压缩空气动力汽车的可行性研究

　　压缩空气动力汽车的可行性研究许宏博士许宏介绍了压缩空气动力汽车的工作原理结构特点及其“零污染”特性，分析了压缩空气动力的能量转换过程，并与常用电动车车载电池特性进行了比较介绍了压缩空气动力汽车的动力分配方式和整车特性以及压缩空气的存储特性认为压缩空气动力汽车在原理上是可行的，技术上可实现，是-种无污染、结构简单、制造和使用方便，并有广阔应用前景的新型动力汽车。

　　1环保汽车的进展从20世纪30年代以蓄电池作为动力的EV电动车到现在的HEV复合动力电动汽车及代用燃料汽车，汽车用能源的研究与开发从未间断代用燃料汽车，如天然气（CNGLNG）汽车、醇类汽车、二甲醚（DME）汽车等仍然有排放污染和热效应，有些燃料还有毒性，有些燃料燃烧控制困难电动汽车行驶中无污染排放、噪声低能量转换效率高，但电池驱动的电动汽车受制于车载电池，在比功率、循环寿命、充放电性能、造价和安全性等方面一时难以达到实用的程度，同时，电池本身也存在严重的二次污染混合动力电动车具有电池电动车和内燃机汽车的优点，但仍存在排放问题，由于有2套动力装置，其驱动和控制系统更复杂燃料电池电动车是人们寄予厚望的，目前认为*有发展前途的是质子交换膜燃料电池（DEMFC），可实现零排放，能量转换率高，结构简单但燃料电池的制造成本比较高，氢气的安全存储、制备和灌装都有许多问题，制约了这种电动车辆的发展和实用化太阳能电动车仍需减小电池体积和提高光电转换效率飞轮电池技术尚未取得突破性进展人们期待着一种没有污染用之不竭的新型：2002-基金项目：国家自然科学基金-福特基金资助项目（50122115）能源的出现，压缩空气能源正好满足这种要求2压缩空气动力汽车的原理压缩空气动力汽车使用高压压缩空气为动力源，空气作为介质，汽车运行时将压缩空气存储的压力能转换为其它形式的机械能以液态空气和液氮吸热后膨胀做功为动力的其它气体动力汽车也属于气动汽车范畴气动汽车工作原理与传统汽车基本相同，*大差别在于汽车动力来源的不同，其发动机总体结构形式仍可借鉴传统汽车的模式为法国MDI公司出品的压缩空气动力和内燃机动力的混合动力汽车发动机的外观图，为其结构示意图发动机由进气压缩缸、膨胀排气缸和球型定容燃烧室组成，通过电控装置进行燃料动力和压缩空气动力的切换。若将中的球型定容燃烧室及其相应装置去除，即成为纯粹以压缩空气为动力的发动机，合理安排进气相位，各活塞将在压缩空气的推动下往复运动压缩空气动力发动机有旋转活塞式和气马达型等多种结构形式，目前只有往复活塞式结构的报道为了有更好的动力特性和结构特性，一般都设计为多缸形式压缩空气动力发动机工作时，储气瓶中的高压压缩空气经减压后，通过热交换器吸热，再进入作用缸推动负载运动，通过调节进入作用缸的气体压力和流量以调整发动机的动力特性改变缸径、缸数和布局可以得到多种形式的发动机3压缩空气动力汽车的可行性分析3.1能量分析对压缩空气动力汽车使用性能的要求与常规汽车一样，决定压缩空气动力汽车前景的关键是如何提高压缩空气的能量利用率Z即实际压缩空气所做的膨胀功与压缩空气中存储的压力能的比。

　　空气由高压到低压的减压过程，图中曲线12分别表示压缩空气的等温、绝热膨胀过程，实际的减压膨胀做功过程介于曲线12之间。图中PiVi―起始点气体压力、体积；A为起始点，BCDE为相应的分级压力控制时的压力分级点，在这些点处有等容吸热过程，如B―C和E等曲线1与坐标ViV2间所包含的面积表示压缩空气储存的能量释放所能转变的气体膨胀功。

　　假定高压气罐的充气压力为1储气体积为Vi，按曲线1的理想气体完全等温膨胀到常压时所能做的全部膨胀功为膨胀后的终了状态为（P2，V'2）法国MDI公司发动机的参数为起始储气压力p 300L，终了室温状态下的压力户2=0.1MPa，由41镍镉电池55镍氢电池80钠硫电池100钠氯化镍电池120锂离子电池150锂聚合物电池115锌空气电池180铝空气电池200压缩空气（常温，30MPa，300L）61目前德、美等国已有超高压充气设备，我国也能生产铝合金内胆碳纤维缠绕的超高压储气罐。制罐工艺的改进将使存储压力进一步提高，比能量将随之提高。

　　假定工作温度为27°C，可求得体积为300L压力为30MPa的压缩空气的质量为104.气罐重约130kg，对应的压缩空气的比能量约为61W‘h/kg表1为压缩空气动力与多种车载电池比能量的对比提高压缩空气使用效率、增大罐容和增大充气压力是提高一次充气行驶里程的主要手段当然增大罐容受到汽车有效空间的限制，增大充气压力则受制罐工艺的限制在罐容充气压力和汽回收、少损减压控制和合理的动力分配方式等问题都与Z有关，需进一步深入研究。

　　4压缩空气动力汽车的特点压缩空气动力汽车在电f能-压力f能-机械能的转换过程中，无（矿物）燃料的燃烧，排放的仍然是无污染无热辐射的空气，噪声小，是真正“绿色”“零污染”概念的汽车与传统的汽车相比，其发动机工作时无燃料的燃烧过程，所以发动机的结构很简单、尺寸小、重量轻、造价低，对材料要求低，设计和制造容易。与用液氮、液空的汽车相比，气体膨胀作功时吸热量相对较小，比液氮、液空的制备及存储费用少得多。内燃机动力和压缩空气动力混合动力汽车可彻底解决吸热问题，特别是在环境温度较低时尤为重要。

　　压缩空气动力汽车的能量传递快捷，储存容易，空气介质来源方便、清洁、价廉，所需的电力能量容易获取；家用充气设备和加气站等社会基础建设费用不高，较容易建造；整车使用维护和生产费用低，且可利用现有气动技术、汽车设计和制造技术，研制和开发周期短对污染要求特别严格的城市中心、重点旅游区、自然保护区以及对噪声要求严格的场合或室内使用的中小型工具运输工具等，以及短途的交通工具、军用潜艇等，压缩空气动力都将有不可替代的作甩我国电力资源非常丰富，而石油资源相对紧缺，压缩空气动力汽车是对电力能源很好的二次利用，符合我国目前和将来能源结构调整的大趋势。

　　5结论压缩空气动力汽车是不同于内燃机汽车及各种电动汽车的一种全新的“零污染”汽车压缩空气动力汽车原理上是可行的，其结构简单造价低廉，同时符合环境保护、节约资源的可持续发展战略。

　　压缩空气动力汽车技术上优势明显，压缩空气来源方便，能量储存方式优于电气、液压等其它方式。

　　气动汽车发动机的研究思路可以沿用现有的汽车技术，气动控制及气动系统实现已是成熟技术，相关的高压气动控制元件技术上也是可行的。车行驶里程之间有*优匹配参数，而压缩空气能可以预计，压缩空气动力汽车在通用场合和量使用率Z是*大的变数，发动机结构优化、能量特殊领域都能得到广泛的应甩注塑制品翘曲变形数值分析模型一一郭志英阮雪榆李德群文章编号：1004-13X（2002）17-1515-03注塑制品翘曲变形数值分析模型郭志英博士郭志英阮雪榆李德群曲变形有限元模拟数学模型，并对模拟结果进行实验验证，证明了翘曲变形模型及分析软件的正确性注塑成形是批量生产塑料制品的**方法。

　　但如何减少、防止制品成形中时常发生的翘曲现象，是经常困扰工程师的一大难题而仅仅依靠传统的经验技术诀窍和不断尝试的方法，仍不能有效地解决问题因此，将CAE技术应用于注塑成形，进行翘曲变形预测，以优化产品、模具设计和注塑成形工艺参数设置，从而提高生产效率和成形质量，是解决翘曲变形问题的新思路。

　　1翘曲变形有限元分析模型注塑制品成形过程中可能形成多种残余应力，其应力-应变本构方程为均匀冷却过程所产生的残余应力；为由于模具排气或制品被顶出时可能产生的应力；为制品出模后继续冷却至室温时产生的热应变利用虚功原理=ITdV++Fi++体积；为位移；为制品出模后继续冷却所产生热应力的等效热载荷；为流动残余应力所形成的等效载荷；为模具内不均匀冷却所产生温度应力的等效载荷；为出模时受到不均匀推力而可能产生的载荷。且有胡小军，董明晶蒋书运等。飞轮储能技术的新进程夕明，孙逢春。电动汽车能量存储技术概况。电（编辑苏卫国）体传动及控制国家重点实验室博士后研究人员。研究方向为气压伺服系统、气液联控伺服系统及其控制策略、气动汽车。发表论文10余篇1收穑日期：2001- 0一基金项目：国家自然科学基金资助项目（59975032）；国家211工程资助项目