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簡析汽車風(fēng)洞修正技術(shù)

2018-02-26 11:56:13·  
　
由于汽車風(fēng)洞為模擬汽車行駛狀態(tài)的設(shè)備，那么相對(duì)于汽車實(shí)際行駛環(huán)境，就會(huì)存在一定的差別，相應(yīng)的風(fēng)洞試驗(yàn)中獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)也需要經(jīng)過一定的修正，以減小這種與實(shí)際環(huán)境的差異。本期汽車風(fēng)洞技術(shù)系列將為你簡析汽車風(fēng)洞修正的相關(guān)內(nèi)容。汽車風(fēng)洞是一種高精密的試驗(yàn)設(shè)備，他可以模擬汽車在路面行駛時(shí)的空氣流動(dòng)，采用高精度
由于汽車風(fēng)洞為模擬汽車行駛狀態(tài)的設(shè)備，那么相對(duì)于汽車實(shí)際行駛環(huán)境，就會(huì)存在一定的差別，相應(yīng)的風(fēng)洞試驗(yàn)中獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)也需要經(jīng)過一定的修正，以減小這種與實(shí)際環(huán)境的差異。本期汽車風(fēng)洞技術(shù)系列將為你簡析“汽車風(fēng)洞修正”的相關(guān)內(nèi)容。
 
汽車風(fēng)洞是一種高精密的試驗(yàn)設(shè)備，他可以模擬汽車在路面行駛時(shí)的空氣流動(dòng)，采用高精度的天平系統(tǒng)測量汽車所受的氣動(dòng)力，得到汽車的風(fēng)阻系數(shù)。
 
目前最先進(jìn)的氣動(dòng)力天平可以將阻力系數(shù)精確到小數(shù)點(diǎn)后4位，可保證在第3位的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性，如升級(jí)改造后的FKFS風(fēng)洞。這個(gè)結(jié)果的非常精確了，但是為更實(shí)際的表現(xiàn)出阻力系數(shù)情況，還需要對(duì)天平實(shí)際測量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。
 
德國FKFS汽車風(fēng)洞
 
汽車風(fēng)洞
我們先看一下風(fēng)洞的結(jié)構(gòu)：
從圖上我們可以看出，汽車風(fēng)洞是一個(gè)回流式的管道結(jié)構(gòu)，氣流從噴口噴出，吹過放置于測試段天平上的汽車，然后通過收集口再次進(jìn)入管道內(nèi)并循環(huán)流動(dòng)。這個(gè)模擬出的風(fēng)環(huán)境和汽車在真正的路面上行駛時(shí)的氣流狀態(tài)相比，是有所區(qū)別。
首先在路面上行駛，空氣的流動(dòng)是不收約束的（空曠，空間無限大），而汽車風(fēng)洞是有限空間，對(duì)氣流有所約束。因此，在汽車風(fēng)洞中，所謂的“阻塞”、“靜壓梯度”等干擾因素就出現(xiàn)了，這些會(huì)影響測量的阻力系數(shù)的準(zhǔn)確度。
 
為什么要風(fēng)洞修正？
 
那么有人可能會(huì)問，現(xiàn)在風(fēng)洞技術(shù)這么先進(jìn)，不需要象老式風(fēng)洞那樣必須需要修正。但是援引世界汽車風(fēng)洞修正技術(shù)權(quán)威Mercker博士的話來說，汽車風(fēng)洞始終是有限空間的試驗(yàn)設(shè)施，它永遠(yuǎn)會(huì)存在干擾，不管它被調(diào)試得如何精密，其測量出來的阻力系數(shù)始終和真實(shí)值有差別。
 
因此，汽車風(fēng)洞永遠(yuǎn)需要修正。雖然風(fēng)洞越建越精密，可能不需要繁雜的人工修正計(jì)算，一般在風(fēng)洞運(yùn)行程序已經(jīng)預(yù)設(shè)了阻力系數(shù)修正的程序。
下面的圖可以清晰看出汽車風(fēng)洞修正的原因。
 
Step 1描述了測試物體（相當(dāng)于汽車）在非常寬闊的空間（無限大的空間內(nèi)）行駛時(shí)的理想氣流狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候測量的動(dòng)態(tài)壓力系數(shù)和參考動(dòng)態(tài)壓力系數(shù)是相同的，換句話說測量的阻力系數(shù)和真實(shí)的阻力系數(shù)是相等的。這個(gè)時(shí)候不需要修正。
 
Step 2 描述了測試物體（相當(dāng)于汽車）在有限寬度但無限長度的空間內(nèi)行駛時(shí)的氣流狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候可以看出，由于有限的寬度，會(huì)造成在寬度邊界的干擾，這會(huì)影響阻力系數(shù)的測量準(zhǔn)確度。
 
同樣，在Step 3和Step 4的條件加上了氣流的噴口和收集口，這種狀態(tài)相當(dāng)于汽車風(fēng)洞內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)的狀態(tài)，會(huì)出現(xiàn)噴口和收集口處的干擾，因此阻力系數(shù)測量值會(huì)偏離其真實(shí)值。
 
影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的因素
 
首先影響最大的是阻塞和駐室內(nèi)的靜壓梯度。其中阻塞又分為實(shí)體阻塞、噴口阻塞、收集口阻塞，幾種阻塞的示意圖如下：
實(shí)體阻塞
噴口阻塞
收集口阻塞
水平浮力干擾是指當(dāng)空氣從壁面流過，由于流體的粘性，在風(fēng)洞的壁面會(huì)產(chǎn)生粘性阻力，風(fēng)洞軸向產(chǎn)生靜壓梯度。由于軸向靜壓梯度的存在，試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭糜陲L(fēng)洞中就會(huì)受到一個(gè)“水平浮力”的作用，從而使得阻力系數(shù)測量值偏小或偏大。
水平浮力干擾
另外所受干擾還有射流偏轉(zhuǎn)和射流擴(kuò)張?jiān)斐?，也可以看作為阻塞的一種。
AAC視點(diǎn)
在汽車風(fēng)洞中正是由于其與實(shí)際環(huán)境存在差異，導(dǎo)致出現(xiàn)了一些對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的干擾因素，因此為使風(fēng)洞試驗(yàn)得到的阻力系數(shù)更加真實(shí)的反映出車輛的氣動(dòng)性能，就需要對(duì)測量值進(jìn)行修正，以減小這些干擾因素的影響。  
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