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CAERI環(huán)境風洞拓展卡車模型風阻實驗能力
汽車空氣動力學性能開發(fā)是實現(xiàn)卡車節(jié)能減排，提高經(jīng)濟性的有效手段。單車氣動減阻附加裝置優(yōu)化以及隊列卡車氣動性能研究是卡車空氣動力學性能開發(fā)的重要方向。然而，國內(nèi)風洞資源的稀缺性以及對卡車整車風洞測試條件的缺乏，使得這一領域的研究主要依賴于CFD數(shù)值模擬。為了打破這一局限，中國汽研風洞中心經(jīng)過不懈努力，成功設計并開發(fā)了面向卡車模型的全新測試平臺，在環(huán)境風洞中實現(xiàn)了25%單車卡車模型、10%卡車隊列模型氣動六分力、車身表面壓力、煙流可視化、車輛尾部速度場測量，全面拓展了環(huán)境風洞卡車模型風阻實驗能力，可為商用車主機廠及高校提供精準、快速、可靠、安全、成本效益高、靈活性好的研究平臺，為卡車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科技支持。
01 氣動六分力測量能力
為解決環(huán)境風洞中缺乏氣動六分力測量能力的問題，中國汽研風洞中心設計制造了卡車模型測試平臺，平臺內(nèi)置了6個測量天平，表面安裝導軌，可實現(xiàn)卡車單車以及不同間距隊列工況氣動力及流場測試。平臺前緣采用楔型設計，以減小測試平臺邊界層厚度及其對卡車模型氣動測量的影響，如圖1所示。
（a）25%單車模型
（b）10%卡車隊列-間距1倍車長
圖1 25%單車、10%卡車隊列模型安裝及測試圖
以卡車車長為特征長度，綜合考慮阻塞比和動力相似原則，確定合適的模型比例。模型駕駛室及底盤附件采用光敏樹脂材料3D打印制作，大梁及貨箱采用ABS材料CNC數(shù)控加工制作。25%卡車單車及10%卡車隊列風洞實驗安裝及測試如圖1所示。
實驗結果表明，不同的氣動方案均有較好的減阻效果，其中，最優(yōu)組合方案可以達到25.3%的降阻率（噴口風速80km/h）。特別地，卡車隊列展示出了極大的減阻優(yōu)勢和潛力，10%平頂導流罩卡車在144km/h、隊列間距0.5倍車長時車隊平均降阻率為21.5%，效果明顯優(yōu)于同樣工況的單車實驗，如圖2所示。
圖2 不同方案減阻效果
02 車身表面壓力測量
在車身表面壓力測量方面，采用在實驗模型上布置測壓孔的方式，可以實現(xiàn)對牽引車車頭部分和掛車車廂部分的壓力測量。其中，牽引車車頭部分和掛車車廂部分均為中空，用于布置測壓用的塑料軟管和壓力掃描閥。平頂導流罩及高頂導流罩車身表面Y = 0截面壓力系數(shù)對比如圖3所示。
圖3 平頂及高頂導流罩表面測壓結果對比
03 煙流可視化
煙流可視化通過風洞中心自研的第三代手持式煙霧發(fā)生器實現(xiàn)，可以更直觀、快捷的觀測到配置不同氣動套件后車身周圍局部流場的差異，如圖4所示。
圖4 煙流可視化
04 結語
商用車整車風洞實驗因其復雜性、高成本以及法規(guī)壓力等因素，往往難以廣泛開展。傳統(tǒng)的CFD計算雖然在一定程度上提供了模擬手段，但其精度仍有待提高，難以滿足日益嚴格的研發(fā)需求?？ㄜ嚤壤Ｐ蛦诬囷L洞實驗及隊列實驗可以在縮小比例的同時，保留關鍵的氣動特性，從而以較低的成本指導實車開發(fā)。這不僅為商用車主機廠提供了一個高效、經(jīng)濟的研發(fā)手段，而且大大縮短了實驗周期，使得更多的設計優(yōu)化方案能夠得以驗證。
近年來，隨著新一代人工智能技術的迅猛發(fā)展，自動駕駛卡車已經(jīng)成為物流領域的一大亮點。而卡車隊列行駛則是一種創(chuàng)新的運輸方式，它利用車輛間的協(xié)同配合，形成緊密的行駛隊列，通過精確控制車輛間的距離和速度，在保證安全的前提下，實現(xiàn)更高的運輸效率和更低的燃油消耗。通過卡車隊列風洞實驗，工程師們能夠更精確地掌握重型車輛在編隊行駛過程中的氣動相互作用機制，并將這些寶貴的實驗數(shù)據(jù)應用于實際車輛的開發(fā)中。這不僅有助于提升整個車隊的能效表現(xiàn)，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標，同時也為緩解全球能源緊張局勢、減少環(huán)境污染、推動綠色物流的可持續(xù)發(fā)展提供了切實的科學依據(jù)。
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