额定功率为80kw的汽车,氢气燃料汽车,在汽车界可是个新宠儿
氢气燃料汽车在汽车界可是个新宠儿,讨论点不少。传统燃油车的问题一大堆,氢燃料车却像是未来的希望之光。这车性能怎么样?成了不少车迷和环保出行支持者的心头好。
氢气燃料车比传统车有好多好处。一来,氢气是种环保的能源。现在全球都在讲环保,追求减少碳排放,像巴黎、伦敦这些欧洲城市,空气质量改善是个大难题。氢气燃料车就能帮我们解决排放问题。它烧出来的主要是水,不像汽油车那样会排放很多二氧化碳和污染物。再者,从能源角度看,氢气的来源可多了,理论上我们能通过水电解等方法大量生产。咱们国家已经在沿海地区搞了不少氢气生产试点,这些氢气完全可以供氢气燃料车使用。
存在一些限制条件。首先,储存氢气挺麻烦的,得用高压密封罐,这直接让汽车成本和重量上升。其次,加氢站的建设不太行。就拿*来说,现在加氢站的数量跟加油站比,简直是稀少得可怜,这严重限制了氢燃料车的行驶距离,不少车主因为加氢不方便,都宁愿放弃。
这款氢能车,追求最快速度可是关键。车子匀速跑的时候,拉力得跟阻力持平。阻力固定是车重的十分之一,这车重,跟汽车本身的重量挂钩。要是那儿的重力加速度是10米每秒平方,那车重就有两万牛顿,阻力就两千牛顿。按照功率公式P等于F乘以v(P是功率,F是拉力,v是速度),在功率固定的条件下,拉力跟阻力相等时,速度就能达到顶点。那最大速度就是P除以F,也就是80000除以2000,等于40米每秒。这速度一确定,就直接关系到汽车的表现。要是上了高速,速度不够,那出行效率可就受影响了。
要注意的是,这个速度只是理论上能达到的极限。可是在现实中,地形、车辆状况还有路面的情况都可能让这个速度实现不了。就拿在山里跑的车来说,上上下下坡那么频繁,想达到那个速度可不容易;就算是在平坦的高速路上,要是风啊、天气啊这些条件不给力,速度多少也会降下来。
匀加速启动这一阶段,速度变化有它特别的情况。在这个阶段,汽车受到的牵引力F等于质量m乘以加速度a再加上阻力f。用公式表示就是F=ma+f。比如说,如果我们知道汽车的质量是20000千克,加速度是1米每秒平方,阻力是2000牛顿,那么牵引力F就是22000牛顿。接下来,根据功率公式P=Fv,在匀加速启动阶段结束的时候,汽车能达到它的额定功率。这时候,速度v就是功率P除以牵引力F,也就是80000除以22000,大约是3.64米每秒。这个速度在汽车工程领域,是一个非常重要的临界点。
这个速度值决定了发动机在这个阶段的工作状态转换。实际开起来,这个速度点前后,驾驶感很明显,能感觉到汽车加速的感觉变了。就像有些试驾员开这种车时说的,匀加速阶段主要是为了起步和初期加速,超过了这个速度,汽车的响应和动力输出方式就变了,开始适应下一个阶段的需求。
速度达到5米每秒,正好是匀加速的时候,那我们就能用之前算出来的牵引力,F等于22000牛顿,来算出这一刻的功率。按照功率的公式P等于力乘以速度,P就等于22000乘以5,结果是110000瓦特,也就是110千瓦。
这份数据揭示了汽车在匀加速阶段,不同速度下的动力输出状况。比如,在赛车起步时,驾驶员得根据速度和功率的关系来决定换挡的最佳时机。日常生活中开车,虽然不需要那么精准的操作额定功率为80kw的汽车,但也能感受到汽车在不同速度下的动力表现强弱。
速度达到32米每秒,车已经进入恒定功率的启动模式了。得先算出这时候的牵引力,用功率除以速度就能得出,80000除以32等于2500牛。再看看加速度,用牵引力减去摩擦力,除以质量,2500减去2000,再除以2000,结果是0.25米每平方秒。
这个加速度揭示了汽车在保持固定功率时加速和减速的表现。对赛车手或驾驶员而言,在高速驾驶中要超车或避障,必须准确预判加速度的数值。比如,在高速路上,如果前面车辆突然减速或是出现不明物体,了解自己车辆的加速度就能帮助合理规划安全驾驶动作。
汽车从完全静止开始,到达到最大行驶速度,整个过程分为两个阶段:匀加速阶段和恒定功率启动阶段。匀加速阶段的时间,我们可以用公式v=at来计算,得出t₁=v/a=3.64/1=3.64秒。至于恒定功率启动阶段,我们用动能定理来计算,得到t₂=51.36秒。所以,整个过程中所用的总时间是t=t₁+t₂=55秒。
汽车看这个总时间,就是看它的综合性能。长途旅行计划,要是清楚这个时间,那安排行程就方便多了。至于城市交通规划,明白氢能汽车的这种性能指标,对制定交通信号策略啥的,也大有帮助。
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