气动汽车

气动汽车

这周您去过加油站吗？考虑到我们生活在这个普遍以车代步的社会，我想，十之八九您是去过的。在给汽车加油的同时，您一定也注意到了近年来油价是如何一路狂飙的。自汽车诞生之日起，汽油一直是主要的燃料来源，但现在，它却变得越来越贵，也越来越不实用。从环境的角度来说更是如此。这些因素促使汽车制造商努力开发使用替代能源的汽车。2000年，两辆混合动力汽车（Hybrid Car）下线。预计三四年内，燃料电池汽车将在世界各地的公路上自由驰骋。 
在美国，汽油的价格虽说还没有达到历史最高点（1980年卖到0.70美元/公升），但过去两年油价的直线攀升却是事实。根据美国劳动统计局的数据，1999年的油价蹿升了30%，从1999年12月到2000年10月，油价又上涨了20%。而欧洲的油价还要更高一些。像英国和荷兰这样的国家，油价甚至超过了1.06美元/升。但是，使用汽油作为主要燃料并不仅仅导致经济成本的问题，还会造成环境污染。而且汽油是不可再生的资源，总有耗尽的一天。

于是，替代方案纷纷出炉，其中之一便是气动汽车。目前，至少有两个项目在开发使用压缩空气驱动的新型汽车。在本篇文章中，您将了解到正在开发的这两种气动汽车的技术内幕，以及十年后它们将如何取代您那个“油鬼”汽车！

气动汽车

气动汽车是真正意义上的"气车.它是以空气做为动力的.
看见天下悠悠飞腾的孔明灯,就知道我们的祖上早就在三国时代就利用空气来作为动力了,小时节把一个大气球栓在一个小玩具车上,把吹得鼓鼓的的气球口一撒手,一股气从气球口"哧"的一下喷出后,把小玩具车一下子向前推得好远好远,真好玩!
不论是孔明灯上的热气,还是气球里吹出的冷气,不管是我们吸入的是氧气还是二氧化碳,那都是"气".有的人利用孔明灯的原理发明了热冷交换式空气动力发动机,还有人利用小气球的原理发明了压缩空气动力车,一下子把我们日暮途穷的能源危机找到了一个取之不尽用之不竭的理想发展空间,人们在地球日益变暖的惊恐中有了一点向善的环保意识了,大气污染已经到了不该人类再胡作非为的时辰了,所以空气的开发和利用是不以人的意志为转移的.势在必行.那么我们要利用的空气到底有多少,它的情况我们得心中有数才行.看一看这个说明就行了:
大气层又叫大气圈，地球就被这一层很厚的大气层包围着。大气层的成分主要有氮气，占78．1％；氧气占20．9％；氢气占0．93％；还有少量的二氧化碳、氦气、氖气、氪气、氙气和水蒸气。大气层的空气密度随高度而减小，越高空气越稀薄。大气层的厚度大约在1000千米以上，但没有明显的界限。整个大气层随高度不同表现出不同的特点，分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层，再上面就是星际空间了。

对流层在大气层的最低层，紧靠地球表面，其厚度大约为10至20千米。对流层的大气受地球影响较大，云、雾、雨等现象都发生在这一层内，水蒸气也几乎都在这一层内存在。这一层的气温随高度的增加而降低，大约每升高1000米，温度下降5～6℃。动、植物的生存，人类的绝大部分活动，也在这一层内。因为这一层的空气对流很明显，故称对流层。对流层以上是平流层，大约距地球表面20至50千米。平流层的空气比较稳定，大气是平稳流动的，故称为平流层。在平流层内水蒸气和尘埃很少，并且在30千米以下是同温层，其温度在－55℃左右。平流层以上是中间层，大约距地球表面50至85千米，这里的空气已经很稀薄，突出的特征是气温防高度增加而迅速降低，空气的垂直对流强烈。中间层以上是暖层，大约距地球表面100至800千米。暖层最突出的特征是当太阳光照射时，太阳光中的紫外线被该层中的氧原子大量吸收，因此温度升高，故称暖层。散逸层在暖层之上，为带电粒子所组成。

除此之外，还有两个特殊的层，即臭氧层和电离层。臭氧层距地面20至30千米，实际介于对流层和平流层之间。这一层主要是由于氧分子受太阳光的紫外线的光化作用造成的，使氧分子变成了臭氧。电离层很厚，大约距地球表面80千米以上。电离层是高空中的气体，被太阳光的紫外线照射，电离成带电荷的正离子和负离子及部分自由电子形成的。电离层对电磁波影响很大，我们可以利用电磁短波能被电离层反射回地面的特点，来实现电磁波的远距离通讯。
在地球引力作用下，大量气体聚集在地球周围，形成数千公里的大气层。气体密度随离地面高度的增加而变得愈来愈稀薄。探空火箭在3000公里高空仍发现有稀薄大气，有人认为，大气层的上界可能延伸到离地面6400公里左右。据科学家估算，大气质量约6000万亿吨，差不多占地球总质量的百万分之一，其中包括：氮78%、氧21%、氩0.93%、二氧化碳0.03%、氖0.0018%，此外还有水汽和尘埃等。 
　　根据各层大气的不同特点（如温度、成分及电离程度等），从地面开始依次分为对流层、平流层、中间层、热层（电离层）和外大气层。
　　接近地球表面的一层大气层，空气的移动是以上升气流和下降气流为主的对流运动，叫做“对流层”。它的厚度不一， 其厚度在地球两极上空为8公里，在赤道上空为17公里，是大气中最稠密的一层。大气中的水气几乎都集中于此，是展示风云变幻的“大舞台”：刮风、下雨、降雪等天气现象都是发生在对流层内。 
　　对流层上面，直到高于海平面50公里这一层，气流主要表现为水平方向运动，对流现象减弱，这一大气层叫做“平流层”，又称“同温层”。这里基本上没有水气，晴朗无云，很少发生天气变化，适于飞机航行。在20～30公里高处，氧分子在紫外线作用下，形成臭氧层，像一道屏障保护着地球上的生物免受太阳高能粒子的袭击。 
　　平流层以上，到离地球表面85公里，叫做“中间层”，又称“散逸层”。中间层以上，到离地球表面500公里，叫做“热层”。在这两层内，经常会出现许多有趣的天文现象，如极光、流星等。人类还借助于热层，实现短波无线电通信，使远隔重洋的人们相互沟通信息，因为热层的大气因受太阳辐射，温度较高，气体分子或原子大量电离，复合机率又少，形成电离层，能导电，反射无线电短波。
　　热层顶以上是外大气层，延伸至距地球表面1000公里处。这里的温度很高，可达数千度；大气已极其稀薄，其密度为海平面处的一亿亿分之一。
 

气动汽车

也许不用两年，您就会看到第一辆气动汽车在您的小镇上“招摇过市”。而它很可能就是位于法国Brignoles的Zero Pollution Motors公司正在开发的e.Volution汽车。近几年来，e.Volutions汽车已经引起了广泛的关注。墨西哥政府已经签署了一笔购买4万辆e.Volutions汽车的交易订单，用以替代污染严重的墨西哥城内的汽油和柴油出租车。 
e.Volution的制造商宣称该车是低污染或零污染。不过，目前关于这种气动汽车对环境的影响仍有争议。制造商认为，汽车是借助空气动力来行驶的，因此对环境没有危害；而批评家则认为，气动汽车只不过是将空气污染从尾气排放环节转移到了发电厂等其他环节。的确，这类汽车需要依靠电力压缩储气罐中的空气，而电力的供应又需要消耗矿物燃料。

e.Volution汽车使用一个双缸压缩空气发动机来驱动。这种发动机的基本理念非常独特：既可以只使用压缩空气驱动，也可以当作内燃发动机使用。压缩空气存储在碳纤维材料或玻璃纤维材料的储气罐中，罐内压力约为30兆帕（MPa）。罐内空气通过空气喷射器进入发动机的一个狭小气室，促使空气膨胀。膨胀后的空气会向下推动活塞，从而转动曲轴为汽车提供动力。Zero Pollution Motors还在开发既可以使用传统燃料又可以使用空气动力驱动的混合动力发动机。这两种动力能源的转换通过电子设备来控制。如果汽车的运行速度低于60公里/小时，它就会使用空气动力行驶。如果高于此速度，则会依靠汽油、柴油或天然气提供动力。

储气罐安装在汽车底部，可以容纳约300公升的空气。这些压缩空气能够支撑e.Volution汽车行驶200公里，最高时速度可达96.5公里。当储气罐中的空气快要耗尽时，只要就近停靠气泵站，对e.Volution汽车加气之后便可继续行驶。如果使用民用电充气，充满压缩气罐大约需要4个小时。但若有高压气泵，3分钟即可充满。

这辆汽车的发动机确实需要使用机油，但用量微乎其微，每行驶5万公里仅需要0.8升机油。该汽车将配备自动变速器、后轮驱动和齿条齿轮转向装置，轴距为2.89米。车重约为700公斤，长约3.81米，宽1.71米，高1.74米。

2000年10月，e.Volution汽车在南非约翰内斯堡举行的非洲2000年汽车博览会上首次公开亮相。Zero Pollution公司声称，该汽车将于2002年推向南非市场，但没有提到是否要在其他国家和地区销售。

气动汽车

华盛顿大学的研究人员开发了另一种气动汽车，该车的设计利用了蒸汽机的原理，只是不需要发生燃烧。他们设计的LN2000气动原型车使用液氮作为推进剂。之所以决定采用液氮，是因为氮气在大气中含量丰富（氮气约占地球大气总量的78%），而且容易获取。LN2000发动机由5大部件组成： 
一个91升的不锈钢储气罐。 
一个可将液氮输送到节能器的气泵。 
一个利用尾气余热对液氮进行预热的节能器。 
一个将液氮加热至沸点产生高压氮气的热交换器。 
一个可将氮气能量转换为可用动力的膨胀器。 
在零下196摄氏度条件下储存的液氮由热交换器加热蒸发。热交换器是LN2000低温发动机的核心部件，该发动机以其液氮存储温度极低而得名。利用汽车周围的空气将液氮加热至沸点。一旦液氮达到沸点，液氮将变成氮气，这个过程与在蒸汽机中将水加热至沸点形成水蒸气一样。 
热交换器中形成的氮气，其体积会膨胀至液态时的700倍。之后，这些高压气体将被输送到膨胀器内，推动发动机的活塞，将其贮存的能量转换为机械能。汽车排放的尾气中只包含氮气，而氮气又是大气的主要成分，因此几乎不会造成污染。不过，这种汽车也并不像想象的那样毫无污染。虽然汽车本身没有排放污染物，但污染可能会转移到其他环节。与e.Volution汽车一样，LN2000也需要依靠电力来压缩气体。而使用电力就意味着在其他某些环节会产生一定的污染。

发动机尾气的余热有一部分会通过发动机循环输送回节能器。节能器在液氮进入热交换器之前对液氮进行预热，从而提高加热效率。汽车后部有两个风扇，可将外部空气吸入热交换器，加速向液氮传递热量。

华盛顿大学的研究人员对一辆1984年产的Grumman-Olson Kubvan邮车进行了改装，设计出了一辆气动汽车的简易原型车。这辆车上安装了一个五缸星形发动机。该发动机利用液氮燃料可产生11.2千瓦的动力。这辆车还配置了一个五挡手动变速器。在储气罐加满液氮的情况下，此车目前只能行驶大约3.2公里，最高时速也只有35.4公里。不过，使用液氮驱动的汽车重量更轻，因此研究人员认为，如果配备227公升容量的储气罐，LN2000的续航距离可能达到320公里左右。

如果油价仍像过去两年那样不断攀升，可能不久以后，很多驾车者就会转而购买利用替代燃料驱动的汽车。虽然气动汽车在动力和性能方面仍旧不如汽油车，但其行驶成本更低，对环境的污染较小，因此有望成为未来公路运输的佼佼者。

[1] 博闻网 http://auto.bowenwang.com.cn/air-car.htm
[2] 博闻网 http://auto.bowenwang.com.cn/air-car1.htm