汽車風洞試驗

汽車風洞試驗第一頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日§8－1汽車風洞試驗的重要性和重要試驗內容

一、重要性和發(fā)展簡況1、

重要性：A、

實車道路試驗

可使產品在實際應用條件下得到考核對應了解汽車性能必不可少，但試驗存在許多問題：a、

道路條件：需要專用的汽車試驗場地路面條件不同，輪胎的滾動阻力不同。b、

風速風向：當不同時對的影響也不同。c、

儀器的精度受影響（裝載振動）。d、

油耗試驗還受天氣條件的影響。

第二頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日B、

風洞試驗a、

在汽車設計階段還沒有汽車，必須依靠汽車的模型試驗，了解設計效果。b、

計算空氣動力學還只局限于形狀規(guī)則的轎車，對于貨車和客車還難以用計算的方法了解汽車的氣動性能，必須依靠風洞試驗。風洞試驗揭示新的氣動現(xiàn)象，推動汽車空氣動力學的發(fā)展。第三頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日2、

發(fā)展簡況A、

國外一九六十年代之前，汽車風洞試驗均是在航空風洞中進行的，七十年代之后，世界各大汽車公司都相繼建立了自己的汽車專用風洞，這些風洞不僅可以測量氣動力，而且還可以模擬各種自然環(huán)境，可以調節(jié)溫度濕度等參量，可最大限度地滿足汽車性能試驗方面的試驗要求。國內在我國汽車空氣動力性能的研究起步較晚，至今尚無一座汽車專用風洞，試驗多在航空風洞中進行。

第四頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日a、

中國空氣動力研究與發(fā)展中心從80年開始即致力于汽車實車試驗，至今其試驗技術在各個方面都取得了大的進展。氣動力測量、流場顯示、測壓、渦流積分阻力等。b、

南航、北京空氣動力學研究所，西安公路學院、江蘇理工大學、山東大學等單位均進行過模型試驗。以上研究均取得了好的效果，目前在國內汽車空氣動力學的研究不僅受到空氣動力學界的重視，汽車廠家也愈來愈重視，一些有識之士呼吁汽車廠家必須建立自己的汽車風洞。

第五頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日二、汽車風洞試驗的主要內容1、

氣動力與穩(wěn)定性，通過試驗可以測量六個分量

XYZMXMYMZ為改善汽車穩(wěn)定性降低阻力提供數(shù)據(jù)。2、

流譜A、

了解汽車表面氣流的流動特性，對氣動力的分析起輔助作用。B、

為汽車其他部分的設計提供參考，如發(fā)動機、進排氣、冷卻、通風等。3、

環(huán)境模擬模擬項目日照條件氣候－400～600C結冰、噴濺、揚塵。

第六頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日4、

內流空氣動力學的試驗究進排氣口的開設部位項目駕駛室的散熱通風空調需模擬日照、溫度、濕度。發(fā)動機和剎車裝置的冷卻，要模擬發(fā)動機進氣格柵處和發(fā)動機艙內的流動。5、刮雨器的風洞試驗究在風洞中試驗可以對刮雨器的桿臂支撐力、浮起情況、刮靜變化、殘余水量進行試驗。方法如圖8－2。6、氣動噪聲試驗通過試驗可以弄清噪聲發(fā)生的部位，噪聲特性，通過試驗了解汽車表面旋渦的發(fā)生情況，采用流線型外殼的測量儀器，如圖8－3所示。第七頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日第八頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日第九頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日第十頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日7、其他（1）熱負荷試驗檢驗受熱源作用受損情況（2）氣密性試驗進排氣口的泄漏情況（3）客艙內的污染（4）風檔玻璃的受力變形（5）風顫試驗（6）顫抖試驗渦流誘發(fā)的振動。

第十一頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日§8－2風洞構造及其分類一、風洞的構造形式（一）開路式風洞───直流式風洞如圖8－41、

定義直接從大氣中吸入空氣，經(jīng)過試驗段后又排入大氣。2、

優(yōu)缺點：優(yōu)點構造簡單成本低占地少、不需抽吸發(fā)動機的廢氣裝置。缺點流場的品質相對較差、噪聲大、能量消耗大、易受天氣的影響，易混入塵土和其他污染物，如昆蟲、飛鳥等、運行成本高。

第十二頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日第十三頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日（二）回路式風洞──（回流式風洞）1、

定義氣流在洞體形成的封閉回路中運行，如圖8－5所示。2、

優(yōu)缺點優(yōu)點：噪聲小、能耗小、不受外界的影響、流場品質好、運行成本低。缺點：結構復雜、制造成本高、占地面積大、運行時間長時有溫升。

第十四頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日第十五頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日第十六頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日二、風洞洞體的組成部分（一）試驗段1、

放置實車或者模型的部位。2、

考核指標尺寸大?。汉饬匡L洞大小的指標流場：方向、均勻性──截面不同點上速度大小偏差、穩(wěn)定性───不同時刻的速度偏差紊流度、軸向靜壓梯度。3、堵塞比──模型或實車的迎風面積/試驗段截面積飛行器試驗要求不大于5％，汽車試驗可適當放寬。

第十七頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日3、

試驗段分類如圖8－6所示①開口試驗段：試驗段全部或部分向外界開放優(yōu)點：氣流可以自由向周圍擴散，堵塞效應小，軸向靜壓梯度小，模型或實車安裝方便。缺點：有能量損失，噪音大，試驗段可利用長度小。②閉口試驗段：試驗段全部封閉優(yōu)點：能量損失小、噪音小、試驗段可利用長度大。缺點：對堵塞敏感、易造成洞體上和試驗件上附面層分離，特別是有橫擺角時、軸向靜壓梯度大。

第十八頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日第十九頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日③流線型試驗段風洞模型附近按模型的外部形狀設計成流線型，使流通截面積增大，避免發(fā)生分離的可能性。優(yōu)點：同閉口又避免了堵塞敏感的問題，堵塞比可達20%缺點：設計制造有一定的難度，必須配合模型進行，應用受局限。④開槽試驗段在試驗段側壁上開設一定數(shù)量的條形槽優(yōu)點：具有開閉口的大多數(shù)優(yōu)點，堵塞比和洞體干擾小。缺點：必須根據(jù)模型的大小選擇開閉比的大小，設計制造難度大。

第二十頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日（二）擴散段沿流動方向截面積擴大功能：降低氣流速度，將動能轉化為壓力能，降低能量損失。注意：擴張角不宜太大，過大可能產生分離，但過小又降低其作用。（三）動力段：由電動機帶動風扇構成，前后有整流罩。功能：產生一定的風速，風速調整──改變轉速、改變漿葉角。（四）收縮段功能：使氣流加速，使其達到試驗段所要求的風速要求：不出現(xiàn)分離，出口氣流平直、均勻、穩(wěn)定。收縮比有一定的要求，收縮比──進口面積/出口面積第二十一頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日（五）其他裝置a、回流段形成回路b、導流片──平順轉彎b、穩(wěn)定段穩(wěn)定進入收縮段的氣流

C、蜂窩器阻尼網(wǎng)──減小脈動，使之趨于平直、減小紊流度。

第二十二頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日三、汽車風洞的分類（一）大型1:1風洞特點：試驗段截面積36m以上用途：實車或者1:1模型試驗，校核小型風洞的試驗結果。優(yōu)點：1、很好的考核外形對氣動力的影響

2、

3、

堵塞比小，不必進行修正。缺點：試驗運行成本高，建設費用高。（二）小型1:1風洞特點：10m左右用途：1:1模型或者縮比模型優(yōu)點：試驗條件設定較好的情況下，可以得到與大型風洞同樣精度的結果，運行成本低。缺點：洞壁干擾必須進行修正，必須考慮雷諾數(shù)的問題。

第二十三頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日（三）模型風洞特點：1～幾個m2

用途：模型試驗缺點：結果必須進行修正優(yōu)點：在汽車設計階段必不可少，使用方便、費用低。（四）氣候風洞特點：10～12m溫度可調用途：汽車的散熱通風試驗，動力學試驗等缺點：修正和校正（五）氣候空調室特點：5m左右，可以調節(jié)溫度和濕度用途：汽車空調方面的試驗。需要進行修正。

第二十四頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日§8－3氣動力天平和試驗地板一、氣動力天平分類1、

按天平的作用原理分機械天平：利用杠桿理論進行設計。優(yōu)點：精度高、抗外界干擾能力強、性能穩(wěn)定。缺點：尺寸大、安裝不方便、特別是小型風洞受試驗段尺寸的限制。應變式天平：用電阻應變片貼在受力元件上感受力，并將其轉變成電訊號輸出，從而完成測量。優(yōu)點：安裝測量方便，尺寸小缺點：抗干擾能力差。

第二十五頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日2、

按安裝方式分內式天平受力元件安裝在模型的內部的稱為內式天平，用于測量模型某一部分的受力情況。外式天平安裝于汽車或模型的外部，用于測量汽車整體或部分的氣動力的天平。3、

按天平的構造形式分合式天平外形象一箱體故稱為合式天平，多用于實車或大型模型的測量。桿式天平構造象一根桿子，故稱為桿式天平，用于測量小尺寸模型或活動地板上的模型氣動力。4、

幾種天平的安裝方式如圖8－7所示。第二十六頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日第二十七頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日二、轉盤系統(tǒng)用于測量汽車在橫擺狀態(tài)下的氣動特性，汽車或模型放置于轉盤之上，轉動時產生角。構造如圖8－8所示，裝有1/4轉盤和偏心輪，用于調節(jié)輪距和軸距。

第二十八頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日二、地面效應的模擬為什么要裝地板裝地板后出現(xiàn)的問題───邊界層1、

活動地板如圖8－9所示優(yōu)點：利用皮帶速度和氣流相對速度為零的方法，消除邊界層?？勺畲笙薅鹊臏p小邊界層的影響。缺點：技術復雜、體積大、造價高、皮帶產生振動等，應用較少。

第二十九頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日第三十頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日2、

固定地板常采用以下措施消除邊界層的影響（1）

間隙法原理：地板附面層的存在，改變了汽車底部的流量，產生一定程度的壅塞，對汽車底部的壓強分布產生影響，若額外增加一間隙，減輕或消除附面層的影響，可產生好的效果。間隙的大?。寒敳槐卦O置間隙，間隙的大小一般為流體單獨繞流平板時的附面層的排擠厚度，（－邊界層的排擠厚度；h──汽車底部離地間隙。）

當時當時

第三十一頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日第三十二頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日（2）

吸氣地板和吹氣地板吹氣地板：原理－增大邊界層內部的氣流速度，以減小或消除邊界層的影響，但需要高壓儲氣室，龐大、復雜。荷蘭的DNW風洞就是采用的該方法。吸氣地板：在試驗區(qū)前開孔或條形槽，用抽氣泵抽其抽氣，以減薄附面層，這種地板較吹氣地板技術要求低，易實現(xiàn)，不需大的高壓儲氣室。北京空氣動力學研究所3×3風洞就是采用的這一方法。

第三十三頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日（3）

V 字形繞流板構造：V字形夾角700的板，尖角朝向來流方向，靠繞流板后的旋渦加大附面層內的流速，使附面層減薄。缺點：兩側產生較大的螺旋流對測量結果產生一定的影響；繞流板對于氣流的阻礙在一定程度上改變著汽車底部的流場。

第三十四頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日（4）

改善地板的前緣設計如圖8－14所示在銳邊的前緣處設計一小型機翼，依靠翼形和前緣形成的間隙，形成對氣流的抽吸作用，使附面層減薄。日本巖本羲明就是采用的這一方法，使邊界層厚度下降70%（中部）。（5）地板尺寸前部不小于模型或實車的寬度；后部4～6倍的寬度；寬度不小于汽車或模型的2倍的寬度。

第三十五頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日3、鏡象法用兩個完全相同的模型對稱放置，不僅模型上表面的流場對稱，模型底部也形成一對稱流場，有一自由流線，相當于地板，不產生邊界層。這種方法不需要地板，但僅適用于模型試驗。

第三十六頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日§8－4壓強測量和流場顯示意義：對于氣動力結果進行輔助分析，確定進排氣孔部位的確定等。一、壓強測量模型表面的壓強測量，需開設靜壓孔，在內部埋設靜壓管。通過多管壓力計或傳感器進行測量。實車表面的壓強測量，用模片式壓力傳感器，貼在汽車的表面上，進行遙控測量。

第三十七頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日第三十八頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日二、流場顯示1、

表面流態(tài)顯示a、絲線法：用絲線粘貼于車身表面，另一端隨氣流自由擺動，通過照相等方法記錄，簡便易行。另外還有熒光微絲法等。如圖8-17所示。

第三十九頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日b、油流法在汽車或者模型表面涂以有顏料的油劑，吹風后觀察顏料的條紋沉積，可以據(jù)此判斷表面對流動情況，分離線和再附著線。

c、升華法原理：根據(jù)層流和紊流附面層升華速度不同，來判別附面層的流態(tài)，附面層轉捩點的位置。

第四十頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日2、

流線顯示煙流顯示：利用煙霧發(fā)生器發(fā)出的煙流觀察，發(fā)生器如圖8－19所示。（圖8－20圖8－21）核氣泡法：圖8－22

第四十一頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日第四十二頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日第四十三頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日第四十四頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日第四十五頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日三、平面流態(tài)顯示觀察流場的剖面，常用于觀察尾流1、

煙屏法用片光源觀察流場的剖面，照相記錄。2、

網(wǎng)格絲線法如圖8－23。3、用七孔探針測量。

第四十六頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日§8－5汽車風洞試驗的幾個技術問題一、雷諾數(shù)1、試驗應使實物上的雷諾數(shù)和模型上的雷諾數(shù)相等。2、自動?；瘏^(qū)當達到某一數(shù)值時，阻力系數(shù)不再隨雷諾數(shù)變化，這一區(qū)域稱為自動?；瘏^(qū)。汽車試驗只需進入自動?；瘏^(qū)即可。如圖8－25所示。3、增大雷諾數(shù)受到限制，風速增大風洞風速受到限制

L增大實驗段尺度受到限制。4、增大紊流度使附面層提前轉捩，使低雷諾數(shù)的流場和低紊流度、高雷諾數(shù)下流場相似。

第四十七頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日第四十八頁，共五十四頁，編輯于2023年，星期日二、模型尺寸和試驗段尺寸1、

堵塞比閉口速度增大，阻力系數(shù)增大A、影響開口速度減小阻力系數(shù)減小對堵塞比的要求說法不一：美國：日本：巖本羲明3.8%～12.5%氣動阻力系數(shù)僅增大3%。北京大學：長方體試驗2%～15%氣