趙南生　東星倩　陳文毅　吳楠　陳嘯　趙磊　曹陽

【摘 要】本文介紹一款基于傳統(tǒng)風(fēng)箏改進升級后的新式機械電子風(fēng)箏。解決了普通風(fēng)箏無風(fēng)環(huán)境無法起飛的問題，具有低空遙控控制、操作簡單、可折疊可拆卸、便于攜帶等特點；結(jié)合電子燈光技術(shù)，具有較好的夜間觀賞效果。

【關(guān)鍵詞】娛樂機械；風(fēng)箏；飛行器

【Abstract】This paper introduces a based on traditional kite improvement after the new breed of mechanical electronic kite. To solve the ordinary kite wind environment can not take off， with low altitude remote control， simple operation， can be folded detachable， easy carrying， etc.； combined with the electronic lighting technology， with better effect at night to watch.

【Key words】 amusement machine； kite； aircraft

0 引言

放風(fēng)箏作為一項傳統(tǒng)戶外項目老少咸宜，自古以來就受到人們的青睞。然而由于風(fēng)箏本身結(jié)構(gòu)的限制導(dǎo)致其無法克服風(fēng)力不足起飛困難的問題，夜間無法放飛觀賞。傳統(tǒng)的風(fēng)箏除了材料的革新之外在結(jié)構(gòu)研究方面進展緩慢[1]，雖然市場上已出現(xiàn)夜光風(fēng)箏，只是簡單的將風(fēng)箏和發(fā)光光源相組合，圖案單調(diào)且笨重，增加了放飛難度，同時造價昂貴，難以普及。在無風(fēng)起飛方面，雖然已經(jīng)有極少部分如盤鷹風(fēng)箏、特技風(fēng)箏等已經(jīng)實現(xiàn)，但普遍造價昂貴且掌控困難，需要很強的技巧性，不易學(xué)會；且目前風(fēng)箏普遍集成程度較低，娛樂功能及方式單一。針對以上不足，本文意在設(shè)計一種在結(jié)構(gòu)方面有所改進，并增加夜間光源的新型風(fēng)箏，從而達到娛樂健身放松身心的目的。

1.機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計

1.1 機械結(jié)構(gòu)及原理分析

機械電子風(fēng)箏主要由三個部分組成：動力推進部分、風(fēng)箏主體部分和獨立的發(fā)光光源部分。各個部分在不同的風(fēng)力環(huán)境情況下均可組裝可拆卸。

其中，動力推進部分由一個軸端連接葉片的直流電機和用來滑行助跑的車體組成，并將動力推進部分和風(fēng)箏固定在一起，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

電動機帶動葉片旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生推力F1推動車體向前運動，風(fēng)箏主體與車體保持一定的角度，在一定的速度下，因與空氣相對運動而能產(chǎn)生足夠的向上的推力F2，帶動風(fēng)箏整體向上運動，達到起飛的目的。

起飛原理結(jié)合了傳統(tǒng)風(fēng)箏的受力分析及普通固定翼飛行器的受力分析，將作用于普通風(fēng)箏上由風(fēng)箏線所提供的拉力F（見圖2）改由①螺旋槳葉片旋轉(zhuǎn)使得②風(fēng)箏上下表面產(chǎn)生的壓力差所產(chǎn)生的力，如圖3所示。

其中，升力系數(shù)為一個比較關(guān)鍵的參數(shù)，影響它的主要因素之一為迎角，也就是風(fēng)箏整體與水平方向的夾角，當(dāng)風(fēng)箏與水平方向具有一定夾角的時候，流向風(fēng)箏表面的氣流產(chǎn)生一個垂直方向上的分力，故不同的迎角使得其具有不同的升力系數(shù)，通過改變風(fēng)箏的迎角從而改變其上升和下落的力，達到控制其起飛及降落的目的。

實際上影響飛行效果的因素還有很多，但對于飛行要求并不復(fù)雜的風(fēng)箏來說僅僅考慮以上因素已經(jīng)足夠。

1.2 重要零部件的受力分析與校核

車體所用的材料為尼龍塑料。經(jīng)查表[3]，其許用拉伸應(yīng)力[σ]≈100MPa，現(xiàn)假設(shè)風(fēng)箏支架有足夠的強度，忽略其與車體連接處的材料強度，現(xiàn)僅對車體上固定推進裝置的豎直桿進行受力分析，其力學(xué)簡化模型可用圖4表示，其中F1為推進裝置的推力，由試驗可得F1=16N。

通過結(jié)構(gòu)的改進使得風(fēng)箏的可塑性和娛樂性更強。無風(fēng)時可遙控起飛，有風(fēng)時可拆卸動力部分單獨放飛風(fēng)箏，因其可控拓展性強，可攜帶攝像頭，結(jié)合現(xiàn)代航拍技術(shù)，空氣檢測設(shè)備等，使風(fēng)箏的應(yīng)用更為廣泛。

2.電路及控制部分設(shè)計

機械電子風(fēng)箏所使用的電源為12V鋰電池，其基本供電電路如圖5所示。其中，BX8002為降壓芯片，將鋰電池輸出的12V電壓降低至5V給單片機提供電源。

電子燈光方面使用LED貼片燈組，相較于市場上已經(jīng)出現(xiàn)的普通光源更為輕巧靈便減輕整體的重量。通過控制技術(shù)，圖案多樣可按照客戶的需求進行擴展和設(shè)計。機械電子風(fēng)箏的燈光由微控制單元單片機控制，也就是使用單片微型計算機，配合地址鎖存器74LS373，其接線圖如圖6所示。

3.結(jié)語

基于以上結(jié)構(gòu)設(shè)計，機械電子風(fēng)箏具有如下特點：（1）設(shè)計新穎，結(jié)構(gòu)簡明，便于折疊拆裝及攜帶；（2）適用于多種人群，繼承傳統(tǒng)具有較高的娛樂價值；（3）市場廣闊，可塑性強，可與實際應(yīng)用相結(jié)合用途廣泛；（4）理念優(yōu)，用戶體驗良好，給人們帶來歡樂的新型科技風(fēng)箏；（5）功能多元，幫助用戶在放飛風(fēng)箏的過程中強身健體。為傳統(tǒng)風(fēng)箏的創(chuàng)新與改革提供一種新的方式和想法。

參考文獻：

[1]李婧航.濰坊國際風(fēng)箏會的社會效應(yīng)及發(fā)展對策研究[J].文體用品與科技，2013，（14）；18-18.

[2] 張新哲，李鋒.柔性翼小型無人飛行器試驗樣機研究[J].飛行力學(xué)，2007，25（3）；71-74.

[3]濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2010，185-188.

作者簡介：東星倩（1995-），女，江蘇鎮(zhèn)江人，主要研究方向：機械電子工程。