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技术 | 中国汽研汽车空气动力学标准模型

2021-10-28 18:35:03·  来源：中国汽研汽车工程技术中心  作者：黄滔  
　
CAERI Aero Model模型设计及风洞试验中国汽研风洞中心和清华大学徐胜金老师团队联合研发的感知型CAERI Aero Model，不仅可以满足传统汽车风洞试验对标、校准等功
CAERI Aero Model·模型设计及风洞试验

中国汽研风洞中心和清华大学徐胜金老师团队联合研发的感知型CAERI Aero Model，不仅可以满足传统汽车风洞试验对标、校准等功能，而且配备了多种传感器，可实现环境物理量参数实时测量以及模型、测量系统间的信息交互，并且配备了阶背、快背、方背以及皮卡四种尾部造型，创新了汽车空气动力学标准模型的概念。本期将介绍CAERI Aero Model的模型设计及风洞试验信息。

一、模型设计

造型配置

除了包含有乘用车常见的阶背、快背、方背车型。关注到近年来皮卡进城限制正逐渐放宽。主机厂也对皮卡的空气动力学性能越发重视。因此，我们在设计中国汽研标准模型时，增加了皮卡车型配置。


1、造型设计

作为国内首款汽车空气动力学标准模型，我们对方背车型进行了针对性的设计，使其更具有中国市场SUV特征，提升标准模型在国内市场、行业内的普遍适用性。此外，在方背车型配置中，我们还升级了可调节尾翼结构设计。现代汽车尾翼已经不再是方程式赛车、超跑的专属，在许多普通乘用车，尤其是SUV车型，尾翼慢慢成为必备部件之一。标准模型的尾翼通过多个电机控制，可快速完成不同角度、位置、长度的变化，使我们的标准模型具备了进行汽车尾翼空气动力学基础研究的功能。


2、感知型设计

传统的汽车空气动力学研究在稳态或者准稳态下进行，对瞬态数据测试能力要求不高，而非稳态汽车空气动力学存在着强瞬态性，流场和气动力强相关性等特征，现有的汽车标准模型均不能够完成相关测试任务，因此为了顺利开展非稳态汽车空气动力学的研究，我们对中国汽研汽车空气动力学标准模型进行了感知型设计，创新了汽车空气动力学标准模型的概念。为了能够实现感知功能，对标准模型主体骨架进行了优化设计，在标准模型的前中后以及内部均设计有传感器布置区域，能够满足各类环境物理量参数的测量需求，实现模型、测量系统间的信息交流。
结合风洞非稳态发生装置，标准模型可以用于风洞非稳态气流标定，不同风洞数据相关性研究、对标等工作，可为非稳态空气动力学研究奠定重要基础。



3、基本尺寸参数

中国汽研空气动力学标准模型CAERI Aero Model模型基本尺寸参数如下图所示。


二、风洞试验

冷却模块风阻试验

CAERI Aero Model标准模型的冷却模块是由实际的散热器、冷凝器组成。对散热器、冷凝器单体进行了风阻试验，得到压降与通过风速的关系曲线。这将为标准模型内流阻力的仿真提供关键的设置参数。


1、整车风洞试验

作为中国汽研气动-声学风洞非常重要的标定工具之一。我们已经完成了CAERI Aero Model多次的整车风洞气动试验，下图对比了四种车型基础工况的Cd值和Cl值，可以发现尽管四个车型间只有后上部分结构不一样，而各自的阻力、升力性能有着较大的差异。不同车型的开发经验或工程案例很大可能并不完全通用，这也肯定了在开发标准模型中多车型设计的必要性。


除了基本的气动测试常规工况外，也完成了风洞内边界层抽吸系统以及天平的五带移动路面系统对标准模型气动性能影响的相关工况。标准模型本身零部件状态改变的相关工况也完成了测试，包括格栅、后视镜、轮辋等。详细的试验结果请参阅Introduction of a new car model series for aerodynamics research-Tao Huang, Jin sheng Liu, Xian zhong He, Han Bu, Qing yang Wang, Sheng jin Xu, Xi jia Zhu, 2021(sagepub.com). https://journals.sagepub.com/doi/full/10.1177/09544070211053528


2、其他应用试验

应用中国汽研标准模型CAERI Aero Model，我们还进行了其他的一些试验研究。包括和上海交通大学彭迪老师团队合作的快响应压敏涂料PSP流动测量技术在汽车表面压力测量应用研究，这种方法使压力测量从传统的逐点测量表面压力转为全域压力测量。
此外，应用标准模型还进行了非稳态测试系统在风洞内的标定试验以及尾翼基础研究试验。下图展示了试验的部分测试结果。

 
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