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行業(yè) | 世界先進(jìn)汽車(chē)風(fēng)洞系列之FKFS縮比模型風(fēng)洞

2019-01-18 10:24:27·  來(lái)源：中國(guó)汽研汽車(chē)風(fēng)洞技術(shù)  
　
現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)在車(chē)輛早期開(kāi)發(fā)階段的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)多通過(guò)CFD手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。雖然各大車(chē)企在CFD計(jì)算方面的能力逐年增強(qiáng)，但是由于很多車(chē)輛部件的設(shè)計(jì)（比如下車(chē)體、后視
現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)在車(chē)輛早期開(kāi)發(fā)階段的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)多通過(guò)CFD手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。雖然各大車(chē)企在CFD計(jì)算方面的能力逐年增強(qiáng)，但是由于很多車(chē)輛部件的設(shè)計(jì)（比如下車(chē)體、后視鏡、附加擾流板）以及冷卻氣流的模擬等都對(duì)計(jì)算機(jī)配置提出較高要求，因此對(duì)于車(chē)輛的早期開(kāi)發(fā)優(yōu)化，模型風(fēng)洞試驗(yàn)仍然是目前最有效且經(jīng)濟(jì)的方法。本期將為您介紹坐落在德國(guó)FKFS（斯圖加特內(nèi)燃機(jī)與車(chē)輛研究所）的一座汽車(chē)縮比模型風(fēng)洞。
1988年建成的FKFS縮比模型風(fēng)洞為其全尺寸風(fēng)洞的縮小版本，縮比為25%，在2001年和2016年先后進(jìn)行過(guò)兩次較大的升級(jí)，占地面積為19.25 m*5.75 m。
FKFS縮比模型風(fēng)洞試驗(yàn)段（1988年）
 
FKFS縮比模型風(fēng)洞試驗(yàn)段（2001年升級(jí)后）
 
 FKFS縮比模型風(fēng)洞試驗(yàn)段（2016年升級(jí)后）
 
FKFS縮比模型風(fēng)洞測(cè)試模型比例一般為20%-25%，最大可達(dá)30%，測(cè)試段長(zhǎng)度2.585 m，噴口面積為1.6 平方米，最大風(fēng)速為288 km/h；測(cè)試段安裝有天平、五帶移動(dòng)路面系統(tǒng)、移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)、模型轉(zhuǎn)運(yùn)等設(shè)備，其轉(zhuǎn)臺(tái)橫擺角度為±95°，噴口和轉(zhuǎn)臺(tái)安裝有兩級(jí)地面邊界層抽吸系統(tǒng)，中央移動(dòng)帶長(zhǎng)度為1.75 m；風(fēng)機(jī)功率為350 kw；測(cè)試段溫度可恒定在23℃，以降低溫度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。
 
在FKFS模型風(fēng)洞中，每天可能會(huì)測(cè)試50種以上不同的模型配置，因此為提高測(cè)試效率，測(cè)試段內(nèi)安裝了模型轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，這樣每次測(cè)試可使用兩個(gè)模型，一個(gè)在測(cè)試段內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，另一個(gè)在準(zhǔn)備間內(nèi)進(jìn)行修改，測(cè)試和模型修改可以同步進(jìn)行以提高測(cè)試效率。
 
FKFS模型風(fēng)洞的應(yīng)用領(lǐng)域主要為高校教學(xué)、科研、全尺寸風(fēng)洞技術(shù)驗(yàn)證等方面，面向主機(jī)廠的技術(shù)服務(wù)所占比例并不是太大。
 
FKFS模型風(fēng)洞的設(shè)計(jì)比例
 
FKFS縮比模型風(fēng)洞測(cè)試段的設(shè)計(jì)比例為1：4，但是該模型風(fēng)洞的部件（流道，風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)室，拐角葉片，沉降室等）卻采用了不同的設(shè)計(jì)比例。這是因?yàn)樵撃Ｐ惋L(fēng)洞不是為聲學(xué)測(cè)試而設(shè)計(jì)的，在這種情況下，只要保證模型和測(cè)試段的幾何特性按要求比例進(jìn)行匹配，并保持測(cè)試段的流體力學(xué)特性，這樣就可以實(shí)現(xiàn)模型風(fēng)洞測(cè)試的高精度。
 
雖然常常認(rèn)為FKFS縮比模型風(fēng)洞是其全尺寸風(fēng)洞的縮小版，但是，兩者間部分設(shè)計(jì)是不同的。首先，模型風(fēng)洞測(cè)試段的駐室沒(méi)有完全復(fù)制全尺寸風(fēng)洞；其次，模型風(fēng)洞收集口的設(shè)計(jì)也與全尺寸風(fēng)洞的設(shè)計(jì)不同。這是因?yàn)槟Ｐ惋L(fēng)洞中空測(cè)試段的靜壓梯度幾乎可以忽略不計(jì)，而且模型風(fēng)洞中近無(wú)限大的駐室對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響微不足道，因此在模型風(fēng)洞設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于全尺寸風(fēng)洞中的這些部位省去了精確的復(fù)制。
FKFS模型風(fēng)洞中的測(cè)試模型
 
“FKFS swing”系統(tǒng)
 
FKFS縮比模型風(fēng)洞噴口處配置了名為“FKFS swing”的可拆卸系統(tǒng)，主要用于模擬非定常流動(dòng)的氣流。
FKFS swing系統(tǒng)中可移動(dòng)的翼片可以在不同頻率下改變迎面氣流的角度，可以模擬被測(cè)車(chē)輛在另一車(chē)輛后面行駛或者存在不穩(wěn)定側(cè)風(fēng)的情況。
FKFS swing系統(tǒng)目前也配置在FKFS全尺寸風(fēng)洞中，而這種系統(tǒng)最早是在模型風(fēng)洞中開(kāi)發(fā)的。 
FKFS模型風(fēng)洞中的“FKFS swing”系統(tǒng)
FKFS全尺寸風(fēng)洞中的“FKFS swing”系統(tǒng)
 
5帶式移動(dòng)路面系統(tǒng)
 
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛實(shí)際道路行駛的真實(shí)模擬，車(chē)輛在風(fēng)洞中的運(yùn)動(dòng)邊界條件必須與道路上相同。這意味著必須在風(fēng)洞中保持車(chē)輛與地面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而且車(chē)輪必須模擬真實(shí)行駛速度旋轉(zhuǎn)。
 
因此，在模型風(fēng)洞中建立地面模擬系統(tǒng)是非常重要的。FKFS縮比模型風(fēng)洞中配置了5帶式移動(dòng)路面系統(tǒng)，包括一個(gè)中心鋼帶，以及4個(gè)可以實(shí)現(xiàn)車(chē)輪旋轉(zhuǎn)的聚合物材質(zhì)的驅(qū)動(dòng)裝置。
 
事實(shí)上，在汽車(chē)風(fēng)洞發(fā)展的早期階段，車(chē)輛與地面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（包括車(chē)輪旋轉(zhuǎn)特性）的重要性并未被風(fēng)洞開(kāi)發(fā)者和使用者所意識(shí)到。然而，隨著研究的進(jìn)一步深入，全尺寸風(fēng)洞的測(cè)試顯示，如果不考慮車(chē)輛與地面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)對(duì)測(cè)試精度造成很大的影響，尤其是影響車(chē)輛下車(chē)體開(kāi)發(fā)以及車(chē)輛冷卻氣流入口設(shè)計(jì)、剎車(chē)?yán)鋮s性能評(píng)估以及車(chē)輪擾流器的設(shè)計(jì)等方面的精度。
車(chē)輛前端中心鋼帶的特寫(xiě)
后輪驅(qū)動(dòng)裝置（聚合物移動(dòng)帶和裙邊約束系統(tǒng)）
 
其他先進(jìn)系統(tǒng)
 
為了盡量減小移動(dòng)帶和車(chē)輪驅(qū)動(dòng)裝置前側(cè)的迎面流邊界層，F(xiàn)KFS縮比模型風(fēng)洞中配置了邊界層抽吸系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以將地面邊界層的滯流逐漸吸走，從而使邊界層的流動(dòng)動(dòng)量損失降至最小。
 
為了進(jìn)行尾跡測(cè)量，F(xiàn)KFS縮比模型風(fēng)洞還配備了移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)，噴口和收集口之間的測(cè)量體積可以直接延伸到試驗(yàn)段外的風(fēng)洞控制室。
 
在2016年升級(jí)后，F(xiàn)KFS縮比模型風(fēng)洞中開(kāi)始使用新的WTCS控制系統(tǒng)，在這個(gè)控制系統(tǒng)的支撐下，目前模型風(fēng)洞中的所有子系統(tǒng)都可以由單個(gè)系統(tǒng)控制，這使得模型風(fēng)洞的操作更容易，更高效。
FKFS模型風(fēng)洞控制間
 
結(jié)語(yǔ)
 
作為世界上最著名的汽車(chē)技術(shù)研究機(jī)構(gòu)之一，F(xiàn)KFS在風(fēng)洞測(cè)試和研發(fā)領(lǐng)域處于世界最前沿水平，不斷引領(lǐng)著汽車(chē)風(fēng)洞技術(shù)的革新。
 
2015年，位于重慶的國(guó)內(nèi)第三方汽車(chē)測(cè)試研發(fā)機(jī)構(gòu)——中國(guó)汽研與FKFS簽訂了無(wú)限期戰(zhàn)略合作協(xié)議，F(xiàn)KFS將結(jié)合自身在風(fēng)洞領(lǐng)域的研究成果，對(duì)中國(guó)汽研汽車(chē)風(fēng)洞的建設(shè)以及建設(shè)完成后的運(yùn)行和發(fā)展提供全方位的技術(shù)支持。
 
2019年，具備國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際一流技術(shù)指標(biāo)的中國(guó)汽研汽車(chē)整車(chē)風(fēng)洞即將在萬(wàn)眾矚目中落成。相信在FKFS等知名技術(shù)機(jī)構(gòu)的支持下，中國(guó)汽研汽車(chē)風(fēng)洞中心將為客戶(hù)提供更專(zhuān)業(yè)、更優(yōu)質(zhì)的技術(shù)服務(wù)，敬請(qǐng)期待！ 
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