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汽車環(huán)境風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)之陽光模擬系統(tǒng)

2018-02-26 12:00:51·  
　
在之前的文章中，我們已經(jīng)給大家介紹過環(huán)境風(fēng)洞中先進(jìn)的環(huán)境模擬技術(shù)，例如雨雪模擬，極端溫度模擬，陽光模擬，道路模擬等，今天的主角陽光模擬系統(tǒng)就是用于環(huán)境風(fēng)洞中的陽光模擬。有了它，風(fēng)洞中充滿陽光，不再黑暗！本期汽車環(huán)境風(fēng)洞先進(jìn)試驗(yàn)技術(shù)系列，我們將為您介紹陽光模擬系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)。一、為什么需要陽光模擬？正
在之前的文章中，我們已經(jīng)給大家介紹過環(huán)境風(fēng)洞中先進(jìn)的環(huán)境模擬技術(shù)，例如雨雪模擬，極端溫度模擬，陽光模擬，道路模擬等，今天的主角—陽光模擬系統(tǒng)就是用于環(huán)境風(fēng)洞中的陽光模擬。有了它，風(fēng)洞中充滿陽光，不再黑暗！本期“汽車環(huán)境風(fēng)洞先進(jìn)試驗(yàn)技術(shù)”系列，我們將為您介紹陽光模擬系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)。
 
一、為什么需要陽光模擬？
正如我們之前文章所說的，汽車環(huán)境風(fēng)洞需要對真實(shí)的環(huán)境條件進(jìn)行模擬。汽車在道路上行駛時自然會受到太陽光的影響，不同的輻射強(qiáng)度和角度對車輛的影響不一樣。
例如，在夏天的下午開車時，坐在陽光照射那邊的乘客會明顯感覺到強(qiáng)烈的太陽光，而坐在另一邊的乘客則感受不明顯，于是，在進(jìn)行汽車空調(diào)性能開發(fā)中，工程師需要通過測試陽光輻射導(dǎo)致的車輛內(nèi)部溫度的不同變化來開發(fā)適宜的空調(diào)。
汽車在隧道、烏云天氣下都會對車輛造成不同影響，工程師希望能盡可能真實(shí)的模擬這些條件，找到應(yīng)對措施，保證汽車中的安全舒適的環(huán)境。 
陽光模擬系統(tǒng)就是安裝在風(fēng)洞測試段上方的用于模擬太陽光的設(shè)備，不同的照射強(qiáng)度，輻射角度等可以自由設(shè)置，實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)隨時精準(zhǔn)模擬室外的陽光條件。這對于汽車開發(fā)工程師而言具有極大的便利性。
二、陽光模擬系統(tǒng)有哪些分類？
按移動形式，陽光模擬系統(tǒng)通常有頂置式和穹頂式，也有風(fēng)洞采用固定式陽光模擬系統(tǒng)，例如奧迪環(huán)境風(fēng)洞。
頂置式陽光模擬系統(tǒng)是安裝在測試段上方的，其前后左右的燈組均可移動并向下傾斜45°左右，有的還可以在高度上進(jìn)行調(diào)節(jié)。
通用環(huán)境風(fēng)洞固定式陽光模擬系統(tǒng)
穹頂式陽光模擬系統(tǒng)是通過類似橋洞一樣的支架固定在測試段上，可以在支架軌道上隨意移動，模擬從日升到日落的整個過程，相比于其他形式，具有更好的模擬效果，但此形式的移動機(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且會占用較多的風(fēng)洞測試段空間。
奔馳環(huán)境風(fēng)洞穹頂式陽光模擬系統(tǒng)
另外，歐美環(huán)境風(fēng)洞與日本環(huán)境風(fēng)洞所采用的陽光模擬系統(tǒng)也有差異，歐美通常采用類似盒子的燈組，而日本采用的是半球形燈組，且燈組密度相比而言大很多，兩種形式的陽光模擬系統(tǒng)均能完全滿足環(huán)境風(fēng)洞中模擬陽光的要求，但由于技術(shù)理念的差異，導(dǎo)致不同的結(jié)構(gòu)形式。
三、陽光模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理是什么？
陽光模擬系統(tǒng)主要由燈箱組、機(jī)械支架、EPS電源和控制器等組成。光源采用的是金鹵燈，原因是目前金鹵燈是最好的能用于模擬太陽光的光源，金鹵燈的原理是在汞和稀有金屬的鹵化物混合蒸氣中產(chǎn)生電弧放電發(fā)光，其發(fā)出的是全光譜光，與自然光的光譜成分接近。
燈箱組和機(jī)械支架
通常單個燈箱由單獨(dú)一個電源控制，叫做“一拖一”，也有一個電源控制兩個燈箱的，也叫“一拖二”，目的是保證每個燈箱都能根據(jù)系統(tǒng)的控制單獨(dú)工作，以保證其共同發(fā)出的光線在燈組下方的參考面上的形成具有所要求的輻射質(zhì)量。根據(jù)測試需要，選擇安裝適宜的燈組數(shù)量，比如，如果輻射區(qū)域?yàn)?X6米，那么選擇的燈組一般為4X7（28個）。
燈管的功率通常為4kW，在目標(biāo)照射區(qū)域的輻射強(qiáng)度可從600W/m2到1200 W/m2，輻射均勻性在10%以內(nèi)，最高的輻射強(qiáng)度可以模擬全球最極端的陽光條件，比如在重慶炎熱的夏天，陽光輻射強(qiáng)度一般也不超過800 W/m2。
光源的壽命一般只有1000小時左右，達(dá)到該壽命時，光源還是能夠繼續(xù)發(fā)光，但此時發(fā)出的光線已經(jīng)不是符合試驗(yàn)要求的全光譜光線，而是殘缺的非全光譜光線，如果繼續(xù)使用該光源，會影響陽光模擬的質(zhì)量精度，進(jìn)而對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生不良影響，因此，需要在定期更換金鹵燈，保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。
圖中燈箱旁的遮光板用于隧道模擬
四、陽光模擬系統(tǒng)的標(biāo)定方法
系統(tǒng)在首次使用之前，需要進(jìn)行標(biāo)定。在燈箱下方一定位置平面上安裝標(biāo)定設(shè)備，該標(biāo)定設(shè)備能讀出當(dāng)前位置的輻射強(qiáng)度值，通過記錄測量平面上不同位置處的輻射強(qiáng)度，判斷需要調(diào)節(jié)哪些位置的光源，然后對相應(yīng)位置的光源控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終達(dá)到所需的輻射精度和均勻度。
陽光模擬系統(tǒng)標(biāo)定示意圖
CAERI 視點(diǎn)
全光譜陽光模擬技術(shù)是環(huán)境風(fēng)洞先進(jìn)模擬技術(shù)的重要組成部分，不論哪個環(huán)境風(fēng)洞，都需要配備一套陽光模擬系統(tǒng)，這樣才能實(shí)現(xiàn)對無處不在的太陽光的準(zhǔn)確模擬。
目前，國內(nèi)已經(jīng)建成的環(huán)境風(fēng)洞中已經(jīng)配備了多套陽光模擬系統(tǒng)，您有機(jī)會可以實(shí)地感受一下人造太陽光。當(dāng)然，我們熱忱歡迎您2018年到重慶即將建成的中國汽研汽車環(huán)境風(fēng)洞來感受一下我們的人造太陽。
                                    作者：重慶中汽研周龍  
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