現(xiàn)代氣動(dòng)技術(shù)，氣體在氣動(dòng)元件內(nèi)及氣動(dòng)回路內(nèi)，已處于聲速流動(dòng)和超聲速流動(dòng)狀態(tài)。聲速和超聲速流動(dòng)的規(guī)律與不可壓縮流體流動(dòng)的規(guī)律是截然不同的，有時(shí)甚至是相反的。故從事氣動(dòng)技術(shù)行業(yè)的技術(shù)人員，廣義來講，就是從事以壓縮空氣為介質(zhì)的行業(yè)的技術(shù)人員，必須掌握管路氣體力學(xué)的基本知識(shí)。這些基本知識(shí)介紹管路內(nèi)氣體高速和超聲速流動(dòng)時(shí)的基本現(xiàn)象與規(guī)律。
利用氣體力學(xué)基本知識(shí)，對(duì)各種氣動(dòng)元件及氣動(dòng)回路進(jìn)行流動(dòng)特性的正確理論估算和正確的性能測(cè)試，正確地對(duì)氣動(dòng)元件進(jìn)行性能估算，才能對(duì)氣動(dòng)元件的性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，制造出性能優(yōu)良的產(chǎn)品。
掌握了氣體力學(xué)的基本知識(shí)，充分研究兩個(gè)氣動(dòng)元件串聯(lián)回路的特性，就可以提出測(cè)試原理正確且可信度高的流量特性參數(shù)測(cè)試方法，如串接聲速排氣法和直接測(cè)量法。
掌握了氣體力學(xué)的基本知識(shí)，就能判斷測(cè)試氣動(dòng)元件流量特性參數(shù)的各種標(biāo)準(zhǔn)中的測(cè)試原理是否正確。借助均方根誤差分析法，對(duì)流量特性參數(shù)進(jìn)行分析，就能判斷各個(gè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的可信度，以確定該測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)是否可用。
本書由五部分組成。
第一部分是第1章至第5章，介紹基礎(chǔ)理論。這部分是以壓縮空氣為介質(zhì)做高速流動(dòng)的應(yīng)用行業(yè)的科技工作者必須了解的有關(guān)熱力學(xué)、濕空氣、不可壓縮流體流動(dòng)和可壓縮流體流動(dòng)的理論和實(shí)驗(yàn)所需要的基本知識(shí)。
第二部分是第6章至第8章。第6章介紹國內(nèi)外表達(dá)氣動(dòng)元件流量特性的各種方法及其適用條件，以及它們之間的相互關(guān)系。第7章介紹在給定各種氣動(dòng)元件的流量特性參數(shù)的條件下，如何利用氣體力學(xué)知識(shí)估算各種氣動(dòng)回路的流量特性參數(shù)，并判斷出臨界截面處在回路中的哪個(gè)氣動(dòng)元件內(nèi)。本章還是判斷測(cè)試流量特性參數(shù)的各種標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試原理是否正確的理論依據(jù)，其中還討論了國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 6358-3：2014系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)流量特性的計(jì)算方法。該標(biāo)準(zhǔn)也是估算氣動(dòng)回路流量特性參數(shù)的方法，只不過ISO 6358-3：2014是用不可壓縮流動(dòng)的思維制定的標(biāo)準(zhǔn)，自然是達(dá)不到測(cè)試目的的。第8章是計(jì)算各種容器的充放氣特性，它是計(jì)算氣缸、氣閥、氣動(dòng)回路等氣動(dòng)元件的動(dòng)態(tài)特性的理論基礎(chǔ)。
第三部分是第9章至第13章，這部分運(yùn)用氣體力學(xué)知識(shí)，分析了測(cè)試氣動(dòng)元件流量特性的多個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)（五點(diǎn)測(cè)量法的ISO 6358：1989，上下游壓力測(cè)量管通徑加大兩檔的ISO 6358-1：2013，等溫容器放氣法的ISO 6358-2：2013）、國家標(biāo)準(zhǔn)（串接聲速排氣法的GB/T 145131993）和待研發(fā)的直接測(cè)量法的優(yōu)缺點(diǎn)和錯(cuò)誤。并運(yùn)用均方根誤差分析法，對(duì)各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的流量特性參數(shù)進(jìn)行了可信度分析。由可信度的高低，便知道各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是否適合使用。對(duì)可以使用的標(biāo)準(zhǔn)，也給出了最佳測(cè)點(diǎn)位置說明。
第四部分是第14章，介紹測(cè)量誤差的預(yù)估與最佳測(cè)點(diǎn)的確定。把均方根誤差分析法應(yīng)用于氣動(dòng)元件流量特性參數(shù)的研究中，便能預(yù)估有效面積S值和臨界壓力比b值的測(cè)量誤差，并能找出最佳測(cè)點(diǎn)在哪。這不僅對(duì)氣動(dòng)元件、對(duì)各行各業(yè)的實(shí)驗(yàn)工作者來說十分有用，還可用于判斷測(cè)試原理和測(cè)試方法是否可行，測(cè)試儀表精度是否合理。知道最佳測(cè)點(diǎn)的條件，則可以用極少的精力和資金測(cè)出正確的被測(cè)值，故具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。為此，專門編寫了本章。介紹了在哪些條件下可以使用均方根誤差分析法，怎樣使用均方根誤差分析法。
第五部分是第15章至第21章。利用氣體力學(xué)知識(shí)，如何對(duì)氣缸、氣動(dòng)減壓閥、氣管道、管接頭、單向閥、梭閥、氣動(dòng)方向閥、氣動(dòng)消聲器、噴嘴及真空發(fā)生器等多種氣動(dòng)元件進(jìn)行流量特性的分析計(jì)算和性能測(cè)試必須注意的事項(xiàng)。
自步入氣動(dòng)技術(shù)行業(yè)后，總夢(mèng)想著氣動(dòng)元件的性能也能像飛機(jī)的氣動(dòng)力那樣，可以用理論分析法大致估算出來，再通過實(shí)驗(yàn)加以修正。若能如此，就能對(duì)氣動(dòng)元件的性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)了。這種想法，并非天方夜譚。比如，氣動(dòng)回路流量特性參數(shù)的估算方法便是理論推導(dǎo)出來的，被實(shí)驗(yàn)證實(shí)是正確的。受氣動(dòng)回路流量特性參數(shù)估算方法的啟發(fā)，提出了串接聲速排氣法，實(shí)驗(yàn)證實(shí)該方法是正確的。按兩個(gè)元件串接的理論，就能判斷出ISO 6358：1989和ISO 6358-1和ISO 6358-2為什么測(cè)不出正確的臨界壓力比b值的原因，這已被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。只要測(cè)出氣管道的沿程損失系數(shù)λ，就可利用摩擦管流理論計(jì)算出任何氣管道的有效面積S值和臨界壓力比b值。借助實(shí)驗(yàn)是可以計(jì)算出氣動(dòng)減壓閥的流量特性曲線的，也能計(jì)算出真空發(fā)生器的空氣消耗量，最大真空度和最大吸入流量。氣缸的靜特性和動(dòng)特性也是可以計(jì)算出來的，只是比較復(fù)雜罷了。
理論估算出氣動(dòng)元件和氣動(dòng)回路的性能是開創(chuàng)性的研究工作，需要不斷豐富氣體力學(xué)知識(shí)，也需要探索氣動(dòng)元件內(nèi)的流動(dòng)特性，希望有更多的有志者加入這個(gè)行列，為中國氣動(dòng)技術(shù)的騰飛做出貢獻(xiàn)。
本書在這方面的研究工作只算是一個(gè)起點(diǎn)，免不了存在一定的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，歡迎讀者批評(píng)指正。
完成本書，不由懷念起北京航空航天大學(xué)的恩師陸士嘉教授、徐華舫教授、伍榮林教授等傳授給我們的真知，培養(yǎng)了我們嚴(yán)格的科學(xué)作風(fēng)，使我們一生受益匪淺。
在此，感謝SMC（中國）有限公司的張士宏博士、國家氣動(dòng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心原副主任惠偉安高工等對(duì)本書內(nèi)容做出的貢獻(xiàn)。
我年事已高，兩年多時(shí)間內(nèi)全身心投入寫作中，夫人董玉琴女士對(duì)我的工作大力支持和生活上精心照顧，在此表示衷心的感謝。

徐文燦教授
2022年10月于清華園