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简析汽车风洞修正技术

2018-02-26 11:56:13·  
　
由于汽车风洞为模拟汽车行驶状态的设备，那么相对于汽车实际行驶环境，就会存在一定的差别，相应的风洞试验中获得的试验数据也需要经过一定的修正，以减小这种与实际环境的差异。本期汽车风洞技术系列将为你简析汽车风洞修正的相关内容。汽车风洞是一种高精密的试验设备，他可以模拟汽车在路面行驶时的空气流动，采用高精度
由于汽车风洞为模拟汽车行驶状态的设备，那么相对于汽车实际行驶环境，就会存在一定的差别，相应的风洞试验中获得的试验数据也需要经过一定的修正，以减小这种与实际环境的差异。本期汽车风洞技术系列将为你简析“汽车风洞修正”的相关内容。
 
汽车风洞是一种高精密的试验设备，他可以模拟汽车在路面行驶时的空气流动，采用高精度的天平系统测量汽车所受的气动力，得到汽车的风阻系数。
 
目前最先进的气动力天平可以将阻力系数精确到小数点后4位，可保证在第3位的数据稳定性，如升级改造后的FKFS风洞。这个结果的非常精确了，但是为更实际的表现出阻力系数情况，还需要对天平实际测量得到的数据进行修正。
 
德国FKFS汽车风洞
 
汽车风洞
我们先看一下风洞的结构：
从图上我们可以看出，汽车风洞是一个回流式的管道结构，气流从喷口喷出，吹过放置于测试段天平上的汽车，然后通过收集口再次进入管道内并循环流动。这个模拟出的风环境和汽车在真正的路面上行驶时的气流状态相比，是有所区别。
首先在路面上行驶，空气的流动是不收约束的（空旷，空间无限大），而汽车风洞是有限空间，对气流有所约束。因此，在汽车风洞中，所谓的“阻塞”、“静压梯度”等干扰因素就出现了，这些会影响测量的阻力系数的准确度。
 
为什么要风洞修正？
 
那么有人可能会问，现在风洞技术这么先进，不需要象老式风洞那样必须需要修正。但是援引世界汽车风洞修正技术权威Mercker博士的话来说，汽车风洞始终是有限空间的试验设施，它永远会存在干扰，不管它被调试得如何精密，其测量出来的阻力系数始终和真实值有差别。
 
因此，汽车风洞永远需要修正。虽然风洞越建越精密，可能不需要繁杂的人工修正计算，一般在风洞运行程序已经预设了阻力系数修正的程序。
下面的图可以清晰看出汽车风洞修正的原因。
 
Step 1描述了测试物体（相当于汽车）在非常宽阔的空间（无限大的空间内）行驶时的理想气流状态，这个时候测量的动态压力系数和参考动态压力系数是相同的，换句话说测量的阻力系数和真实的阻力系数是相等的。这个时候不需要修正。
 
Step 2 描述了测试物体（相当于汽车）在有限宽度但无限长度的空间内行驶时的气流状态，这个时候可以看出，由于有限的宽度，会造成在宽度边界的干扰，这会影响阻力系数的测量准确度。
 
同样，在Step 3和Step 4的条件加上了气流的喷口和收集口，这种状态相当于汽车风洞内进行试验的状态，会出现喷口和收集口处的干扰，因此阻力系数测量值会偏离其真实值。
 
影响试验数据的因素
 
首先影响最大的是阻塞和驻室内的静压梯度。其中阻塞又分为实体阻塞、喷口阻塞、收集口阻塞，几种阻塞的示意图如下：
实体阻塞
喷口阻塞
收集口阻塞
水平浮力干扰是指当空气从壁面流过，由于流体的粘性，在风洞的壁面会产生粘性阻力，风洞轴向产生静压梯度。由于轴向静压梯度的存在，试验模型置于风洞中就会受到一个“水平浮力”的作用，从而使得阻力系数测量值偏小或偏大。
水平浮力干扰
另外所受干扰还有射流偏转和射流扩张造成，也可以看作为阻塞的一种。
AAC视点
在汽车风洞中正是由于其与实际环境存在差异，导致出现了一些对试验数据的干扰因素，因此为使风洞试验得到的阻力系数更加真实的反映出车辆的气动性能，就需要对测量值进行修正，以减小这些干扰因素的影响。  
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