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世界先進(jìn)汽車風(fēng)洞系列之寶馬空氣動力學(xué)測試中心

2018-02-26 11:59:21·  
　
頂級的駕駛性能是寶馬汽車的最佳名片，給人一種指哪打哪、人車合一的駕駛體驗(yàn)。然而，寶馬汽車的工程師們是如何做到這一點(diǎn)的呢？位于慕尼黑的寶馬空氣動力學(xué)測試中心在這一過程中發(fā)揮了重要的作用。本期世界先進(jìn)汽車風(fēng)洞將帶您了解其中的空氣動力學(xué)風(fēng)洞，保證讓您看得過癮。寶馬公司空氣動力學(xué)測試中心（AVZ）共投資約1.7億
頂級的駕駛性能是寶馬汽車的最佳名片，給人一種“指哪打哪”、“人車合一”的駕駛體驗(yàn)。然而，寶馬汽車的工程師們是如何做到這一點(diǎn)的呢？位于慕尼黑的寶馬空氣動力學(xué)測試中心在這一過程中發(fā)揮了重要的作用。本期“世界先進(jìn)汽車風(fēng)洞”將帶您了解其中的空氣動力學(xué)風(fēng)洞，保證讓您看得過癮。
寶馬公司空氣動力學(xué)測試中心（AVZ）共投資約1.7億歐元，歷經(jīng)3年時(shí)間，于2009年正式建成投入使用。這座占地約25000平方米的5層建筑目前已經(jīng)傲然矗立在慕尼黑寶馬集團(tuán)研究與創(chuàng)新中心旁，其獨(dú)特的建筑結(jié)構(gòu)清楚地告訴人們測試中心所應(yīng)用的技術(shù)是真正獨(dú)一無二的。
寶馬空氣動力學(xué)測試中心
寶馬空氣動力學(xué)測試中心包括一座全新的全尺寸空氣動力學(xué)風(fēng)洞“Windkanal”和一座比例模型風(fēng)洞“AEROLAB”。比例模型風(fēng)洞位于全尺寸風(fēng)洞的中間位置，這充分利用了AVZ中心的空間，同時(shí)也使得各個研發(fā)團(tuán)隊(duì)在測試中心能夠更加高效的工作。
測試中心的兩座風(fēng)洞，中間為模型風(fēng)洞
 
一、先進(jìn)的路面模擬技術(shù)
在風(fēng)洞試驗(yàn)中，對地面效應(yīng)的準(zhǔn)確模擬是非常重要的，這會影響風(fēng)洞試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。在寶馬汽車風(fēng)洞中安裝有先進(jìn)的滾動路面模擬系統(tǒng)。其中在Windkanal中安裝有五帶滾動路面系統(tǒng)，用于乘用車的測試，以減小地面邊界層的影響。
Windkanal（全尺寸風(fēng)洞）中的五帶滾動路面系統(tǒng)
單帶系統(tǒng)通常用于賽車模型的測試，因?yàn)槔硐氲能嚨讱饬髂M對賽車性能而言至關(guān)重要。在AEROLAB中安裝的單帶系統(tǒng)可幫助寶馬工程師實(shí)現(xiàn)與真實(shí)道路環(huán)境下的車底氣流模擬。
AEROLAB（模型風(fēng)洞）中的單帶滾動路面系統(tǒng)
利用Windkanal中的五帶滾動路面和AEROLAB中的單帶滾動路面系統(tǒng)，寶馬工程師可以進(jìn)行兩種類型滾動路面的相關(guān)性研究。這開創(chuàng)了寶馬在汽車空氣動力學(xué)性能領(lǐng)域新的研究方向。
二、移動測量系統(tǒng)
在兩座風(fēng)洞中還安裝有移動測量系統(tǒng)，可以對車輛進(jìn)行空氣動力學(xué)領(lǐng)域靜態(tài)和動態(tài)模擬測量，以及利用移動測量系統(tǒng)進(jìn)行開展運(yùn)動領(lǐng)域的測量。
Windkanal中的移動測量系統(tǒng)（紅色框線內(nèi)）
AEROLAB中的移動測量系統(tǒng)和天平
借助移動測量系統(tǒng)對賽艇模型進(jìn)行測試
三、可調(diào)節(jié)的噴口
為滿足不同車型的測試要求，寶馬Windkanal風(fēng)洞的噴口面積可調(diào)節(jié)為25㎡和18㎡，風(fēng)速分別能達(dá)到250 km/h和300 km/h。AEROLAB風(fēng)洞的噴口面積為14㎡，最大風(fēng)速能達(dá)到300 km/h。
AEROLAB風(fēng)洞主要用于50%模型和全比例模型的空氣動力學(xué)測試。
寶馬50%模型在風(fēng)洞試驗(yàn)中
四、獨(dú)特的收集口/氣流穩(wěn)定器
為精確模擬真實(shí)道路上的氣動力，工程師設(shè)計(jì)了一個獨(dú)特的收集口/氣流穩(wěn)定器以獲得平順的軸向靜壓梯度。
收集口/氣流穩(wěn)定器的性能提升具有三個特點(diǎn)：收集口入口橫截面積與第一擴(kuò)散器喉部面積的比值，收集口和第一擴(kuò)散器入口的間隙，收集口位置的可調(diào)性。收集口位置可通過電機(jī)調(diào)節(jié)。收集口/氣流穩(wěn)定器的外形和可調(diào)性控制收集口周圍的氣流環(huán)流，從而控制測試段背后的壓力。收集口和擴(kuò)散器之間的間隙允許沒有吸收入擴(kuò)散段的體積流量輕易地回流進(jìn)入測試段，因此有助于穩(wěn)定噴口氣流。
Windkanal中收集口的正視圖
下圖顯示了AEROLAB和Windkanal的兩個噴口配置的軸向靜壓梯度的結(jié)果。圖中同樣展示了寶馬風(fēng)洞相對于其他四個汽車風(fēng)洞的軸向壓力梯度結(jié)果?？梢钥闯觯瑢汃R風(fēng)洞新式收集口/氣流穩(wěn)定器設(shè)計(jì)對軸向靜壓梯度的改善具有重要貢獻(xiàn)。
AEROLAB和Windkanal的軸向靜壓梯度分布
五、降低低頻脈動的全新設(shè)計(jì)
為減小低頻脈動壓力，寶馬風(fēng)洞采用了一種全新的設(shè)計(jì)：在噴口上方的駐室墻體上設(shè)置了一些氣流通道。這些通道起到了赫姆霍茲共振器的作用，并可以在需要的時(shí)候調(diào)整，以減小駐室中的任何低頻峰值。由于其強(qiáng)大的可調(diào)衰減特性，赫姆霍茲共振器做為消聲設(shè)備被廣泛使用在管道系統(tǒng)中，并且赫姆霍茲共振器的運(yùn)行不需要能源輸入。
Windkanal噴口周圍的開口和氣流通道起到類似亥姆赫茲共振器的作用
如同奔馳汽車風(fēng)洞，寶馬在風(fēng)洞設(shè)計(jì)建設(shè)過程中也廣泛使用了CFD仿真對風(fēng)洞結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，并提前建造了兩座模型風(fēng)洞驗(yàn)證相關(guān)技術(shù)。
CAERI 視點(diǎn)
寶馬汽車風(fēng)洞代表了目前世界上最頂尖的汽車風(fēng)洞技術(shù)，這也與寶馬汽車在全球汽車界的崇高地位相匹配。放眼國內(nèi)，我國的汽車技術(shù)在最近幾年正發(fā)生巨大的進(jìn)步和變革，同時(shí)也面臨前所未有的挑戰(zhàn)，如何突破技術(shù)瓶頸是每個國內(nèi)汽車企業(yè)所面臨的共同問題。
中國汽研作為國內(nèi)一流的第三方汽車研發(fā)測試服務(wù)平臺，正在建設(shè)兩座國際頂尖的汽車風(fēng)洞，并將于2018年建成投入使用，屆時(shí)將依托中國汽研強(qiáng)大的科研力量，向國內(nèi)外的汽車企業(yè)提供高水平的風(fēng)洞測試、CFD仿真分析和技術(shù)咨詢服務(wù)。

                                         一大波福利再次襲來！
                           ——讓我們看看氣動風(fēng)洞工程師的工作吧
                                       一探寶馬汽車風(fēng)洞究竟
 
                                  作者：重慶中國汽研周龍  
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