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汽車風(fēng)洞中的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)
2018-02-26 12:31:10·
在汽車風(fēng)洞中，動輒300km/h的風(fēng)速是怎么產(chǎn)生的？是什么樣的設(shè)備帶動了整個風(fēng)洞的運行？號稱最昂貴的人造風(fēng)是怎么吹來的？本期汽車風(fēng)洞先進(jìn)設(shè)備系列，我們將為你介紹汽車風(fēng)洞中的幕后英雄風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。風(fēng)洞是根據(jù)運動的相似性原理，將汽車固定在地面上，通過高速氣流流經(jīng)汽車表面，模擬汽車實際路面行駛狀態(tài)下的氣動特性的試驗
在汽車風(fēng)洞中，動輒300km/h的風(fēng)速是怎么產(chǎn)生的？是什么樣的設(shè)備帶動了整個風(fēng)洞的運行？號稱最昂貴的人造風(fēng)是怎么吹來的？本期“汽車風(fēng)洞先進(jìn)設(shè)備”系列，我們將為你介紹汽車風(fēng)洞中的幕后英雄——風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。
風(fēng)洞是根據(jù)運動的相似性原理，將汽車固定在地面上，通過高速氣流流經(jīng)汽車表面，模擬汽車實際路面行駛狀態(tài)下的氣動特性的試驗設(shè)備。
在汽車風(fēng)洞中可模擬從0-300km/h的速度變化，并且其速度控制精度可達(dá)到0.03%，這么高的速度范圍，一方面有風(fēng)洞收縮段的加速作用，但更為重要的是風(fēng)洞中最核心的設(shè)備——風(fēng)機(jī)系統(tǒng)發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
作為整個汽車風(fēng)洞的動力源，風(fēng)機(jī)系統(tǒng)堪稱整個風(fēng)洞的幕后英雄。
一、汽車風(fēng)洞風(fēng)機(jī)原理
風(fēng)洞風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的基本原理與我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫碾婏L(fēng)扇的原理類似，主要由電機(jī)和葉片組成，也叫軸流式風(fēng)機(jī)。
當(dāng)接通電源后，葉片旋轉(zhuǎn)，空氣從風(fēng)扇的背后被葉片產(chǎn)生的負(fù)壓吸引，通過葉片吹向風(fēng)扇的正前方，于是在風(fēng)扇前面形成了“人造風(fēng)”。
通常我們所感受到的風(fēng)的大小就是風(fēng)速的大小，用過電風(fēng)扇我們都知道，檔位不同風(fēng)速也不同，不同的檔位其實就是對應(yīng)的風(fēng)機(jī)的不同功率，風(fēng)機(jī)工作功率越大，那么風(fēng)速也就越高。
但是我們也知道，站在一臺小風(fēng)扇前面，即使電風(fēng)扇風(fēng)速再大，也是能吹到頭就吹不到腳，能吹到腳就吹不到頭，這是風(fēng)機(jī)葉片直徑大小造成的，也就是風(fēng)量的區(qū)別。
風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同時，葉片直徑越大，風(fēng)量就越大，風(fēng)量越大，所需要的風(fēng)機(jī)功率也會越高。
二、汽車風(fēng)洞風(fēng)機(jī)尺寸
那么，風(fēng)洞風(fēng)機(jī)的尺寸到底有多大呢？對于現(xiàn)代汽車空氣動力學(xué)風(fēng)洞風(fēng)機(jī)而言，直徑通常在9m左右！汽車環(huán)境風(fēng)洞風(fēng)機(jī)尺寸稍小，直徑通常在4m左右。
可以想象，即使姚明站在9m的巨型風(fēng)機(jī)下面也還沒有一扇葉片高呢。
風(fēng)機(jī)中心的輪轂通常會占到整個風(fēng)機(jī)直徑的一半左右，巨大的電機(jī)就隱藏在其中。風(fēng)機(jī)的軸向長度不等，通常為5m到7m不等，主要取決于電機(jī)的設(shè)計和尾椎尺寸。
三、汽車風(fēng)洞風(fēng)機(jī)功率
風(fēng)機(jī)的最高功率主要取決于風(fēng)洞設(shè)計的最高風(fēng)速和從靜止到最高速的加速度，現(xiàn)代汽車的最高車速通常都會超過200km/h，百公里加速時間也很容易達(dá)到10秒以內(nèi)，所以電機(jī)額定功率要求也會隨之提高。為了保證風(fēng)洞中的試驗車輛的風(fēng)速模擬要求，風(fēng)機(jī)電機(jī)往往需要具備數(shù)千千瓦的額定功率。
四、汽車風(fēng)洞風(fēng)機(jī)控制精度
風(fēng)洞風(fēng)機(jī)可以實時跟隨車輛模擬行駛的速度，速度跟隨偏差可控制在1秒以內(nèi)，無論你怎么加減速，都能保證吹出的風(fēng)如影隨形，你快它也快，你慢它也慢。風(fēng)機(jī)的風(fēng)速控制精度可達(dá)0.03%。
舉例來說，如果你的車速是100km/h，那么風(fēng)機(jī)處吹來的風(fēng)速大概就是100±0.03km/h，考慮到取整，那么就是100km/h。在實際的工程應(yīng)用中，可以認(rèn)為這兩個速度是完全一樣的，當(dāng)然實際使用中還需要考慮標(biāo)定的問題。這也是風(fēng)洞能準(zhǔn)確模擬汽車在外部道路上行駛環(huán)境的主要原因。
五、汽車風(fēng)洞風(fēng)機(jī)效率
一般家用風(fēng)扇的效率大約為50%，有一半的電能會通過熱能浪費掉。而風(fēng)洞風(fēng)機(jī)的效率最高可達(dá)90%以上，考慮到風(fēng)機(jī)巨大的功率，如此的高效率會節(jié)約大量的電能，這在如今節(jié)能減排的背景下，顯得尤為重要。
風(fēng)洞風(fēng)機(jī)想要達(dá)到如此高的效率需要對風(fēng)機(jī)進(jìn)行大量的特殊設(shè)計，例如，選擇適宜的輪轂比和特別優(yōu)化的葉型，葉片通常需要使用碳纖維材料，葉片與機(jī)殼的間隙不超過風(fēng)機(jī)直徑的千分之一等。通過這一系列的設(shè)計才能滿足風(fēng)機(jī)的高效率要求。
六、世界汽車風(fēng)洞先進(jìn)風(fēng)機(jī)
現(xiàn)在我們大致了解了風(fēng)洞風(fēng)機(jī)的基本情況，下面我們再來看看全球著名汽車制造商及其風(fēng)洞中所使用的風(fēng)機(jī)都有哪些。
1、通用汽車風(fēng)洞風(fēng)機(jī)
建成于1980年的通用汽車ESAL空氣動力學(xué)風(fēng)洞，其風(fēng)機(jī)的葉片采用加西云杉木制成，一片葉片長度就達(dá)12英尺（約3.6米），重約1噸，由4500馬力的變速直流電機(jī)驅(qū)動，測試區(qū)最高速可達(dá)222km/h。
2、奔馳汽車風(fēng)洞風(fēng)機(jī)
梅賽德斯-奔馳汽車于2013年投入使用的最新汽車風(fēng)洞，該空氣動力學(xué)風(fēng)洞風(fēng)機(jī)直徑9m，最大功率5300kw，由18片碳纖維葉片提供高達(dá)265km/h的試驗風(fēng)速。
3、豐田汽車風(fēng)洞風(fēng)機(jī)
日本的豐田汽車在2013年也建成了其最新最先進(jìn)的汽車風(fēng)洞，其風(fēng)機(jī)功率達(dá)到了8000kw，直徑為9m，也采用的碳纖維葉片。
4、中國汽研汽車風(fēng)洞風(fēng)機(jī)
正在建設(shè)中的中國汽研氣動-聲學(xué)風(fēng)洞的風(fēng)機(jī)功率為4000kw左右，直徑9m，最高風(fēng)速超過250km/h，采用18片碳纖維葉片。
配圖為奔馳汽車風(fēng)洞風(fēng)機(jī)
CAERI 視點
風(fēng)機(jī)系統(tǒng)對于汽車風(fēng)洞而言就是其心臟，如果風(fēng)機(jī)罷工了，整個風(fēng)洞都將無法運行。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)甚至決定了一個風(fēng)洞項目的技術(shù)水平高低，它是風(fēng)洞先進(jìn)性的體現(xiàn)。
重慶中國汽研正在新建的兩座汽車風(fēng)洞采用了兩臺世界一流水平的軸流式風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，具備超高的控制精度和效率，可為汽車風(fēng)洞試驗提供最佳的模擬環(huán)境。歡迎大家在2018年風(fēng)洞建成之后來重慶來吹風(fēng)，感受一下“人造颶風(fēng)”的魅力！
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