空气动力汽车模型制作方法_制作空气动力小车的科学原理

第一章如何设计自己的发动机

设计参数：

1. 油气比

喷气发动机依靠油气燃烧产生反作用力，根据油品的爆炸极限，

燃油与空气重量比，一般在15-20%。即一升空气约需一克的油。

2. 喷气频率，

喷气发动机喷气频率与机身长度有关，同一直径下，机身越长频率越低。

3. 机身直径与长度比 L/D

发动机长度与直径是发动机设计的重要步聚，长度与比直径一般在10-17。

4.计算公式

发动机的推力是由许多因素决定的，如下公式可说明：m*va=F*t

V = 发动机体积 (dm^3.)

f = 喷气频率. (Hz)

va = 喷气速度. (m/s)

F = 推力 (N, Newton)

fc = 油耗 (gram/second)

m = 空气质量 kg

t =时间s秒.

以时间一秒，m=实际进入发动机的油气量X换算得出

m*v=F*t. m = mass = X %

实际推力：F (Newton) = (X * D^2 * 3.1415 * L * v^2 )/(L * 8)

由以上公式可以得出尾喷管直径越大，发动机的推力越大，同时进入的油气X越多就能产生更大的推力。

5.尾喷管长度

根据国外爱好者的实际经验，尾喷长度与对推力的影响较小，而对发动机工作的可靠性有较大影响。

发动机的尾喷管较长，阀片的工作频率f 较低，但每次吸入油气较多，使每次做功增大。长的喷管可以使发动机接近最大理论推力。同时空气吸入性能较好，使发动机容易发动。

短的尾喷会使发动机喷气频率f 加大，，同时间吸入的油气较少，因此，推力并没增加。并会使发动机不易发动，工作不稳定。

（提示：为了调节发动机方便起见，实际制作长度要比理论设计长些，因为长一些可以锯短。当短了要加长可就麻烦些，但不要太长，太长了结果会一样不工作）

计算公式是：

Y = 0.152 * X + 470 (mm) ，公制单位

(或Y = 3.88* X + 18,66 (inc)－英制单位

参考数据：

发动机名

Y=总长

X=尾喷管截面积

Brauner

490

907

Alpha

485

531

B-12

600

531

Aerojet

610

1075

PAM

810

907

Sov faa

670

1195

6.喷气速度

由于高温高压下喷气发动机喷气速度计算是一个复杂的过程，对于爱好者来说可用一个简化公式计算

va=2*L*f

p90的计算为例：

喷气速度为：150*2*0.86= 258 m/s.

7.单向阀通风孔面积

单向阀通风孔面积是发动设计最关键部，因为它关系到进入发动机的油与空气比.

计算公式

Y = 0.4922*X – 37 (平方mm)

在这里(X=尾喷管截面积，Y=单向阀通风孔面积，如果是大的发动机可不减37) .

另在设计中要考虑到阀片安装后会使通风孔面积减小10-20%,因此要留一定的余量。

计算结果大约是尾喷管截面积的50-60%，一般设计可取55%

（提示，稍大的通风面积可以让发动机更易点火）。

外国发动机设计参考：

发动机名

阀通风面积Y

尾喷截面积X

Brauner

452

907

Alpha

381

531

B-12

221

531

Aerojet

603

1075

PAM

506

907

Sov faa

661

1195

也可以已手册加工图自己验算一下，一般误差5%之间

8.进气口面积

位于发动机前端的进气孔最小面积不能小于单向阀通风孔面积。

为了雾化燃料，空气在缩小部速度加大，因此进气通道被设计为喇叭状，也称为空气节流阀。

9.如何设计自己的发动机

一、首先确定发动机的推力，

根据上述公式，以实际油气进入系数X=0.75计算简化得到

发动机推力与尾喷截面积的关系，设计公式为

F（磅）=4.2磅*平方英寸（喷管面积）

或者是：

F（牛顿）=2.65牛*平方厘米

（一千克力=9.8牛顿）

根据外国的设计为列：

如果要制作产生25磅推力的发动机，25/4.2 = 5.95 s平方英寸得到尾喷管直径约2.75英寸。

阀孔的面积为5.95*0.6552=3.9平方英寸。（这里系数0.6552设计者计算是取经验值）

由于阀加工形状的限制，那么单向阀的截面积可用3.9/0.55 = 7.1 sqr inc，，以阀上开十个孔计算每个孔的面积为0.39 sqr inc，燃烧室截面积与单向阀的面积大致相同，能装进单向阀。

喷管长度可简化计算 L=5.95*3.88+18.66 = 41.8，留余量，可取50英寸,如果喷管尾部采用扩张部分，长度为0.2*41=8，总长50的情况下，那么实际尾喷管长为50-8=42英寸.

最小空气入口面积为阀孔面积，即3.9平方英寸

国外P-90发动机实验数据（供参考）

各参数如下

V = 2.9 litre

fc = 6.7 gram/sec

f = 150 Hz

va = 258 m/s

F = 85 Newton

第二章喷气发动机制作

1.材料选择

由于发动机在高温下工作，所以不能用铝，等低熔点金属。

一般对于爱好者来说，可使用碳钢，铝合金。不锈钢管是最佳的材料，你可以在五金店找到，各种规格都有，还可以用的材料是摩托车或汽车的排气管，是由碳钢组成，外表镀铝，不易生锈，但由于管比较厚显得稍重一些。价钱也不贵，40元一个左右，在摩托修理部能找到，用过的旧的更便宜10元一个都有得卖。你也可以按图加工锥形部分。

铝合金只可以用来做发动机最前部的进气节流罩，。

3.

如何制作进气单向阀

发动的关键在于单向阀的加工，阀的加工需要有车床作整体加工才行，如果没车床也可以采用另一种设计，如从蓝图可以看到，在一块厚3－10mm圆铁板上自己钻出需要的孔了可用来代替，然后装上阀片。

梅花型的阀片是发动机的关键，必须用弹性强，耐高温的，厚0.1-0.3mm左右薄钢片来作，否则将使发动机无法工作下去。阀片的加工可以剪出需要的形状，也可用电解法，像做印刷电路板那样，先在板上涂油漆，干后画出所要的样式，用钢针沿线条刻掉油漆，放入食盐水中，用6-12v的直流电电解。

4. 发动机的装配

喷气发动机的安装较简单，按图加工好部件，装上就可。在装单向阀片时，要注意将梅花阀片内弯10度到30度。使阀通气孔打开。另外注意发动机接点要不透气。

第三章如何启动发动机

概述

脉冲式发动机启动起比较困难吗?其实不然。从发动机原理可知要发动机燃烧发动需要满足以下条件：

1. 燃油

2. 空气

3. 点火源

燃料

脉冲式发动机可以使用多种日常燃料，家用的液化气，汽油，柴油，煤油，甲醇（工业酒精）等，一般选择为汽油做为燃料，对普通的爱好者来说可用任何牌号车用汽油即可。如果气温较低而可能会使燃料难以挥发，也可以向油中加入不超过25%的乙醚组分，使点火更容易。最好的燃料是甲醇，因为燃烧生成的是水，且易挥发，爆炸点范围宽。

空气

在喷气发动机没发动起来前，空气无法自动吸入燃烧室，这时，需要用一个小风箱或打气筒在发动机入口处输入空气来帮助发动机输入油气混合物，注意，空气需要有一定的压力与流速，才能使燃料充分雾化成油气。

点火方法

最好的办法是在机身燃烧室上装一个火花塞，如果没有也没关系，可以铁丝头缠棉球浸汽油点着后伸尾喷管同样也可点火。多种点火方式如图所示

点火步骤：

1. 接好油管，注意油箱液面与发动机喷油出口之间的高度不能大于20mm.

2. 打开电火花塞或点燃料小火把从尾喷管口伸入。

3. 手压风箱，或打气筒朝发动机入口吹风，注意观察看，要使单向阀片被吹开，油被吸入并雾化才行。

调节油阀针控制好油门大小，寻找最佳吹风角度使油能完全雾化。如果发动机还是不能点火，可以拆开机身，调节阀片的角度，与固定螺丝的松紧度。然后再试，直到找到最佳工作点，喷气发动机就会发动起来，撤走风箱及点火源也能持续运行了。

另外也可先用罐装火机用气体，从入口吹入，点火，步骤同上述一样，只是要调节好气体量。

第四章制作问题解答

一．为何发动机不工作

由于设计，加工中选材的问题，许多发动机不能正常工作，其实可以从燃烧条件来看主要原因是如下几点：

1. 空气不足与过量

由于阀片制作中材料不一样，阀片太硬了，会使外面空气无法吸入，因此要事先将阀片的间隙调好，要选适合的材料来做。另外实际由于阀片的阻力，使空气实际进入量减小约20%以上。

2. 空气过量是由于进气口设计太大，导致燃烧室火星被吹走，吸入的油气混合物无法被点然。

3. 喷管太短，太短的喷管使发动极不稳定。因为频率太高，吸入的油气来不及完全混合，会导致发动机熄火。

4. 油雾化不好，过重的油不易气化，因此不建议用比汽油重的油如柴油做燃料，最好是甲醇，因为易气化，爆炸浓度范围宽。

5. 进油液位低，由于油箱液位底，油无法被吸入，这时要抬高油箱位置。

二．为何发动机阀片工作寿命较短

由于阀片工作在高温下，加上在工作中振动频率大，因此阀片工作寿命成了发动机的弱点，如果制作材料易鎔的话，高温下用不了几分钟就会完完。因此如何设计单向阀，使阀片工作寿命加大，就成了发动机制作者们的研究的课题。

一是选择耐高温的村料，二是采用无阀设计，现有的无阀脉冲发动机设计来看，机身制作较复杂，且推力较小。

　脉动喷气发动机是喷气发动机的一种，可用于靶机，导弹或航空模型上。德国纳粹在第二次世界大战的后期，曾用它来推动V-1导弹，轰炸过伦敦。这种发动机的结构如图所示，它的前部装有单向活门，之后是含有燃油喷嘴和火花塞的燃烧室，最后是特殊设计的长长的尾喷管。

其实很简单，非常之简单。首先是“海”，我这里说的海，并非一般人所说的，海面上行驶，那都太平常了，咱说的海，是潜海，不但可以海面行驶，更能潜下去。好了废话就不多说了，开始制作。具体方法如下：

一、购买一个仿真度较高的潜艇模型。

二、找来一个与潜艇模型大小相当的救生圈，汽车内胎也行，根据自身情况。

三、将救生圈固定在潜艇模型周围，将救生圈充气阀与潜艇相连，实现由潜艇模型控制救生圈充气与排气。

四、将潜艇模型，尾部推进器风扇和电机加大。具体方案可参照，气垫船。

五、在潜艇模型腹部，加装一个液压杆，具体方案可参照飞机起落架。

六，于潜艇尾部，加装两到四个，火箭喷射器，可用打火机充气罐改进自制，有危险请注意！可找有科研经验者代做。

七、于潜艇模型，艇身加装一个滑翔伞。以上七个步骤完成，可以说，你做的东西就可以实现海陆空，自由行驶了。

原理介绍：于潜艇模型周围加救生圈，并实现充、排气可控。为的是，排气后，救生圈会像薄薄一层塑料，紧贴潜艇模型周围，不会影响其下潜。于水底，给救生圈充气，可使其快速浮上水面。潜艇浮出水面，因为其救生圈，使其有了气垫船的功能，因其尾部加大的推进器风扇和动力电机，可使其在水面以较高的速度行驶，同样也可在陆地上行驶，不过救生圈贴地面的地方要加厚。并且要扎上数圈小孔，为的是形成与气垫船相似下部与地面之间的“气垫”，简易模型只能这样将就一下了。潜艇模型腹部加装的液压杆，与飞机起落架的作用基本一样。用于支起潜艇模型，头部仰起45——60度角，其尾部加装的火箭推进装置，点火，潜艇模型就如同火箭一样被“发射”出去，待其飞上一定高度，这是潜艇模型后背上一个圆孔打开，滑翔伞，弹出并打开，尾部推进器风扇开始工作，潜艇模型就可以在空中飞行。

耗费少，消耗低，简单易制作，所用原理知识控制在初三学生范围以内，电子控制装置可能需要高中知识。