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  • 汽车风洞

    “汽车风洞”是汽车设计研发过程中极为重要的基础实验设备,因为它掌握着新车从设想到设计过程中的关键钥匙:让设计的汽车既符合空气动力学原理,省油、安全,又有漂亮夺目的外形,为汽车零件求得最安全、最耐久的性能。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    用途: 产生人造气流 英文名: wind tunnel

    目录

    概述/汽车风洞 编辑

    汽车风洞 Automotive Wind Tunnel汽车风洞 Automotive Wind Tunnel

    “汽车风洞”就是用来产生人造气流(人造风)的管道。在这种管道中能造成一段气流均匀流动的区域,“汽车风洞”试验就在这段风洞中进行。“汽车风洞”中用来产生强大气流的风扇是很大的,比如奔驰公司的汽车风洞,其风扇直径就达8.5m,驱动风扇的电动功率高达4000kW,风洞内用来进行实车试验段的空气流速达270km/h。建造一个这样规模的汽车风洞往往需要耗资数亿美元,甚至10多亿,而且每做一次“汽车风洞”试验的费用也是相当大的。

    “汽车风洞”有模型风洞、实车风洞和气候风洞等,模型风洞较实车风洞小很多,其投资及使用成本也相对小些。目前(指2009年),全球“汽车风洞”共有十几个,主要集中在日本美国德国法国意大利等国的大汽车公司。

    技术发展历史/汽车风洞 编辑

    1871年英国人建成了世界上公认的第一个风洞。美国的莱特兄弟(O.Wright和W.wright)于1901年制造了试验段0.56米见方,风速12/s的风洞,进而在1903年发明了世界上第一架实用的飞机。风洞的大量出现是在20世纪中叶。

    1932年瑞士阿克雷特(G.Ackttet)建成了世界第一座超声速风洞,试验段面积0.4米×0·4米,马赫数(风速与声速之比)2,当时主要为了试验炮弹的气动力作用和研究超声速流动而设计。

    1956年为了适应跨超声速飞行器的发展,美国建成世界最大的跨超声速风洞,试验段面积488米×4.88米,马赫数0.8-4.88,功率为16.1万Kw。

    1958年,美国航天局建成试验段直径0.56米,马赫数可高达18-22的高超声速风洞。

    1980年,美国将一座旧的低速风洞改造成为世界最大的全尺寸风洞(可以直接把原形飞机放进试验段中吹风),试验段面积24.4米×12.2米,风速150m/s,功率10万Kw。

    1975年,英国建成一座低速压力风洞,试验段5米×4.2米,风速95-110m/s,压力3个大气压,功率1.4万kW,试验雷诺数(它是一个无量纲数)8×106。

    1980年代,美国建成一座低温风洞,以氮气(氮气凝固点低,适于低温下工作)为工作介质,温度范围340-78K,压力可达9个大气压,试验段2.5米×2.5米,马赫数0.2-1.2,雷诺数高达120×106。

    1977年,中国空气动力研究与发展中心建成亚洲最大的低速风洞,串联双试验段:8米×6米和16米×l2米,风速100m/s,功率7800kW。 

    原理/汽车风洞 编辑

    风洞是能人工产生和控制气流,以模拟飞行器或物体周围气体的流动,并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道状实验设备,它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具。风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用,随着工业空气动力学的发展,在交通运输、房屋建筑风能利用环境保护等部门中也得到越来越广泛的应用。用风洞作实验的依据是运动的相对性原理。

    分类/汽车风洞 编辑

    全尺寸风洞和模型风洞

    风洞口的气流作用筛 风洞口的气流作用筛

    为试验1:1模型(全尺寸模型)或真车的风洞叫做“全尺寸风洞”,为试验缩比模型或零部件的较小尺寸的风洞叫做“模型风洞”。日本和前苏联多采用1:5比例的模型;欧美国家多采用1:3或1:4比例模型。目前(指2009年)全世界有近30座可用于全尺寸汽车试验的风洞。

    全天候风洞、声学风洞、气动力风洞

    全天候风洞(或气候风洞)可改变气流温度、湿度、阳光强弱和其他气候条件(雨、雪等);声学风洞在建造过程中采用了多种降噪措施,背景噪声极低,可以分离并测量出汽车行驶时产生的气动噪声。这两种风洞统称为特种风洞。其余一般风洞都是气动力风洞。近年来新建的风洞,都是气动/声学风洞,或气动/气候风洞,甚至气动/声学/气候风洞,这类风洞又称为多用途风洞。

    试验段尺寸

    一种是截面积S<10平米的风洞(包括缩比模型风洞和全天候风洞),有些小喷口的全天候风洞,主要是用来把空气直接导向热源集中的发动机舱周围区域进行试验。如MIRA模型风洞。

    一种是10≤S≤30平米的风洞。这种风洞主要用于试验各种轿车及其它比较小的车辆(实车试验)。如丰田全尺寸风洞,中国国内建设中的上海同济气动/声学风洞。

    一种是S≥30平米的风洞。这类风洞主要用于试验轿车到中级载货汽车以及大客车。如GM全尺寸风洞,中国国内气动中心8m×6m风洞。

    组成 /汽车风洞 编辑

    风洞主要由洞体、驱动系统和测量控制系统组成,各部分的形式因风洞类型而异。

    特点/汽车风洞 编辑

    “汽车风洞”中巨大的人造风,可模拟各种行车环境中遇到的空气阻力噪声热力学状态,以及天气环境甚至太阳辐射等,用以测试样车的安全性和操纵稳定性,最大限度地减少汽车在行驶中损失的动力,为设计更加节能、美观的汽车提供条件。

    测试实验/汽车风洞 编辑

    “汽车风洞”最开始的时候其实不是用来测试汽车,而是用来测试飞机、研究飞机的气动性能的。实验时,常将模型或实物固定在风洞内,使气体流过模型。这种方法,流动条件容易控制,可重复地、经济地取得实验数据。为使实验结果准确,实验时的流动必须与实际流动状态相似,即必须满足相似律的要求。但由于风洞尺寸和动力的限制,在一个风洞中同时模拟所有的相似参数是很困难的,通常是按所要研究的课题,选择一些影响最大的参数进行模拟。[1]

    此外,风洞实验段的流场品质,如气流速度分布均匀度、平均气流方向偏离风洞轴线的大小、沿风洞轴线方向的压力梯度、截面温度分布的均匀度、气流的湍流度和噪声级等必须符合一定的标准,并定期进行检查测定。汽车时速达到110公里的时候,风的阻力就占总阻力的70%,大部分燃油用在了克服风阻上,因此通过风洞试验,模拟汽车在行驶中的情况,优化汽车外形设计,减少风阻、节约燃油、降低噪音,这是汽车风洞试验的主要目的。

    在中国/汽车风洞 编辑

    工程技术人员在风洞内巡视大风机工程技术人员在风洞内巡视大风机

    风洞:中国汽车产业发展的里程碑

    2009年9月19日,斥资4.9亿元建造的中国国内第一个“汽车风洞”——上海地面交通工具风洞中心在同济大学正式落成启用,填补了中国国内汽车研发设计领域多个空白。

    被视为突破自主研发瓶颈的上海地面交通工具风洞中心,由两个风洞构成:一个是国内首座汽车气动声学整车风洞,另一个是国内首座热环境整车风洞。功能各不相同:一个用来测风、测阻力、测噪音;另一个用来测温度、测环境。

    据悉,作为公共性汽车和轨道车辆的关键技术平台,“汽车风洞”将为中国汽车和轨道车辆工业,特别是为新能源汽车的自主研发提供重要的基础性服务,为中国汽车工业从“中国制造”迈向“中国创造”,营造了必要条件。

    此次风洞的关键技术指标均达到世界领先水平,并拥有全部自主知识产权。除支持汽车企业外,新启用上海地面交通工具风洞中心还将为中国高速列车的自主研发和大飞机项目,提供不可缺少的关键技术支撑平台。

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    参考资料
    [1]^引用日期:2016-12-26

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