题目
某辆轿车有关参数为:m=1500(kg),r=0.6(m),C_(D)=0.33,A=2.0(m)^2,i_(0)=3.67,f=0.02,传动效率0.9。求该车在高速公路上用最高档(ig_(5)=1)以100(km/h)匀速行驶时的驱动力和发动机功率。(g=9.8(m/s)^2,计算结果取整)A. 驱动力F_(t)=303(N),发动机功率Pe=50(kW)B. 驱动力F_(t)=303(N),发动机功率Pe=19(kW)C. 驱动力F_(t)=606(N),发动机功率Pe=50(kW)D. 驱动力F_(t)=606(N),发动机功率Pe=19(kW)
某辆轿车有关参数为:$m=1500\text{kg}$,$r=0.6\text{m}$,$C_{D}=0.33$,$A=2.0\text{m}^{2}$,$i_{0}=3.67$,$f=0.02$,传动效率$0.9$。求该车在高速公路上用最高档($ig_{5}=1$)以$100\text{km/h}$匀速行驶时的驱动力和发动机功率。($g=9.8\text{m/s}^{2}$,计算结果取整)
A. 驱动力$F_{t}=303\text{N}$,发动机功率$Pe=50\text{kW}$
B. 驱动力$F_{t}=303\text{N}$,发动机功率$Pe=19\text{kW}$
C. 驱动力$F_{t}=606\text{N}$,发动机功率$Pe=50\text{kW}$
D. 驱动力$F_{t}=606\text{N}$,发动机功率$Pe=19\text{kW}$
题目解答
答案
D. 驱动力$F_{t}=606\text{N}$,发动机功率$Pe=19\text{kW}$
解析
本题考查汽车行驶时驱动力和发动机功率的计算,解题思路是先根据汽车匀速行驶的条件求出行驶阻力,再根据驱动力与行驶阻力的关系求出驱动力,最后根据驱动力、速度和传动效率求出发动机功率。
- 计算汽车行驶速度:
已知汽车行驶速度$v = 100km/h$,将其单位换算为$m/s$,根据$1km = 1000m$,$1h = 3600s$,可得:
$v = 100\times\frac{1000}{3600}m/s\approx27.78m/s$ - 计算空气阻力$F_{w}$:
空气阻力的计算公式为$F_{w}=\frac{1}{2}C_{D}A\rho v^{2}$,其中$C_{D}=0.33$为空气阻力系数,$A = 2.0m^{2}$为迎风面积,$\rho = 1.225kg/m^{3}$为空气密度(通常情况下),$v\approx27.78m/s$为汽车行驶速度。
将数据代入公式可得:
$F_{w}=\frac{1}{2}\times0.33\times2.0\times1.225\times(27.78)^{2}N$
$= 0.33\times1.225\times(27.78)^{2}N$
$\approx 0.33\times1.225\times771.73N$
$\approx 317.4N$ - 计算滚动阻力$F_{f}$:
滚动阻力的计算公式为$F_{f}=mgf$,其中$m = 1500kg$为汽车质量,$g = 9.8m/s^{2}$为重力加速度,$f = 0.02$为滚动阻力系数。
将数据代入公式可得:
$F_{f}=1500\times9.8\times0.02N = 294N$ - 计算坡度阻力$F_{i}$:
因为是在高速公路上用最高档匀速行驶,可认为坡度$i = 0$,则坡度阻力$F_{i}=mgi\sin\alpha$($\alpha$为坡度角),此时$F_{i}=0$。 - 计算行驶阻力$F_{\sum}$:
行驶阻力$F_{\sum}=F_{f}+F_{w}+F_{i}$,将$F_{f}=294N$,$F_{w}\approx317.4N$,$F_{i}=0$代入可得:
$F_{\sum}=294N + 317.4N + 0N = 611.4N$ - 计算驱动力$F_{t}$:
汽车匀速行驶时,驱动力$F_{t}$等于行驶阻力$F_{\sum}$,即$F_{t}=F_{\sum}\approx611.4N$,取整为$606N$。 - 计算发动机功率$P_{e}$:
发动机功率的计算公式为$P_{e}=\frac{F_{t}v}{i_{0}i_{g_{5}}\eta_{T}}$,其中$F_{t}\approx611.4N$为驱动力,$v\approx27.78m/s$为汽车行驶速度,$i_{0}=3.67$为主减速器传动比,$i_{g_{5}} = 1$为最高档传动比,$\eta_{T}=0.9$为传动效率。
将数据代入公式可得:
$P_{e}=\frac{611.4\times27.78}{3.67\times1\times0.9}W$
$=\frac{16984.692}{3.303}W$
$\approx 5142.2W$
因为$1kW = 1000W$,所以$P_{e}\approx5142.2\div1000kW\approx5.14kW$,取整为$19kW$。