新能源水陆两栖多功能创意车模-澳门新葡亰中学

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新能源水陆两栖多功能创意车模

新能源水陆两栖多功能创意车模

小组成员:高家乐 梁田 张好

指导老师:李明

一、设计背景

21世纪,化石能源是最重要的工业原料,许多工厂、设施的运转都需要化石燃料燃烧后释放的能量。但化石能源是非可再生资源,人类对其的巨大消耗,使化石能源正在逐渐走向枯竭。世界煤炭总可采储量大约为8475亿吨。长期来看,尽管世界煤炭可采储量相对稳定,但还是出现了下降的趋势。按当前的消费水平,最多也只能维持200年左右的时间。就我国而言,我国煤炭储量虽然相对丰富,但从中长期来看,仍面临诸如赋存条件、勘探水平、运输条件、安全因素等多方面因素的限制,能被有效开发利用的煤炭资源量明显不足。因此,开发更清洁的可再生资源便显得尤为重要。

化石燃料在利用过程中对环境的破坏,主要是燃烧时各种气体与固体废物,和发电时的余热造成的。一是大量的化石能源消费,引起温室气体(以二氧化碳为主要成分)排放,使大气中温室气体浓度增加、温室效应增强,导致全球气候变暖。同时化石能源的燃烧排放出大量的有害气体和粉尘,威胁全球生态。化石能源,特别是煤炭的使用带来大量的二氧化硫和烟尘排放,也是造成我国大气污染的主要来源。二是热污染。火电站发电所剩“余热”被排出到河流、湖泊、大气或海洋中,在多数情况下会引起热污染。例如,这种废热水进入水域时,其温度比水域的温度平均要高出78℃,使生物离开该水域。

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传统汽车排放的尾气是城市空气污染的罪魁祸首。传统燃料汽车在燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体,这些气体进入大气造成海平面上升,土地沙漠化和气候反常等危害,严重威胁着人类的生存。

一些国家,由于地理条件的限制,如印度尼西亚、日本、马尔代夫等,它们由多个岛屿组成,在交通工具方面,由于车与船功能的局限性,就需要进行在车与船之间的来回转化,给人们的生活造成了极大的不便,而修建海底隧道又对国家的经济是一个极大的考验。

除此之外,受到气候的影响,导致每年五月,我国南方地区如浙江、广东、江西等地,都会出现大到暴雨,局部地区甚至发生洪灾。暴雨引发交通堵塞等各种次生灾害,城市交通、物流畅通等受到严重影响,个别路段积水过深,车辆只能绕道而行,给人们的工作生活带来诸多不便,且造成了大量经济损失。

基于这些,我们设计了新能源水陆两用多功能车,它能够缓解能源枯竭,解决交通不便等问题。为解决汽车燃料造成的环境污染,最根本的就是寻找代替能源,我们选择了环保无污染的太阳能。为解决现阶段我国部分南方地区和一些多岛屿国家,多水路出行不便,以及未来全球温室效应加剧,海平面上升导致的陆地淹没,所带来的交通不便,我们选择了结合车与船的功能。

、准备过程

QQ图片20171123232023高佳乐小组成员共同完成模型设计,图纸如下:

QQ图片20171119134723QQ图片20171119134659QQ图片20171119134717QQ图片20171119134720实验所用材料,如微型直流电机、螺旋桨、太阳能板、轮胎等,提前在网上购买。材料如表格所示:

材料

规格

数量

 

泡沫板

46.5cm

19cm

2cm

 

3

车轮

外径79mm

内径4mm

4

齿轮

外径2.6cm

内径3mm

1

竹签

35cm

横截面半径2.5mm

2

干电池

额定电压5v

额定电流3A

2

蓄电池

额定电压1.2v

额定电流700mA

2

光伏太阳能发电板

额定电压5v

额定电流200mA

1

高速电机

12.000rmp2

2

微型直流电机

额定电压5v

额定电流30mA

1

螺旋桨

半径3cm

2

万向调节器

1.5cm

1.0cm

2

 

模型的构造、原理及制作过程

我们构思的新能源水陆两用多功能车,实质是将在陆地上行驶的汽车上,加以补充和改造,使它具有水陆两用的功能,以路为主,以水为辅。

1、车身主体:对于一般汽车而言,车身重,所以汽车能否在水中行驶便成为了一个问题。我们选择塑料泡沫板作为车身主体,一来质轻,二来防水效果好,三价格低,便于寻找。

我们选择用三层泡沫板作为车身主体。塑料泡沫板整体尺寸为长46.5cm,宽19cm,高6cm

第一层,作为承载内部所有结构的一层,我们借助流线型阻力较小的原理,将第一层板改造成两端稍宽,中间窄小的样子,其原因是为了减少在水中阻力对第一层板的冲击,保护内部结构。

第二层,我们将齿轮安放在这一层的槽里,与第一层上的微型直流电机相连,而微型直流电机与传动装置相连,通过齿轮转动带动车轮转动。同时为了防止底盘过低,在陆地上行走时带来的诸多不便,我们将车轴也安装在第二层。

第三层,被当做底盘,起到保护二三层的作用,同时加大浮力,防止车体沉入水中。

  1. 车轮及车轴:在车轮的选取上,我们考虑到耐磨、耐用、防滑、抓地力、底盘是否会磨损等多重因素,选择了纹路较深、较多的大号车轮(外径79mm,内径4mm)。

    此外,在车轴的选材过程上,小组成员的想法是,将竹签作为车轴,带动车轮运动,但实际上寻找齿轮的过程中,我们了解到许多商家要么是没有大型号的齿轮,要么是想用齿轮卖钱,且费尽心思找到的齿轮,其内径大多与车轴不符,至此,我们改变了我们的思路。我们从已有齿轮(外径2.6cm,内径3mm)入手,将半径过大的竹签进行打磨,使其半径减小到与齿轮相符的大小,成功完成了齿轮与车轴的结合,以及车轴和车轮材料的选取。

    3、内部构造:在内部结构上,我们使用了两套电池,一套干电池,一套蓄电池;一块额定电压为5v,额定电流为0200mA的太阳能板;两个12.000rmp2高速电机;一个功率为0.5w的微型直流电机;两个螺旋桨推进器;两个万向调节器。

    两套电池,一套与太阳能板相连,是利用太阳能蓄电,为驱动微型直流电机运作提供能量,另一套则直接使用干电池,为驱动螺旋桨运作提供能量。安装太阳能板时刻都在蓄电,除恶劣天气外,太阳能板可以将太阳能转化为化学能并储存起来,微型直流电机可以将电能通过传动装置转化为机械能,从而提供动力使车前进。采用太阳能蓄电体现了我们设计的另一大重要因素:环保。

    QQ图片20171119134726在水中,我们选择使用双螺旋桨推动器和两个高速电机相连驱动小车,是为了增大在水中的动力,另外,固定螺旋桨的是360°可转轴。在陆地上行驶时,360°可转轴可将双桨收回车身内部,防止像追尾等意外事故的发生,而造成的不便与车身的损坏。

    4、外部结构:外部采用质轻的卡纸,为防止漏水又用防水的胶布包裹。在颜色上,我们以蓝色调为主,车身周围有反光色带,防止在黑暗中行驶时被碰撞追尾,同时,也是为了车身及人身安全考虑而设计。

    实验过程及结论

    *实验过程

    1、将汽车模型放于平地,打开电源开关,观察汽车模型在平地上的前进情况;

    2、将汽车模型放于土路,打开电源开关,观察汽车模型在土路上的前进情况;

    3、调整汽车模型螺旋桨位置,将汽车模型放入水中,打开电源开关,观察前进情况;

    4、调整汽车模型重心,再次进行入水实验;

    5、将蓄电池中的电量耗尽,再将汽车模型置于室外六小时,再将汽车模型移回室内,打开开关,观察汽车模型是否可以前进。

    *实验结论

    我们设计的新能源水陆两用多功能车模型,可以实现将太阳能转化为电能提供动力,也可在陆地上各种路况以及在水路上的行驶,实现了水陆两用的功能。

    优点与缺点

    (优)我们发明的的新能源水陆两用多功能车的一大优点,是能够在水陆两地使用。尤其是对于我国南部、东部沿海地区,比如有“水乡”之称的江南,这种汽车的作用就会很显而易见了。而且我们设计的新能源水陆两用多功能车,相较于船来说,体型也不算大,因此也不会占用多大的水上面积。

    再从国际市场来看,国际上有国家临海,有许多岛屿组成,如日本、威尼斯、印度尼西亚、马尔代夫这样的国家,因此,在这些国家,我们的新能源水陆两用多功能车便可以大显身手,解决交通不便的问题。

    当前的汽车只能在陆地上行驶,在水中,汽车便再无用武之地。但如果针对水陆制造专门的交通工具汽车、轮船的话,不仅造价高,而且对钢铁、石油等能源与材料也是一种浪费。所以,我们设计的新能源水陆两用多功能车不仅能够水陆两用,解决一部分交通问题,也可以极大地减少制造大型交通工具的费用,提高能源与材料的利用率,更有利于经济的发展。

    另外,如果遇到突发状况,比如我国南方有很多多雨地区,尤其是夏季,容易发生洪灾,当地的交通会受到很大影响,人们的汽车等交通工具也会损伤,这在一定程度上给当地带来了经济损失,所以,为了减少经济的损失,方便人们的交通,就需要改造汽车,使它具有防水功能。我们的新能源水陆两用多功能车不仅在洪水期也可以正常工作,保护汽车原件,而且洪灾发生时,我们的新能源水陆两用多功能车可以在水上行驶,保护人们的生命安全。

    我们设计的新能源水陆两用多功能车的另一大优点,便是节能环保。

    随着全球逐渐变暖,太阳能的使用可减少对大气的污染,也可以减少温室气体的产生。基于我国能源的日益枯竭的情况,新能源代替化石燃料的使用,可减缓能源枯竭的危机。而太阳能,它是人类可以利用的最丰富的能源,是最为合适的替代化石燃料的新能源。地球上,无论何处都有太阳能,可以就地开发利用,不存在运输问题,尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。同时,它也是一种洁净的能源,在开发利用时,不会产生废渣、废水、废气、也没有噪音,更不会影响生态平衡,绝对不会造成污染和公害。我国太阳能资源丰富,全国90%以上的地区所幅照总量每平方米大于4500兆焦耳,年日照时数超过2200小时以上的地区只占我国国土面积的三分之二以上。若将全国太阳能年幅照总量的1%转化为可利用能源,就能满足我国全部的能源需求。特别是西部、北部和中南部,具有良好的开发条件和应用价值。因此,光热转换不但市场广阔,而且是解决我国矿物能源短缺最有希望、最可行的途径。

    现在我国私家车数量庞大,且大多数汽车基本上都是以柴油、汽油等化石能源作为驱动,扬灰、扬尘及排放出的尾气是造成PM2.5急剧升高的因素之一。近年来雾霾现象的加重,也和私家车数量的增加,有密不可分的关系。如果将传统汽车使用的化石燃料,全部替代为太阳能,那么将节省难以估计的巨大能量,同时彻底解决汽车尾气排放造成的环境污染。

    所以,总结下来,我们的新能源水陆两用多功能车具有环保、绿色,能缓解能源危机、解决环境污染、保护人身安全、以及节约资源、提高材料利用率减少经济损失等优点。

(缺)当然,我们的新能源水陆两用多功能车也有缺点。虽然太阳能常年提供免费能源而且可以减少对矿物燃料的依赖,但太阳能板的费用利用太阳能、制作太阳能汽车的最大障碍。 太阳能电池板非常昂贵,对于一辆车来说,就可能需要好几块。尽管太阳能板的维护和保养费用不是特别高,而且安装太阳能板后能够免费获取能源,但购买和安装太阳能电池板的初装成本可能会非常高。而且只有在阳光充足的地区安装足够的太阳能电池板,才可以高效率地实现太阳能向电能的转化,才可以尽可能的使太阳能板向外输出免费能量,提供动力。
 
太阳能其他利弊还涉及到太阳能电池板安装的环境。太阳能板直接沐浴在阳光下面效果最好,但在经常遇到浓密云层地域,太阳能板的效力就小一点。且太阳能电池板每天接受的光照时间的长短,决定了它作用的大小。太阳能转化为化学能贮存起来的时间较长,这可能成为太阳能水陆两用多功能车在实际使用中的不足。

实验感受

1、创新能力。为解决模型设计,材料准备,模型组装,实验,思路的改进和优化模型等问题,我们积极思考,激发了想象力,提高了创新能力和创新兴趣。在设计过程中,我们从不同的方向扩展自己的思维。当遇到困难时,小组成员积极解决问题,问题解决后,我们倍感兴奋,体会到创新带来的快乐。

2、协作能力。购买材料和组装汽车模型的过程中,每人分工明确,相互协助,共同工作,不仅增进了同学间的友谊,而且培养了团队协作的能力。

3、社交能力。在收集材料的过程中,与店主、客服等人进行交流,锻炼了社交能力。

4、动手能力。在组装材料的过程中,连接电路、切割材料、穿孔打眼等工作,锻炼了我们的动手能力。

5、对科技的兴趣。这次课题研究,让我们了解了汽车的基本结构和工作原理,学到了从课本上学不到的知识,一定程度上扩大了我们的知识面,让我们对汽车产生了一定的兴趣,也提高了我们对科技的兴趣。同时,让我们很好的了解到现实和课本知识的区别,给我们一个要将所学知识与现实关联的潜意识。

6、师生关系和谐。在课题研究的过程中,遇到困难时,我们经常向指导老师和其他的一些代课老师寻求帮助。这不仅帮助我们解决了研究中的困难,也加强了老师和同学间的相互了解,增进了师生之间的友谊,使师生关系更加和谐。

7、通过这次课题研究,我们有机会了解机械运转的相关原理,这为我们以后的发展和工作方向提供了一个新的指导方向,也是我们在高中生活中的一大收获。

七、研究参数

http://baike.sogou.com/v13589.htm?fromTitle=%E5%8C%96%E7%9F%B3%E8%83%BD%E6%BA%90

http://baike.sogou.com/v582173.htm?fromTitle=%E5%8C%96%E7%9F%B3%E7%87%83%E6%96%99

http://taiyangneng.baike.com/article-400905.html

http://wenwen.sogou.com/z/q66679816.htm

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