XXXX浙江萬里大學(xué)科協(xié)項目簡介

1、.：.；寧波大學(xué)2021-2021年度挑戰(zhàn)杯初賽工程 “可控性噴氣式登山，潛水助推器工程引見組名：自在之翼組長：干超組員：羅鵬程 查鎮(zhèn)浩 董黃正 陳春霞 吳涵涵 王佩玲 秦庚所屬院系：機(jī)電學(xué)院廢品假象效果圖：正視圖側(cè)視圖背視圖一該產(chǎn)品的誕生符合時代需求1人類對親臨自然環(huán)境的探求的設(shè)備需求在這個科技高速開展的時代，人類企圖更進(jìn)一步的了解大自然，然而，就山地探險這一項而言，人類任然處于設(shè)備上較為落后的階段，大多還是采取徒步和攀爬等手段。這樣的危險性是極大的，此類事件呵斥的悲劇多不勝數(shù)。很多中國西部的多山地域有著豐富的礦藏，大量的古生物化石，天然原始的科考，探險環(huán)境。然而崎嶇的山路，險峻的地形卻限制

2、了大型交通工具的進(jìn)出，科考團(tuán)隊，發(fā)掘團(tuán)隊，探險團(tuán)隊的人員只能徒步進(jìn)展相關(guān)搜集，調(diào)查，等任務(wù)，任務(wù)過程中就有著諸多不便甚至不平安要素。另一方面，人類的開展趨勢和求知欲使得人類對海洋的探求力度必將加大，而在此過程中難免需求潛水員親臨險境，人類在水中的挪動由于遭到極大的阻力而變得緩如龜速，因此，處理人類在水中的機(jī)動性問題也是一個有必要的課題！2全名健身推行導(dǎo)向新型戶外運動誕生生命在于運動，是永久真理。如今的青少年戶外運動方式多種多樣，部分勇于探求，勇于超越的青年更是開辟了“極限運動這一全新版塊。而人類的運開工程也是需求不斷創(chuàng)新和開展的，例如，賽車，自行車，滑雪，等運動都是后來演化出來的，無論是水中的

3、還是陸地上的戶外運動，都還有很大的創(chuàng)新空間。21世紀(jì)，人們處理溫飽問題之后，隨著全民健身的推行由于需求新穎刺激，安康與陽光的運動是人類的天性。“太空登山必然會成為喜歡新奇創(chuàng)意的青年戶外運動喜好者的最愛！3低科技，高創(chuàng)意指點革命性突破有了該安裝8848.2米的世界第一峰珠穆朗瑪高度再也不是什么遙不可及的高度了?！叭私钥傻?！二.該產(chǎn)品合法性思索 本產(chǎn)品是一款類似于助推器的一件發(fā)明，經(jīng)過向豎直方向噴氣獲得一個反向的作用力，用于抵消部分重力。本產(chǎn)品的優(yōu)點在于：1、西部很多含有富礦的山區(qū)地形險峻，崎嶇峻峭，即使有大型開采機(jī)械的協(xié)助 ，依然需求大量人力，而礦工在任務(wù)過程中在崎嶇地形下進(jìn)展搬運等任務(wù)的機(jī)動性

4、是非常低下的，也是危險的。有了“風(fēng)暴使者，對中國采礦事業(yè)是一大提高。2、風(fēng)暴使者有很多不同的款式，有一款非?？岬氖沁m宜青少年戶外運動喜好者進(jìn)展刺激平安的極限運動。是一種值得推行的體育工程。3、中科院很多科考團(tuán)隊，在云南，貴州一些真實太過偏遠(yuǎn)的山區(qū)是幾乎無法進(jìn)展科研的，由于地形太險峻，車開不上去，他又不能夠把山炸了，當(dāng)?shù)厝说群苌偃サ挠幸恍┰忌搅值赜?，說不定里面有有趣的事物，但是，我們需求高機(jī)動性的小型器械協(xié)助 。經(jīng)過以上的引見可以看出本產(chǎn)品在對一些特殊任務(wù)作業(yè)人員有很大的協(xié)助 ，對部分青年熱衷的極限運動提供一個新的運動，但是也需求提出的是，本產(chǎn)品存在一定得危險性，并不是一切人都適宜的，比如老人

5、、孕婦、小孩等一些限制性行為才干人和精神病患者。當(dāng)然被一些不法份子利用實施犯罪時絕對不允許的，該當(dāng)對本產(chǎn)品采取有效的維護(hù)。 該產(chǎn)品與 、 、 、均無沖突。三產(chǎn)品闡明1產(chǎn)品大體形狀草圖展現(xiàn) 目前形狀上任然處于構(gòu)思階段，這是第一種構(gòu)思。噴口位于運用者肩部，由于噴出氣體具有高溫高熱特性，這樣可以防止山體本身遭到損害。 構(gòu)思2 噴口集中位于臀部構(gòu)思3 噴口共四個，臀部兩個，肩部兩個2產(chǎn)品運用方法及功能簡介 人類登山之所以危險，困難，根本緣由是遭到重力影響，從最簡單的物理模型來看，登山的本質(zhì)是抑制重力做功。而此安裝的根本功能就是朝豎直方向放射出一定動量的氣體，以抵消掉運用者部分或全部重力，發(fā)明出一種類似

6、于太空中行走攀爬的環(huán)境。在失重或完全失重環(huán)境下，2-3米的高度不過是輕松一躍罷了。即使在懸崖峭壁上攀爬也是輕松自若壁虎普通。而且非常平安，由于噴出氣體的動量是可手動調(diào)理的。包括動力調(diào)理和方向調(diào)理，這樣就可以實現(xiàn)，平安，輕松的登山了。假設(shè)在水中就更簡單了，穿上潛水服，在套上該安裝。分開就可以感受海豚普通的水中自在靈敏度了。該安裝的分量控制在30KG以內(nèi)。因此，其方便，易攜帶，可推行。雖然目前該安裝噴出氣體任然具有高熱特性，但是此配備配有隔熱服，和頭部防護(hù)罩，人體是絕對平安的。3產(chǎn)品內(nèi)部構(gòu)造原理及技術(shù)目的研發(fā)階段1.發(fā)動機(jī)的選擇此項產(chǎn)品基于噴氣式飛機(jī)渦輪發(fā)動機(jī)技術(shù)，僅需一個微型類渦輪發(fā)動機(jī)能承載人

7、體即可。其發(fā)動機(jī)原理如下。目前本小組提供參考中的幾種發(fā)動機(jī)：參考一，渦輪噴氣發(fā)動機(jī)這類發(fā)動機(jī)具有加速快、設(shè)計簡便等優(yōu)點，是較早適用化的噴氣發(fā)動機(jī)類型。但假設(shè)要讓渦噴發(fā)動機(jī)提高推力，那么必需添加燃?xì)庠跍u輪前的溫度和增壓比，這將會使排氣速度添加而損失更多動能，于是產(chǎn)生了提高推力和降低油耗的矛盾。參考選擇二，渦輪風(fēng)扇噴氣發(fā)動機(jī)渦扇發(fā)動機(jī)效率高，油耗低，但渦扇發(fā)動機(jī)技術(shù)復(fù)雜，尤其是如何將風(fēng)扇吸入的氣流正確的分配給外涵道和內(nèi)涵道，是極大的技術(shù)難題。因此只需少數(shù)國家能研制出渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，中國至今未有批量適用化的國產(chǎn)渦扇發(fā)動機(jī)。參考選擇三，火箭沖壓噴氣發(fā)動機(jī)沖壓發(fā)動機(jī)的優(yōu)勢在于構(gòu)造簡單、分量輕、體積小、推

8、重比大、本錢低。簡單的說就是一個帶燃油噴嘴和和點火安裝的筒子。因此常用于無人機(jī)、靶機(jī)、導(dǎo)彈等低本錢或一次性的飛行器。同時由于推重比遠(yuǎn)大于其他類型的噴氣發(fā)動機(jī)非常適用于此安裝。2.外部資料選擇：漂珠低密度，高強(qiáng)度，低導(dǎo)熱漂珠的優(yōu)良性能和用途：(1)高耐火度:漂珠的主要化學(xué)成分為硅、鋁的氧化物，其中二氧化硅約為5065，三氧化二鋁約為2535。由于二氧化硅的溶點高達(dá)攝氏1725度，三氧化二鋁的溶點為攝氏2050度，均為高耐火物質(zhì)。因此，漂珠具有極高的耐火度，普通達(dá)攝氏16001700度，使其成為優(yōu)良的高性能耐火資料。 (2)質(zhì)輕、保溫隔熱:漂珠壁薄中空，空腔內(nèi)為半真空，只需極微量的氣體N2、H2及

9、CO2等，熱傳導(dǎo)極慢極微。所以漂珠不但質(zhì)輕容重250450公斤/m3，而且保溫隔熱優(yōu)良導(dǎo)熱系數(shù)常溫0.050.1，這為其在輕質(zhì)保溫隔熱資料領(lǐng)域大顯身手奠定了根底。普通真空產(chǎn)生真空效應(yīng)是在100PA以下，烘烤后抽真空效果更佳，由于溫度影響脫氣速度，切烘烤之后能把部分水蒸氣蒸發(fā)掉，抽完真空后組好有一阻隔性能較好的包裝袋，能防止氣體的滲入。抽真空的目的是使帶有氣體的物質(zhì)固體化，固體的導(dǎo)熱系數(shù)比氣體液體低。3.能源及能源系統(tǒng)選擇。研發(fā)，思索中該產(chǎn)品的供能安裝必需滿足的條件是，輕便小巧，功率可控性強(qiáng)，可以高輸出。環(huán)保平安性強(qiáng)。按人體規(guī)格來看，額定功率要求與最大能量貯藏量并不高。1電能：一個正常人的體重不

10、過70KG左右，普遍登山高度不過3000米，這樣普通48V12AH的電池，350W電機(jī)的車，大約能跑40-60公里；48V20AH電池，500W電機(jī)的車大約能跑60-80公里。蓄電池?zé)o論是功率，能量，和易攜帶性上都滿足。2天然氣：假設(shè)一個70KG的正常人登上3000米的頂峰，那么需求能量210萬焦耳。熱量散失按40%算，那么需求能量500萬焦耳，10摩爾甲烷足夠提供這一切。而且環(huán)保無污染。3.本錢預(yù)算研發(fā)思索中4.相關(guān)空氣動力學(xué)實際思索該安裝能否裝風(fēng)翼？1動量實際 推導(dǎo)出作用在風(fēng)機(jī)葉輪上的功率P和推力T忽略摩擦阻力。 由于遭到風(fēng)輪的影響，上游自在風(fēng)速V0逐漸減小，在風(fēng)輪平面內(nèi)速度減小為U1。上

11、游大氣壓力為P0，隨著向葉輪的推進(jìn)，壓力逐漸添加，經(jīng)過葉輪后，壓力降低了P，然后有又逐漸添加到P0當(dāng)速度為U1時。 根據(jù)伯努力方程 H=1/2v2+P 1 空氣密度 H總壓 根據(jù)公式1， V02/2+P0=u2/2+p1 u12/2+P0=u2/2+p2 P1-p2=P 由上式可得 P=V02- u12/2 2 運用動量方程，可得作用在風(fēng)輪上的推力為： T=m(V1-V2) 式中m=SV,是單位時間內(nèi)的質(zhì)量流量 所以： TSuV0-u1 所以： 壓力差PT/S=uV0-u1 由2和3式可得： u1/2V0-u1 4 由4式可見葉輪平面內(nèi)的風(fēng)速u是上游風(fēng)速和下游風(fēng)速的平均值，因此，假設(shè)我們用下式

12、來表示u。 u=(1-a)*V0 (5) a 稱為軸向誘導(dǎo)因子，那么u1可表示為： u1=(1-2a)*V0 (6) 功率P和推力T可分別表示為： T=P*A (7) P=P*u*A (8) 根據(jù)方程2，3和6可得： P=2a(1-a) 2 * V03A (9) T=2a(1-a) V02A (10) 經(jīng)過定義功率和推力系數(shù)： CP=4a(1-a)2 (11) CT=4a(1-a) (12) 方程9和10可寫成如下方式： P=0.5V03 A CP 13 T=0.5V03 A CT 14 對方程11求極值 Cp/a=4(3a2-4a+1)=0 (15) 求得a=(21)/3=1或1/3 根據(jù)公

13、式6a0.5 所以a=1/3時，Cp有極大值 Cpmax16/270.59 (16) 當(dāng)a=1/3時，Cp值最大。 2.尾渦的旋轉(zhuǎn) 1中的公式推導(dǎo)是基于以下假設(shè)：力矩堅持線性，沒有旋轉(zhuǎn)個發(fā)生。 然而，葉輪是經(jīng)過作用在其上的扭矩Q來吸收風(fēng)能的，根據(jù)牛頓第二定律，尾渦也在旋轉(zhuǎn)，并且其旋轉(zhuǎn)方向和葉輪相反。 U1=2rab (17) : 葉輪角速度 : 切向誘導(dǎo)因子 作用在環(huán)素dr上的力矩為： dQ=mutr =(u*2rdr)utr =2r2u*utdr (18) m-經(jīng)過環(huán)素的質(zhì)量流 相應(yīng)的功率為： dp= *dQ (19) 用a,b和方程18可以寫出 dp=4r3v02(1-a)bdr (20)

14、 葉輪吸收中的總功率為： P=4(V0/2R2) 0R(1-a)btr3dr(21) 尖速比 =V0/r (22) 誘導(dǎo)因子分別給V0和r一個誘導(dǎo)速度，并且產(chǎn)生一個相對速度W，由于假設(shè)的是無摩擦流動，誘導(dǎo)速度必定垂直于W，a和b并不是獨立的，有以下關(guān)系： br/aV0=V0(1-a)/ r(1+b) (23) (r)=V0/r (24) 由以上兩式可得： a(1-a) 2(r)=b(1+b) (25) 對于小的尖速比r來說，葉片轉(zhuǎn)速相對風(fēng)速來說較大，這時切向誘導(dǎo)系數(shù)b幾乎可以忽略，軸向誘導(dǎo)系數(shù)幾乎到達(dá)了0.333，對于大的尖速比r，尾渦的影響較大，最大功率輸出時,a減小到0.25。 3.空氣動

15、力學(xué)根底 由于遭到風(fēng)輪的影響，上游自在風(fēng)速V0逐漸減小，在風(fēng)輪平面內(nèi)速度減小為U1。上游大氣壓力為P0，隨著向葉輪的推進(jìn)，壓力逐漸添加，經(jīng)過葉輪后，壓力降低了P，然后有又逐漸添加到P0當(dāng)速度為U1時。 根據(jù)伯努力方程 H=1/2v2+P 1 空氣密度 H總壓 根據(jù)公式1， V02/2+P0=u2/2+p1 u12/2+P0=u2/2+p2 P1-p2=P 由上式可得 P=V02- u12/2 2 運用動量方程，可得作用在風(fēng)輪上的推力為： T=m(V1-V2) 式中m=SV,是單位時間內(nèi)的質(zhì)量流量 所以： TSuV0-u1 所以： 壓力差PT/S=uV0-u1 由2和3式可得： u1/2V0-u

16、1 4 由4式可見葉輪平面內(nèi)的風(fēng)速u是上游風(fēng)速和下游風(fēng)速的平均值，因此，假設(shè)我們用下式來表示u。 u=(1-a)*V0 (5) a 稱為軸向誘導(dǎo)因子，那么u1可表示為： u1=(1-2a)*V0 (6) 功率P和推力T可分別表示為： T=P*A (7) P=P*u*A (8) 根據(jù)方程2，3和6可得： P=2a(1-a) 2 * V03A (9) T=2a(1-a) V02A (10) 經(jīng)過定義功率和推力系數(shù)： CP=4a(1-a)2 (11) CT=4a(1-a) (12) 方程9和10可寫成如下方式： P=0.5V03 A CP 13 T=0.5V03 A CT 14 對方程11求極值 Cp/a=4