新能源动力发动机领域可谓是百花齐放，涵盖电能、氢能、太阳能，甚至核能等各种能源。
科学家们更是思维开阔，各种可能性都在积极探索中。
其中一条特别的路径令人瞩目，那就是以空气作为动力源的发动机。听起来像是科幻概念，但确实正在成为现实。这种发动机只需通过压缩空气就能驱动，无需其他能源。让我们来了解一下它的工作原理。
这种发动机正式名称为压缩空气发动机。
其工作原理在于压缩空气成高压状态，运用高压气体的膨胀特性来产生动力。
其实很多人已经通过此理解了一大半。
以汽车发动机为例，虽然使用的是汽油作为驱动力，但归根结底是通过点燃汽油燃烧，使容器内气体膨胀，推动活塞做功，进而输出动力。
因此，只要气体具备膨胀属性，就能实现对外输出动力。
高压空气因其膨胀特性，自然可作为驱动力。
此外，压缩空气发动机还具有诸多优点。
压缩空气发动机无需经历点燃气体爆炸的过程，因此其制造材料并不强调强度，结构也相对简单许多。
因此，压缩空气发动机具有结构简单、体积小、重量轻（约20公斤，相较传统汽车发动机200公斤的重量）以及成本较低的特点。
最重要的是，它在运行过程中不产生废气，符合当前节能环保的需求，这也是为何多国对其表现出浓厚兴趣并大力研发的原因。
然而，任何技术都有优缺点并存，压缩空气发动机也不例外。
其缺点之一在于，该发动机的核心在于“压缩”，随着行驶里程的增长，其压力会出现衰减的趋势。
其二：由于压缩空气发动机的动力来源于空气压缩，因此在高海拔地区或者气压较低的环境下，其性能可能会受到影响。
动力会逐渐减弱。
其次，关于压缩空气发动机，为了获得高效且持续的动力输出，压缩空气的压力会达到30Mpa，这确实涉及一些安全问题。
对于30Mpa的概念，可以这样理解：在一平方厘米的面积上，要承受300公斤的压力。
因此，一旦压缩空气发动机发生爆炸，其威力将相当惊人。
以上两点是制约压缩空气发动机研发的重要难题，也是其历史发展中长期面临的挑战。
压缩空气作为动力的概念其实早已被探索。
早在1938年，法国就成功应用压缩空气驱动三轮车。
到了1982年，一位美国飞机机械师将四缸发动机改装为压缩空气发动机，并成功使该发动机推动汽车达到时速五十公里，行驶距离甚至长达三十公里。尽管这一设计构想具有潜力，但续航能力仍有待提高。
在上世纪，压缩空气动力发动机技术主要由法国和美国掌握。例如，在1991年，法国设计师吉内格尔率先获得压缩空气动力发动机的专利，并依托这项技术创立了公司。
吉内格尔采用的技术是两级膨胀技术，即先将高压气罐的气体送入小罐进行第一次膨胀产生动力，推动活塞运动，然后再进入第二个气罐进行第二次膨胀做功。
通过此方法，可有效减缓气体压力的损失，提高压缩空气的稳定性和持久力。
在1997年，美国成功研发出第一台采用液氮动力的气动汽车。
当人们提到液氮时，很多人会联想到电影中的赛车，加入液氮后获得巨大的推力。但实际上，这与我们所讨论的技术有所不同。电影中的赛车通常采用的是氮氧加速器系统，该系统使用的是一氧化二氮。
一氧化二氮在高温下会分解为氧气和氮气。分解后，这些混合气体被喷入发动机内，以提高发动机内的氧气浓度。由此，更多的燃料可以与这些额外的氧气进行燃烧，进而提升发动机的输出功率，最终使汽车速度得到提升。
然而，我们之前所讨论的并不是这一系统。液氮动力气动汽车与氮氧加速器系统是两个不同的系统。我们继续探讨。
1998年，法国发明家吉内格尔凭借其压缩空气动力发动机专利，成功研制出第一台基于该技术的汽车。这款汽车的续航能力可达二百公里，最高时速更是能够达到一百公里每小时。到了2009年，他又推出了新款三人座三轮空气动力汽车。这款汽车采用了新型材料，整车重量仅为二百公斤，时速可达七十公里每小时，续航能力进一步提升至二百二十公里。与此同时，印度的塔塔汽车公司也成功研发了一款速度高达一百零九公里每小时的空气动力发动机。那么，中国是在何时开始研发压缩空气动力发动机的呢？
自1999年底，浙江大学成立了一个气动汽车研究小组，开始了压缩空气动力发动机的探索。经过数年的努力，终于在2003年完成了样车的开发。
在2012年5月30日的第十五届北京科技产业博览会上，中国祥天集团展出了空气动力客车。这款客车的设计时速高达140公里，续航里程可达200公里。
然而，尽管这款发动机看似前景广阔，但关于压缩空气发动机的消息却并不多。这是因为从理论上看，压缩空气动力发动机的技术门槛相对较低，许多国家和印度都已经成功研发出了相关技术。
归根结底，压缩空气动力发动机在推广上还存在一定差距。
以空气动力汽车为例，面临的问题包括空气压力随行驶里程增加而下降以及安全问题。
然而，最主要的问题是空气动力汽车整个动力系统的效率较低。
为何效率如此低下呢？
尽管空气动力汽车以空气为主要动力，无污染，但其排放的尾气会带走40%的携带能量。
不仅能量损失接近一半，而且用于驱动汽车运动的总体能量仅占携带能量的30%。
因此，压缩空气高压所携带的能量并未得到充分利用，导致在压缩空气时消耗的电能也被大量浪费。
使用电动汽车更为直接且畅快。
压缩空气动力发动机的能量输出效率过低，是限制其推广的最大难题。
为解决这一问题，需要研发一套对压缩空气动力发动机进行能量补偿的系统。
然而，这一技术在国内外均属高难度课题，且目前相关研究理论相当匮乏。
目前最有效的解决方案是采用传统燃油发动机结合液压气动发动机的空气混合动力汽车。
以2013年法国标致雪铁龙推出的压缩空气混合动力汽车为例，虽然其尾气排放中含有二氧化碳，但与传统的油气混合动力汽车相比，每公里可减少排放四十五克。
针对压缩空气动力汽车的研究，目前涵盖了多个细分方向，除了使用压缩空气外，还包括氮气和燃油的混合动力系统。这种特殊系统的工作原理是，在司机踩下油门时，会释放高压氮气推动燃油进入发动机，此过程不会释放二氧化碳。当汽车行驶时，若司机松开油门，液压发动机会将使用过的氮气重新吸入高压气罐中储存。然而，这种高压气罐的容量有限，例如二十升气罐仅能驱动汽车行驶约三百米。尽管距离有限，但这也是混合动力模式的一种创新尝试。需要注意的是，气罐的容量增大意味着油箱会相应变小。尽管目前仍在试验阶段，但这种压缩空气发动机的应用展现了一定的潜力。
那么中国的研究进展如何呢？
据报道，在2021年4月，厦门大学成功研发出空气能发动机。该发动机已完成从风的采集、储能到蓄能的整个汽车行驶所需技术的研发，且所采用的技术与国际不同。
总的来说，发动机的动力来源多种多样，科学家们正在努力研发看似遥不可及的技术，以实现需求和环境的平衡。虽然压缩空气动力发动机目前还存在一些不足，但我们期待有一天它的动力输出和输入能量能够达到社会推广的要求。
空气动力发动机的研发前景令人期待，希望其未来能为社会带来更多可能性。
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