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汽车环境风洞试验技术之阳光模拟系统

2018-02-26 12:00:51·  
　
在之前的文章中，我们已经给大家介绍过环境风洞中先进的环境模拟技术，例如雨雪模拟，极端温度模拟，阳光模拟，道路模拟等，今天的主角阳光模拟系统就是用于环境风洞中的阳光模拟。有了它，风洞中充满阳光，不再黑暗！本期汽车环境风洞先进试验技术系列，我们将为您介绍阳光模拟系统的相关技术。一、为什么需要阳光模拟？正
在之前的文章中，我们已经给大家介绍过环境风洞中先进的环境模拟技术，例如雨雪模拟，极端温度模拟，阳光模拟，道路模拟等，今天的主角—阳光模拟系统就是用于环境风洞中的阳光模拟。有了它，风洞中充满阳光，不再黑暗！本期“汽车环境风洞先进试验技术”系列，我们将为您介绍阳光模拟系统的相关技术。
 
一、为什么需要阳光模拟？
正如我们之前文章所说的，汽车环境风洞需要对真实的环境条件进行模拟。汽车在道路上行驶时自然会受到太阳光的影响，不同的辐射强度和角度对车辆的影响不一样。
例如，在夏天的下午开车时，坐在阳光照射那边的乘客会明显感觉到强烈的太阳光，而坐在另一边的乘客则感受不明显，于是，在进行汽车空调性能开发中，工程师需要通过测试阳光辐射导致的车辆内部温度的不同变化来开发适宜的空调。
汽车在隧道、乌云天气下都会对车辆造成不同影响，工程师希望能尽可能真实的模拟这些条件，找到应对措施，保证汽车中的安全舒适的环境。 
阳光模拟系统就是安装在风洞测试段上方的用于模拟太阳光的设备，不同的照射强度，辐射角度等可以自由设置，实现在室内随时精准模拟室外的阳光条件。这对于汽车开发工程师而言具有极大的便利性。
二、阳光模拟系统有哪些分类？
按移动形式，阳光模拟系统通常有顶置式和穹顶式，也有风洞采用固定式阳光模拟系统，例如奥迪环境风洞。
顶置式阳光模拟系统是安装在测试段上方的，其前后左右的灯组均可移动并向下倾斜45°左右，有的还可以在高度上进行调节。
通用环境风洞固定式阳光模拟系统
穹顶式阳光模拟系统是通过类似桥洞一样的支架固定在测试段上，可以在支架轨道上随意移动，模拟从日升到日落的整个过程，相比于其他形式，具有更好的模拟效果，但此形式的移动机械结构较为复杂，且会占用较多的风洞测试段空间。
奔驰环境风洞穹顶式阳光模拟系统
另外，欧美环境风洞与日本环境风洞所采用的阳光模拟系统也有差异，欧美通常采用类似盒子的灯组，而日本采用的是半球形灯组，且灯组密度相比而言大很多，两种形式的阳光模拟系统均能完全满足环境风洞中模拟阳光的要求，但由于技术理念的差异，导致不同的结构形式。
三、阳光模拟系统的结构原理是什么？
阳光模拟系统主要由灯箱组、机械支架、EPS电源和控制器等组成。光源采用的是金卤灯，原因是目前金卤灯是最好的能用于模拟太阳光的光源，金卤灯的原理是在汞和稀有金属的卤化物混合蒸气中产生电弧放电发光，其发出的是全光谱光，与自然光的光谱成分接近。
灯箱组和机械支架
通常单个灯箱由单独一个电源控制，叫做“一拖一”，也有一个电源控制两个灯箱的，也叫“一拖二”，目的是保证每个灯箱都能根据系统的控制单独工作，以保证其共同发出的光线在灯组下方的参考面上的形成具有所要求的辐射质量。根据测试需要，选择安装适宜的灯组数量，比如，如果辐射区域为3X6米，那么选择的灯组一般为4X7（28个）。
灯管的功率通常为4kW，在目标照射区域的辐射强度可从600W/m2到1200 W/m2，辐射均匀性在10%以内，最高的辐射强度可以模拟全球最极端的阳光条件，比如在重庆炎热的夏天，阳光辐射强度一般也不超过800 W/m2。
光源的寿命一般只有1000小时左右，达到该寿命时，光源还是能够继续发光，但此时发出的光线已经不是符合试验要求的全光谱光线，而是残缺的非全光谱光线，如果继续使用该光源，会影响阳光模拟的质量精度，进而对试验结果产生不良影响，因此，需要在定期更换金卤灯，保证试验的准确性。
图中灯箱旁的遮光板用于隧道模拟
四、阳光模拟系统的标定方法
系统在首次使用之前，需要进行标定。在灯箱下方一定位置平面上安装标定设备，该标定设备能读出当前位置的辐射强度值，通过记录测量平面上不同位置处的辐射强度，判断需要调节哪些位置的光源，然后对相应位置的光源控制器进行调节，最终达到所需的辐射精度和均匀度。
阳光模拟系统标定示意图
CAERI 视点
全光谱阳光模拟技术是环境风洞先进模拟技术的重要组成部分，不论哪个环境风洞，都需要配备一套阳光模拟系统，这样才能实现对无处不在的太阳光的准确模拟。
目前，国内已经建成的环境风洞中已经配备了多套阳光模拟系统，您有机会可以实地感受一下人造太阳光。当然，我们热忱欢迎您2018年到重庆即将建成的中国汽研汽车环境风洞来感受一下我们的人造太阳。
                                    作者：重庆中汽研周龙  
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