我們生活的地球擁有復(fù)雜多變的氣候現(xiàn)象，站在汽車工程師的角度來看，百變甚至極端的氣候卻給一款新車的開發(fā)帶來了諸多難以預(yù)料的問題。如果有一種設(shè)備能把地球上的各種氣候都模擬出來，那將給新車研發(fā)節(jié)省大量路試的時(shí)間。熱力學(xué)風(fēng)洞(或稱氣候風(fēng)洞)，它就是幫助工程師們解決這個(gè)問題的。

與空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞的區(qū)別



相信很多人都聽說過風(fēng)洞，而根據(jù)試驗(yàn)對象以及用途的不同，風(fēng)洞也分很多種，最常見的則是動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞，它主要用來設(shè)計(jì)、優(yōu)化飛行器、導(dǎo)彈、航天器的外部造型，在動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞中能夠模擬出這些物體在高速運(yùn)動(dòng)下可能出現(xiàn)的狀況。

對于汽車廠商來說，空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞對車身外形的開發(fā)有著重要的作用，特別是一些超跑制造商。通常工程人員會先制成1:1的汽車油泥模型，然后在風(fēng)洞中進(jìn)行試驗(yàn)，通過風(fēng)洞內(nèi)產(chǎn)生的強(qiáng)大氣流吹過車身表面來觀察氣體的流動(dòng)是否符合設(shè)計(jì)上的需求，然后再對細(xì)節(jié)進(jìn)行修改使風(fēng)阻系數(shù)達(dá)到要求。



當(dāng)然建造一個(gè)可以放進(jìn)1：1汽車模型規(guī)模的風(fēng)洞的價(jià)格也是不菲，往往達(dá)到數(shù)億美元甚至更多，而且每做一次風(fēng)洞試驗(yàn)的費(fèi)用也是相當(dāng)大的。熱力學(xué)風(fēng)洞則是另外一個(gè)名詞，它的主要用途是模擬車輛在實(shí)際情況中遭遇到的各種路況、氣候環(huán)境的改變，它可以模擬雨雪天氣、不同的濕度和溫度環(huán)境等。然而空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞則不需要這些，它只需要吹風(fēng)，這也是二者最大的區(qū)別。

龐然巨物

熱力風(fēng)洞內(nèi)設(shè)有主試驗(yàn)艙、預(yù)試驗(yàn)艙、風(fēng)機(jī)、風(fēng)道、冷卻/加熱系統(tǒng)、底盤測功機(jī)、日照模擬/雨雪模擬系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。風(fēng)洞內(nèi)的核心部件風(fēng)機(jī)的重量為40噸，最大轉(zhuǎn)速708rpm，雖然轉(zhuǎn)速不高，但由于風(fēng)扇直徑有3.6米，所以在全速狀態(tài)下配合風(fēng)道的設(shè)計(jì)，最終在出風(fēng)口可以產(chǎn)生時(shí)速為250km/h的風(fēng)，而此時(shí)電機(jī)的功率為1500kW。



但要想產(chǎn)生高質(zhì)量且可控的風(fēng)，風(fēng)道的設(shè)計(jì)是頗有講究的。從側(cè)面看去，整個(gè)風(fēng)道采用了“回”字形的結(jié)構(gòu)，重量達(dá)到了70噸，這種垂直布置的的方式使風(fēng)道的上下落差達(dá)到了9米。位于建筑第3層的風(fēng)機(jī)吹出的風(fēng)會通過一段漫長的風(fēng)道到達(dá)位于一層的風(fēng)道擴(kuò)張段，它的作用主要是讓氣流在這里得到緩沖、整流，然后經(jīng)過收縮段最終從一個(gè)7平方米的出風(fēng)口快速吹向主試驗(yàn)艙。

風(fēng)從風(fēng)機(jī)到出風(fēng)口有很長的一段距離，所以當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后，出風(fēng)口的風(fēng)速必然會有延遲，但這個(gè)延遲性被控制在5秒之內(nèi)。出風(fēng)口的面積為7平方米，實(shí)際上它可以縮小為5平方米，通過調(diào)整出風(fēng)口的面積，可以將風(fēng)道中的最高風(fēng)速立刻從200km/h提升到250km/h。這種對風(fēng)道設(shè)計(jì)的“斤斤計(jì)較”確保了各項(xiàng)試驗(yàn)更加接近或等同真實(shí)情況。

熱力學(xué)風(fēng)洞對車型開發(fā)的意義



在沒有熱力學(xué)風(fēng)洞的條件下，車輛的測試就是要看老天爺?shù)哪樕疫€會受到很多干擾。在四季分明的中國，一年只有一個(gè)冬季或夏季，把南北半球都利用上也不過兩個(gè)。例如在做車輛耐高溫試驗(yàn)或者空調(diào)系統(tǒng)測試的話，就需要7、8月份在中國，12月、1月到澳洲，而有了這個(gè)風(fēng)洞，則可以不受外界條件的限制，一年12個(gè)月都可以充分利用模擬的小環(huán)境為整車的開發(fā)進(jìn)行調(diào)試?？梢韵胂螅瑹o論是研發(fā)成本還是時(shí)間都得到了更好的控制，大大提高了工作效率。



當(dāng)然風(fēng)洞也并不是萬能的，即使有了熱力學(xué)風(fēng)洞，也不會將所有的試驗(yàn)全部在風(fēng)洞內(nèi)完成，通常它用來完成80%的工作，而剩下的20%則需要到實(shí)際條件下來最終檢驗(yàn)前期在風(fēng)洞中的成果。

后記

通過熱力學(xué)風(fēng)洞，可以再現(xiàn)世界各地的不同氣候條件，足不出戶就可以對車輛進(jìn)行模擬試驗(yàn)。放眼全球范圍內(nèi)的知名汽車企業(yè)，熱力學(xué)風(fēng)洞已經(jīng)是不可或缺的現(xiàn)代化研發(fā)設(shè)備，而它也確實(shí)體現(xiàn)了車企在技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)方面的實(shí)力。