空气动力发动机的设计与计算
空气动力学转矩计算公式
空气动力学转矩计算公式空气动力学转矩是指飞机在飞行过程中受到的空气动力学力矩，它是飞机飞行稳定性和操纵性的重要参数之一。
在飞机设计和飞行控制系统设计中，准确计算空气动力学转矩对于确保飞机的飞行性能至关重要。
本文将介绍空气动力学转矩的计算公式及其相关知识。
在飞机飞行过程中，空气动力学转矩主要来源于气动力和飞行控制系统。
气动力学转矩包括升力矩、阻力矩和侧向力矩，而飞行控制系统引起的转矩则包括偏航转矩、滚转转矩和俯仰转矩。
这些转矩会影响飞机的姿态稳定性和操纵性能，因此需要进行准确的计算和分析。
首先，我们来看一下气动力学转矩的计算公式。
气动力学转矩的计算涉及到飞机的气动力学特性以及飞行状态参数，一般可以使用下面的公式进行计算：M = q S c Cm。
其中，M为气动力学转矩，q为动压，S为参考面积，c为参考长度，Cm为气动力矩系数。
动压q可以通过以下公式计算：q = 0.5 ρ V^2。
其中，ρ为空气密度，V为飞行速度。
参考面积S和参考长度c是根据飞机的几何形状确定的，而气动力矩系数Cm则是根据飞机的气动特性以及控制面的位置和操纵角度确定的。
气动力矩系数Cm的计算是一个复杂的过程，需要考虑飞机的气动特性、控制面的位置和操纵角度等因素。
一般来说，可以通过实验测试、计算模拟以及经验公式等方法来确定气动力矩系数。
在飞机设计过程中，通常会利用计算流体力学（CFD）软件进行气动力学转矩的计算和分析，以确保飞机在飞行过程中具有良好的姿态稳定性和操纵性能。
除了气动力学转矩之外，飞行控制系统引起的转矩也是需要进行计算和分析的重要内容。
飞行控制系统包括偏航舵、副翼和升降舵等控制面，它们可以通过操纵来引起飞机的偏航、滚转和俯仰运动，从而产生相应的转矩。
飞行控制系统引起的转矩可以通过控制面的操纵角度和位置来计算，一般可以使用下面的公式进行计算：M_control = q S_control l δ。
其中，M_control为飞行控制系统引起的转矩，S_control为控制面的面积，l为控制面到飞机重心的距离，δ为控制面的操纵角度。
空气动力——公式
车辆空气动力学与车身造型空气动力学（Aerodynamics）是研究物体在与周围空气作相对运动时两者之间相互作用力的关系及运动规律的科学，它属于流体力学的一个重要分支。
长期以来，空气动力学成果的应用多侧重于航空及气象领域，特别是在航空领域内这门科学取得了巨大的进展，给汽车或路面车辆的空气动力学（Automotive Aerodynamics-Road Vehicle Aerodynamics）研究提供了借鉴。
然而进一步的深入研究表明，汽车或车辆的空气动力学问题从理论到实际两方面都与航空等问题有本质的区别，汽车空气动力学已逐步发展成为了空气动力学的一个独立分支，在方程式赛车领域更是得到了极大的应用。
下面就谈谈赛车中空气动力学的应用。
图1：行车阻力随车速的变化情况我们从日常生活的经验知道，当风吹向一个物体时，就会产生作用在物体上的力。
力的大小与风的方向和强弱有关。
比如说轻风徐来，我们的感觉是轻柔舒适（力量很小）；飓风袭来，房倒屋塌，势不可挡（力量很大）。
这说明当风速达到某种程度时，就不能忽视它的影响。
对赛车来说，是车运动，大气可视为不动，相对运动的关系是一样的。
一般大致在车速超过100公里/小时（km/h）时，气流对车辆产生的阻力就会超过车轮的滚动阻力。
这时就必须考虑空气动力的影响。
如图1所示。
其实气动力对赛车的影响，不只是行车阻力，还有对发动机的进、排气，车辆行驶的稳定性，过弯速度，以及刹车距离，甚至轮胎温度控制等等。
1．空气动力学的基本概念和基本方程空气动力学，属流体力学的范畴，是研究以空气作介质的流场中，物体所受的力与流动特点的科学。
赛车空气动力学属低速空气动力学。
高速流和低速流在空气压缩性上有很大差别，通常用M数（也称为马赫）来划分。
若定义流速V与大气中声音的传播速度a之比为M数，则M=V/a。
大气中小扰动的传播速度是和声音的传播速度相同的，M=1后，会出现激波，气动特性发生很大变化。
一般M>>１为高超音速范围，主要是弹道导弹等的飞行；M>１为超音速，M在1.2-0.8左右为跨音速；M<0.8为亚音速范围，高速飞机的飞行跨越这三个范围。
航空航天工程师的航天器空气动力学
航空航天工程师的航天器空气动力学航空航天工程师在设计、制造和测试航天器时，空气动力学是一个至关重要的领域。
它涉及到航天器在大气中的运动和稳定性，以及空气对航天器的影响。
本文将重点介绍航天器空气动力学的基础知识和应用。
一、空气动力学基础空气动力学是研究物体在空气中运动的学科，对于航天器而言，它主要关注以下几个方面：1. 升力(Lift)和阻力(Drag)升力是航天器受到的垂直向上的力，它使得航天器能够在大气中飞行。
阻力则是与运动方向相反的力，它消耗航天器的能量。
航天器的设计需要通过合适的空气动力学原理来获得足够的升力和降低阻力。
2. 气动力系数气动力系数是衡量航天器受到空气力影响的参数。
常见的气动力系数有升力系数(Cl)和阻力系数(Cd)。
它们与航天器的气动外形、攻角以及空气性能密切相关。
3. 攻角（Angle of Attack）攻角是航天器前进方向与气流方向之间的夹角。
适当的攻角能够产生更大的升力，但过大的攻角会引发空气动力学失稳。
二、航天器的空气动力学设计航天器的空气动力学设计要考虑许多因素，包括以下几个方面：1. 气动外形航天器的气动外形决定了它在空气中的运动特性。
合理的气动外形可以减小阻力，提高升力，并确保航天器的稳定性和控制性。
2. 稳定性和控制性稳定性是指航天器在运动中维持平衡的能力，而控制性则是控制航天器运动的能力。
航天器的空气动力学设计应该使其具备良好的稳定性和控制性，从而实现预定的任务目标。
3. 气动力参数的计算与优化通过数值模拟和实验测试，航空航天工程师可以计算和优化航天器的气动力参数。
这有助于预测和改善航天器的性能，并提供参考数据供设计师参考。
三、航天器的空气动力学测试航天器的空气动力学测试是确保设计满足要求的重要环节。
以下是一些常见的测试方法：1. 风洞测试风洞测试是通过模拟真实的大气流场，对航天器进行静态或动态的空气动力学性能测试。
它可以提供航天器在各种飞行条件下的气动性能数据。
锅炉设备空气动力计算
锅炉设备空气动力计算引言锅炉是工业生产中常用的热能转换设备，通过燃烧燃料产生高温高压的蒸汽或热水，用于供热或发电。
在锅炉运行过程中，空气动力计算是非常重要的一环，它可以帮助我们确定锅炉所需的空气量和风机的运行参数，保证锅炉的正常运行和热能的高效利用。
一、空气需求量计算1. 燃料燃烧所需的理论空气量燃料的燃烧需要一定的氧气参与，理论上每种燃料在完全燃烧时所需的空气量是固定的。
常见燃料的理论空气量如下：- 煤：1kg煤需要7-8kg空气；- 油：1kg燃油需要12-14kg空气；- 天然气：1m³天然气需要9-10m³空气。
2. 燃料燃烧过程中的过剩空气量过剩空气量是指燃烧过程中实际供给的空气量与理论所需空气量之间的差值。
过剩空气量的大小直接影响锅炉的热效率和燃烧产物的排放。
一般情况下，煤炭锅炉的过剩空气量为20-30%，油燃锅炉为10-20%，天然气锅炉为5-10%。
3. 锅炉的额定蒸发量和额定热负荷额定蒸发量是指锅炉在规定的工况下所能产生的蒸汽或热水的质量。
额定热负荷是指锅炉在额定工况下所需的热能输入量。
根据锅炉的额定蒸发量和额定热负荷，可以计算出锅炉的额定空气量。
4. 高效锅炉的空气需求量对于高效锅炉，由于其燃烧过程更为充分，空气需求量相对较低。
一般来说，高效锅炉的过剩空气量可以控制在10%以下。
二、风机参数计算1. 风机的静压风机的静压是指风机在运行时所产生的压力差，用于克服锅炉系统的阻力和风道的阻力。
静压的大小与锅炉的设计参数和系统的阻力特性有关。
2. 风机的风量风机的风量是指风机在单位时间内所能输送的空气体积。
风量的大小与锅炉的额定空气量和过剩空气量有关。
3. 风机的功率风机的功率是指风机在运行时所消耗的电能或热能。
风机的功率与风机的静压和风量有关。
4. 风机的效率风机的效率是指风机在工作过程中能量转换的有效性。
风机的效率与风机的设计参数、运行条件和负载特性有关。
三、锅炉空气动力计算实例以某燃煤锅炉为例，该锅炉的额定蒸发量为10吨/小时，额定热负荷为7兆瓦。
气动力计算公式
气动力计算公式
气动力是指空气对物体的作用力，其大小与物体的形状、速度、密度等因素有关。
常见的气动力计算公式有：
1. 空气阻力公式：Fd=ρv^2CdA。
其中，Fd表示空气阻力，ρ表示空气密度，v表示物体速度，Cd表示阻力系数，A表示物体在垂直于运动方向上的投影面积。
2. 升力公式：Fp=ρv^2ClA。
其中，Fp表示升力，Cl表示升力系数，其他符号同上。
此外，对于飞行器（如飞机），通常取一个原点位于飞行器重心的气流坐标系，将空气动力分解为三个方向上的分量。
设坐标系的x轴平行于气流方向且正向与气流方向相反，y轴在飞行器对称面内与x轴垂直且正向指向飞行器上方，z轴垂直于xy平面，指向右翼。
则合力在x、y、z三个轴上的分量分别称为阻力、举力和侧向力。
若空气动力作用点与飞行器重心不重合，则飞行器还受到一个合力矩的作用，它在x、y、z三个轴上的分量分别称为滚转力矩、偏航力矩和俯仰力矩。
以上信息仅供参考，建议查阅空气动力学书籍或者咨询专业人士以获取更准确的信息。
空气动力学的力量计算公式
空气动力学的力量计算公式空气动力学是研究物体在空气中受到的力和运动的学科。
在空气动力学中，力的计算是至关重要的，因为它可以帮助我们理解物体在空气中的运动规律。
在本文中，我们将讨论空气动力学的力量计算公式，以及这些公式的应用。
空气动力学的力量计算公式可以分为两类，气动力和阻力。
气动力是指物体在空气中受到的推力或拉力，而阻力则是物体在空气中受到的阻碍运动的力。
下面我们将分别介绍这两种力的计算公式。
首先是气动力的计算公式。
气动力的大小取决于物体的形状、速度和空气的密度。
一般来说，气动力可以通过以下公式进行计算：F = 0.5 ρ v^2 A Cd。
其中，F表示气动力的大小，ρ表示空气的密度，v表示物体的速度，A表示物体的横截面积，Cd表示物体的阻力系数。
这个公式告诉我们，气动力与空气密度、速度的平方和物体的横截面积成正比，与物体的阻力系数成反比。
这个公式在飞行器设计和空气动力学研究中有着广泛的应用。
接下来是阻力的计算公式。
阻力的大小取决于物体的形状、速度和空气的密度。
一般来说，阻力可以通过以下公式进行计算：D = 0.5 ρ v^2 A Cd。
其中，D表示阻力的大小，ρ表示空气的密度，v表示物体的速度，A表示物体的横截面积，Cd表示物体的阻力系数。
这个公式与气动力的计算公式非常相似，只是它们的物理意义不同。
阻力的大小与空气密度、速度的平方和物体的横截面积成正比，与物体的阻力系数成反比。
以上是空气动力学的力量计算公式，它们可以帮助我们理解物体在空气中受到的力和运动规律。
这些公式在飞行器设计、汽车设计和建筑结构设计等领域都有着重要的应用。
通过对这些公式的研究和应用，我们可以更好地理解物体在空气中的运动规律，从而设计出更加高效和安全的产品。
除了以上介绍的气动力和阻力的计算公式，空气动力学还涉及到其他一些力的计算公式，比如升力的计算公式和升阻比的计算公式。
这些公式在飞行器设计和空气动力学研究中也有着重要的应用。
空气动力计算
缺点：由于整个烟道都处于负压， 仅适用小型锅炉，用于大容量锅炉 时，由于阻力大，漏风严重，影响 效率。
3．正压通风：
除烟囱外，仅装置送风机来克服整个系统 的流动阻力。
优点：仅一个风机，系统简单，整个烟风 道正压工作。无漏风，提高效率。
缺点：必须严格密封，不能在正压较大时 工作，否则 火焰和烟气将会喷出，危及人 身安全，损坏设备，影响锅炉房卫生，目 前，多用于小型燃油炉。
hzsHg1.223753tk3tk —风道中空气的温度
总的自生通风力 Hzs hzs
空气向上流动时，取正号，向下时 取负号。（与烟道时相同）
8． 总 压 降
H k
H lz
H zS
S
' l
S
' l
—
炉
膛
内
空
气
进
口
高
度
上
的
负
压
若烟
气
出
口在炉
膛
上部：
S
' l
S
'' l
0 .95
Hg
若烟
气
出
口在炉
自生通风能力
h z skg z 2 z 1
它由介质与外界空气的密度差和通 道的高度差所产生。
由 于 烟 道 中 的 介 质 密 度 总 小 于 外 界 空 气 密 度 k 。
结论 ①在上升烟道中，自生通风力为正值，可用来克服流动阻力，如烟囱。
②在下降烟道中，则hzs 为负值，阻滞介质流动，需消耗外界压头。
膛
下部：
S
' l
S
'' l
0 .95
航空器空气动力
航空器空气动力航空器空气动力是航空工程领域中不可或缺的重要内容之一。
它研究飞机在飞行过程中所受到的空气力学效应以及相应的工程设计和优化方法。
在航空工业的发展过程中，航空器空气动力的不断革新与提升，为飞机的飞行和飞行性能带来了巨大的进步。
本文将从飞行原理、气动力学基础、空气动力设计方法三个方面展开论述。
一、飞行原理飞行原理是航空器空气动力研究的基础。
它涉及到飞机在飞行中所受到的各种力和力矩，以及这些力和力矩对飞行性能的影响。
飞机的飞行原理可以简单地分为平直飞行、升降飞行和转弯飞行三个方面。
在平直飞行中，飞机需要克服重力和风阻，保持平衡飞行。
在升降飞行中，飞机需要通过控制升降舵和发动机推力来控制飞机的爬升和下降。
在转弯飞行中，飞机需要通过侧向舵和配平来改变航向。
二、气动力学基础气动力学是研究飞机在空气中受力的学科。
它主要涉及到空气的流动和流体力学方程的运用。
在航空器空气动力中，研究的对象是飞机表面所受到的气动力。
这些气动力主要包括升力、阻力、推力和侧向力等。
升力是保持飞机在空中飞行的主要力量，它是由飞机的机翼产生的。
阻力是飞机在飞行过程中所受到的阻碍飞行的力量，它来自于飞机的飞行速度、空气密度和飞机形状等因素。
推力是飞机的动力来源，它是由发动机产生的。
侧向力是在飞机转弯飞行中产生的力，它主要来自于飞机的垂直尾翼。
三、空气动力设计方法空气动力设计方法是对航空器的气动性能进行改进和优化的一系列方法和技术。
在航空工业发展的过程中，空气动力设计方法的不断改进和创新，为飞机的飞行性能和节能减排方面提供了很大的帮助。
目前常用的空气动力设计方法包括数值模拟方法、试验方法和经验设计法。
数值模拟方法通过对飞机的气动力进行数值计算和模拟，评估飞机的飞行性能和稳定性。
试验方法通过在试验风洞中对飞机模型进行气动力试验，获取飞机的气动特性参数。
经验设计法则是通过对已有飞机的气动性能数据进行整理和总结，提供给设计师进行参考。
总之，航空器空气动力是航空工程中的重要内容之一，对于飞机的飞行和性能提升具有重要的意义。
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设高压空气储气罐的体积为 Ｖ １，压强为 Ｐ１，温度为 Ｔ１（室温），活 塞打开时的体积为 Ｖ ２，压强（排气有：ＰＶ ＝ｖＲ Ｔ，在工作过程中近似于等温膨胀如图 ２，空 气做功为 Ｗ ＝ｖＲ Ｔ１ ｌｎ（Ｖ ２／Ｖ １），其中 ｖ 为高压空气储气罐中的空气的量， Ｒ 为普适气体常数 ８．３１Ｊ／ｍ ｏｌ·Ｋ 。如果工作时间为 ｔ的话，该空气动力发 动机的工作效率则为：ｐ＝Ｗ ／ｔ。
图 １ 压缩空气动力发动机 压缩空气动力发动机主要是由高压储气罐、电磁阀、位置传感器、 活塞、曲轴传动轮等部件组成。 当活塞运行到位置传感器处，位置传感器给出一个信号，电磁阀通 电，打开进气口，高压气体进入活塞腔体。在高压气体的作用下活塞运 动，当活塞运动离开位置传感器时，电磁阀断电，进气口关闭。活塞运动 到特定的位置时，排气口（出气口 １）打开，气体从排气口排出，活塞在弹 簧力的作用下，反向运动，进入下一个循环。活塞的运动可以通过带动 曲轴传动轮，从而输出功率。 位置传感器可以采用霍尔元件做为传感器，当活塞到达位置传感 器时，传感器给出接通电磁阀的信号，当活塞离开位置传感器时，传感 器给出关闭电磁阀的信号。整个装置的工作过程可以通过控制电磁阀 的电源接通与断开，控制工作与否。 三、压缩空气发动机的效能计算
科技信息
高校理科研究
空气动力发动机的设计与计算
淮阴工学院数理学院 颜照明 洪凌宇 胡 光
［摘 要］本文设计一款空气动力发动机，并对该装置的效能进行了计算，同时给出利用风能生产高压气体的一种方法。 ［关键词］风力动力 发动机 设计 计算
一、项目来源 现今社会，随着经济和科技的迅猛发展，人们的生活水平日益提 高，就在人们享受丰富的物质文明的同时，人类消耗自然资源的数量正 在以惊人的速度增长，当今社会资源紧缺、环境污染的问题也日益凸 显。 我国作为新兴发展中国家，近 ３０ 年国民经济以年均约 １０％ 的增长 率高速发展，加之工业粗放式发展，能源消耗量位列世界前列，环境污 染状况加剧，严重制约了我国经济的可持续发展；开辟新能源，保护自 然环境成为我国亟待解决的大问题。 在本世纪二三十年代，就有人提出并且试制利用压缩空气为动力 的发动机，这种动力机需要一个高压储气罐，受当时科技水平限制，做 出的动力机重量比较大而且它所产生的功率比使用燃料的动力机要小 得多，因而几十年都没有得到发展。随着科学技术的不断进步，新材料 的层出不穷，利用压缩空气为动力的微型动力机有了巨大的进展，如意 大利人制造的“乔纳森”压缩空气动力动力机，动力机各部分都用塑料 做成，整机重 ４２ 克，压力达 ５．６ 公斤 ／平方公分，转速达 ４０００ 转 ／分，但 是由于连杆与活塞不连接，易出现反转，不稳定，使得动力机易出现故 障。我们经过研究与探索，认为压缩空气动力机在原理上是可行的，技 术上可实现，是一种无污染、结构简单、制造和使用方便，并有广阔应用 前景的新型动力发动机。 二、空气动力发动机装置的设计 经过对相关文献和专利技术分析与研究，本课题组设计的压缩空 气动力发动机如图 １：
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参考文献 ［１］刘小勇，王云《． 压缩空气发动机发展综述》．机械，２００８ 年第 ９ 期 ［２］安达，谈建，左承基《． 压缩空气动力发动机的设计及初步试验》． 合肥工业大学学报（自然科学版）第 ６ 期 ［３］王万昌《． 压缩空气动力发动机》（专利号：９７２４８３４１．１） ［４］陈平录等《． 压缩空气发动机电气驱动全可变气门驱动系统》（申 请号：２００７１０１５６６２８．０）．浙江大学
图 ３ 利用风能装置生产高压气体过程 五、结束语 本项目是淮阴工学院本科学生参加 ２０１０ 年江苏省大学生科技实 践计划项目，项目研究的出发点是寻找无污染、可持续的绿色环保新能 源。在项目研究过程中，项目组成员查阅了大量文献资料和专利技术， 并学会用计算机进行辅助设计，动画演示出压缩空气动力发动机装置 的工作过程，将课堂知识与实际需求结合起来，为以后的学习、工作和 研究积累了相关经验。
图 ２ 等温膨胀过程 实例：一个常见的储气罐体积 Ｖ １＝７０Ｌ，压强 Ｐ１＝１．８Ｍ Ｐａ，温度（室 温）Ｔ１＝３００Ｋ ；活塞打开时的体积 Ｖ ２＝０．８Ｌ，压强 Ｐ２＝０．２Ｍ Ｐａ，温度（室 温）Ｔ２＝３００Ｋ ；工作时间为 １ｈ，该空气动力发动机的工作效率则为：ｐ＝ Ｐ１Ｖ １ｌｎ（Ｖ ２／Ｖ １）／ｔ＝１５６．５ｗ 。 四、高压气体的产生 由于利用压缩空气作为动力的发动机工作效率相对较低，因此生 产高压气体的成本就将决定着空气动力发动机的应用价值。借鉴我院 严焱、刘成主持的江苏省大学生实践训练计划项目“风力提水灌溉农田 装置的设计和实现”（该项目还获的 ２００９ 年江苏省高校第六届大学生 物理实验及实验科技作品创新竞赛一等奖）的设计思路，我们采用风能 装置生产高压气体，生产过程如图 ３ 所示。