汽车最节能的结构设计.docx
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汽车最节能的结构设计
空气推力曲轴发动机与自动档的配合(专利号201020237763.5)
任何新技术在应用时都会遇到不少的困难,但我们不能因为有因难,而放弃它,我们应看到突破困难后,我们获得的优势。
--1良好的散热性能,使发动机的压气比达到12。
2,降低空气阻力达60%以上,在功率相同的情况下提高速度(P=FV),省油30%-40%。
3,锥形喷口使受热的空气的热能大部分转化成动能,从而产生更大的反冲力,M1V1=M2V2。
4,防止后车追尾。
5,发动机后置,像公交车一样,产生良好的驾驶感受。
1汽车前端(锥形口)
因为汽车不可能安排一个和前端一样大面积的通道来供空气通过,所以其前端采用锥形进气口,汽车速度一般不超过120KM/H,约33米/秒,气体进气速度只有在接近音速时才会产生阻塞,约272米/秒,可以采用锥形进气口来减小前端阻力。
2汽车中部
采用和锥形喷口最小截面积相同的通道,放在那汽车底盘底部。
3汽车后部
发动机放置在后部,经过加速的空气在这里减速,然后被发动机的风机吸入,空气吸收发动机的废热,一部分经后窗玻璃位置喷出,一部分从锥形喷口加速喷出。
。
当空气经过锥形口时,经过加热的空气会被加速,静压降低,最理想的状态是排气温度是常温,而多出的热量全部转化成了动能,比如汽车的功率为80KW,那么各种废热降低到常温可以放出200KW-220KW的能量,锥形喷口优势在于将这部分热量96%-98%转化成动能。
从动能定理可以看出,M1V1=M2V2=F,增大排气速度可以增加推力。
战斗机的喷口就是最明显的例子
而空气推力发动机的进气速度小于100米/秒,其加速空间巨大,最多可以加速到0、8倍音速,约280米/秒。
从上图我们可以发现,专利解决的阻力主要来自两方面-形状阻力和内循环阻力,约占阻力的70%。
当汽车行驶速度达到100公里/小时,其发动机的功率约70%损失在对抗风阻。
本方案通过把前面碰撞的空气排向后面,使总阻力减小约35%-40%。
由于经过风机加速的空气,其吸收发动机热能的能力也迅速提高,能使发动机的温度在无水冷的情况下迅速冷却。
总效率
由于本专利中有风机,当风机对空气加速时,空气也对风机产生反作用力,从中获得推力,从飞机的推进效率大约都在50%-75%,意即飞机获得的功率约为发动机功率的50%-75%。
假设功率P为100KW,阻力F为1000N,P=FV,速度V为100米/秒。
假设功率全部运用加速空气,轴功率为0,发动机功率100KW+热功率200KW-250KW,总功率约为300KW-350KW,假设推进效率在50%-75%,也就是汽车获得的功率为150KW-260KW;空气阻力约占总阻力的70%,经过设计,其约35%-40%总阻力消失,也就是阻力变成了650-600N,P=FV,V在230-430m/s。
可见,这种设计的主要功率来源于废热。
5页-9页的内容能说明这一切。
由于这种设计有很大的改进空间,所以其最终效果会有很大提升空间。
但可以肯定这种设计节能。
存在问题-甩尾+涵道设计
1.由于发动机后置,汽车的大部分重量集中到了后部,在转弯时容易产生甩尾现象,最好的解新决办法就是转向架后置和矢量喷口技术。
2.从相关的资料,可以判断,高压气体从锥形口喷出很容易,即高压到低压,损失也小96%-98%,难点在于进气口如何使气体从低压区流向高压区,而不导致气流回流,从现有的方案就是增加气体的静压,也就是要采用高压风机,再缩小进气口,再放大排气口,如图所示,
缩小进气口主要是提高气流速度,让动能去抵抗高压,放大排气口是降速增压。
功率分配,发动机转速与功率的关系近似可以理解为P1=KV。
假如当发动机的转速在6000转时,风机完全消耗发动机的功率,由于风机吸收的功率与排气的速度的关系是P2=1/2*@*S*V*V*V,(@代表密度),
所以,其关系如上图。
从这张图,我们可以发现,当发动机处于中低速状态下,风机消耗的功率占比较小,发动机的轴能输出轴动力;当发动机转速提高到6000转时,发动机的轴不能输出轴动力,风机消耗了全部功率。
由于自动档具有无级变速的能力,能自动适应汽车低速与高速的变化。
据此,我们设计了此发动机与自动档汽车在各档配合的时情况。
1,汽车进倒档,这时,我们让发动机的转速处于低速档,发动机输出一定的轴功率,风机吸入的空气可以起冷却的作用。
这样,汽车获得了一定后退力,汽车后退。
2,汽车前进则是轴功率与推力的配合。
根据它的动力特点,只要发动机一起动,发动机都能冷却。
而且只有倒挡时,发动机的转速不能太高,其它时候则可以从怠速--全速之间自由转换。
下面的图来自国防工业出版社的〈〈航空燃气轮机原理〉〉。
,说明加力比近似等于加温比的平方根,我的专利从对空气的升温并不高,推力增加并不多。
然而改变喷口形状将使空气加速膨胀,由于升温并不高,其最终可以使废热96%转化成空气动能。
下面这张图说明收敛喷口的效率
由于收敛形喷口是涡轮基础,人们在上面的研究已经相当成熟了,所以其相关公式也可用于本专利,
速度损失系数是非常小的,96%-98%。
这个关系式说明温度比与静压比的关系。
从而通过温度增加来计算速度,假设增加20℃,T1/T2=(273、5+20)/(273、5+20+20)=0、93。
K=1、3,R=287,V=225,航空发动机的喷口也能证明专利的可能性。
当飞机在地面和超音速飞行时,发动机喷口完全张开,当飞机亚音速机动时,缩小喷口,增加推力
。
由于汽车上下表面的气流速度不一样,汽车在高速行驶时,就会产生升力,最终会导致汽车离开地面,如果采用我的设计,再给车加上一对翅膀,控制平衡,汽车就会飞起来。
我需要资金制造一台样车,并进行测试,如果成功,成立一个类似苹果的公司,只设计和销售,而且,我一个想法,设计一个全电概念的汽车,意即汽车的发动机不止是发动机,而且也是一台性能优良的发电机,发电机的功率约占发动机功率的90%,而不是只有5%。
因此燃气轮机成了首选。
空气阻力及其组成
下面一张图是行车阻力构成随车速变化的图,从中我们可以看出当车速越高,空气阻力所占比例越大。
摩擦阻力
指空气粘度在车身表面产生的切向力在行驶方向的分力;该力仅占空气阻力总额的9%,在航空和航天中其作为重点考虑对象,在地面一般车辆中可予以忽略。
压力阻力
指汽车外表面大气作用的法向压力在行驶方向的分力;根据阻力源的不同,压力阻力又分为:
形状阻力、干扰阻力、内循环阻力及诱导阻力。
1.形状阻力:
由车身形状的不同而产生的空气阻力(主要由作用在汽车前、后两面的压力差所至),其占空气阻力总额的58%;
2.干扰阻力:
车身中局部突起部分(如:
反光镜、车门把手等)产生的空气阻力,其占空气阻力总额的14%;
3.内循环阻力
:
发动机进、排气系统、冷却系、车身通风系统等所需要和产生的空气流流经车体内部所产生的阻力,其占空气阻力总额的12%;
4.诱导阻力
:
空气升力在水平方向的投影(主要由作用在车身上、下两面的压力差所至),其占空气阻力总额的7%。