通工具如汽车变为多栖的,能飞能潜，还能跑。可是，先不纠结于研制时所面临的困难有多大，就算研制出来时他还是会占有相当的体积，也会在一定程度上产生相应的交通问题,当然实用性和方便性也有待考究。难道就没有简单点的方法或是工具么？现在，我们把目光放在现实生活中，会发现,如今酷暑炎热的天气下，出门时几乎每个人手里都会撑着一把伞,伞以其自身特有的方便快捷实用的特点，已经成为每个家庭必备的生活用品。况且我国自古就有一句俗语：饱带干粮,晴带伞.更何况伞的体积也不是很大，更方便于随身携,那我们能不能把我们的思路寄托在这小小的雨伞上呢？让它晴天时为我们遮阳光,下雨时为我们遮风雨，遇到道路交通拥挤时满足我们小小的心愿-飞行呢？其实，这一切看上去又或许不是真的不可能。我们普通见到的伞的形状大概如下图所示:5接交线4接交点5接交线4接交点伞面1伞面23伞把6顶端如图，1，2分别是伞的两个折面,３是伞的把手，4为伞的主体支架与把手的接交处，５是1，2两个折面的接交线。我们的主要目的是想让雨伞通过一定的改造之后能够像简易的飞行器一样达到飞行的目的,对于它的起飞动力来源，我们是否可以参考直升飞机呢？直升机通过发动机驱动旋翼提供升力,把直升机举托在空中,主发动机同时也输出动力至尾部的小螺旋桨,机载陀螺仪能侦测直升机回转角度并反馈至小螺旋桨，通过调整小螺旋桨的螺距可以抵消大螺旋桨产生的不同转速下的反作用力。那我们能不能在伞面上进行改使其在一定条件下能够进行再次组装形成类似于常见的直升机顶端的那个大大的螺旋桨呢？如上图,我们能够发现,伞面1与伞面二有个交线，那是否能够让它们分离然后让伞面1形成能够在一定的动力系统下高速旋转的类似于直升机的螺旋桨能够产生升力的叶面呢?通过科技的发展，这一点不会成为太大的困难。我们可以通过内置在主架支撑杆之中的操作系统经过一定的操作使得伞面1与伞面2得到分离，伞面运用特殊的材料制作而成，当伞面分离的同时伞面1与伞面２之间的支杆进行延伸，伞面1与伞面2原本相连的支撑细骨架也得到分离,伞面2上层再次出现另一遮挡面（避风雨）。当伞面1与伞面2分离成功之后,伞面1达到整个伞的最顶端，此时伞面１的支撑架再次扩伸，使其形成平面，初步具有能够旋转的形状。伞面1与主体支撑杆之间通过轮轴链接转动.接着，伞面1是作为近似于直升飞机上螺旋桨的作用而言的，那他必须要进行旋转，直升机中运用电机带动螺旋桨的转动,于是我们必须要对伞面1进行安装动力系统进行带动它的转动。我们可以在伞面1与分离后的伞面2之间的支杆部分安装小的电机（这里鉴于伞的实用性必须要求所有材料都要满足小而轻的特点，现在或许无法实现,但科学技术的发展应该可以找到这些材料,下文对材料的特殊性不再具体说明）,然后让其带动伞面１的旋转,使其整个伞可以产生向上的浮力.但是，单靠伞面一的转动是无法使伞前进的,结合直升机的尾部的小螺旋桨，我们能否再进行一些创造呢?仔细观察伞的形状,这时可以打通伞的顶端6处，通过使伞面1运转的电动机，使空气经过６处进入被压缩，然后经过空心的主体支撑管，气体经过伞手把3处高速度排出，提供一个向前的动力（类似于喷气式飞机）。人搭载伞上不能一直握着伞把吊在空中前进。为了人搭载时的舒适效果，我们的伞把必须要做一些改进.伞面展开后,我们通过控制，使得伞把由原来的圆柱形，对称裂开,形成脚踏,这样人在行近的过程中可以根据自己的身高改变主体支架的长度，然后手握支杆，脚踩脚踏随伞前行。但是如果伞面突发状况无法很好地保持安全降落，或者无法更有效地控制器飞高度，我们该怎么办呢？从安全角度看，这一点是必须要考虑的。据新闻报道，美国最新的战机可以改变喷射气体方向从而达到改变起飞方向的目的。这里，我们可以借鉴一下。前文有说过,空气通过6处电动机的压缩气体可以从伞的手把3处排出,我们可以在伞手把与主体支撑杆连接处做下手脚,使得气体可以通过开关控制，一部分通过伞把３排出,另一部分通过主体杆底端4处开口处排出，这样可以通过控制３处喷出的气体量及速度（可以根据流体力学改变喷射速度）来达到控制飞行速度大小的目的,而通过4排出的气体再次联合伞面1就可以达到控制高度的目的。如果这样设计的话，在进行着陆时，还可以通过控制4处排出气体的速度或流量达到软着陆的效果，从而也增强了一定的安全性能。经过以上的分析,可知，电动机在这个飞行器中扮演者很重要的角色。但是因为伞作为人的必备生活用品,也为达到我们最初设计该飞行器的目的就是便捷，电动机的动力来源不能是现在发动机所用的化石油产品,它必须也要满足轻巧的特点.我们知道美国曾经发射的旅行者号探测卫星采用的是核动力,又鉴于，目前我们可以控制核裂变释放出能量供我们使用。因此我们可以考虑采用微型核电池，依靠它释放的大量能源供给电动机工作。然后随着科技的发展,反物质或是聚变反应或许也将会是另一种动力来源的可能。（因为雨伞材料的特殊性，此处辐射问题应该可以解决）。然而，就像飞机飞行时害怕飞鸟攻击一样,为了确保人身安全，必须在行进过程中加强对人身体的保护。于是我们可以想到,在伞面1与伞面２分离,伞面1形成可旋转页面时，伞面2由之前卷藏在２下的部分复原,以支撑主架为中心轴形成透明圆柱面围绕人身周围,达到屏障的作用。轮轴综合效果图如下：轮轴保护屏障伞面1保护屏障伞面1进气口电动机核电池槽伞面2控制开关脚踏排气孔高速旋转ﻩ基本控制过程如下:起飞时：通过控制开关，主体支撑杆伸长，使得伞面1与伞面２分离，保护屏障降落，脚踏分离,核电池启动，电机运转，一方面使得伞面1高速旋转，如直升机般产生升力；另一方面,从进气口吸气压缩后形成高速气体流分别从两个排气孔流出。通过开关控制流速大小,产生向前或向上的推力，进而达到控制高度与速度的目的。降落时:通过控制开关，关闭向后排气孔,减小轮轴旋转速度，增大向下排气孔的流量与流速，缓慢降落，电动机停止转动,收起保护屏障，伞面1与伞面2重新聚合，脚踏重新组合成伞把,主体支撑杆收缩，核电池自动断电,飞行任务结束,重回伞的最初形态。于是，至此，伞式多用飞行器的构造及其运行过程就此表述完毕.不过命名它为多用，但这多字到底体现在何处?未来又有什么应用的可能呢?首先,平时他可以作为一个普普通通的伞来使用，遮风挡雨，遮挡阳光；再者,就像我们文章开头所述那样，在遇到交通拥挤或者劳累腿酸的过程中，我们可以启动控制开关,让其飞行起来你，作为我们普通的代步工具。不过,我们是否还可以运用它做另外一些更为有意义的事情呢？于是我们设想一下，如果在主体支撑杆中装入自动控制系统，使其能够自动运行的话,那这飞行器的作用就可以变得更为宽泛了。在其自动控制飞行的基础上，我们能够在支管内部电动机压缩空气的路径中安装微型分析仪器，使得空气可以从中经过，继而可以被分析检测当前时间空气组成,进而分析空气质量.再者可以对于伞面1进行特殊材料的制作,对于一定高度空中各种射线能够吸收分析，这样就可以飞入臭氧层,监测臭氧层的变化，一定程度上也可以为人类研究温室效应提供依据。另一方面,我们在伞把上面安装红外探测器,高分辨率摄像机，我们就可以完成更