有偏航角状态下的汽车连带拖车气动阻力变化

2018-06-12 12:43:05· 来源：AutoAero

在汽车设计开发的过程当中，需要利用带有拖车的风洞和路面试验来对传动系统的热表现进行准确的评估。为了使这项评估足够的准确，我们要尽量使得试验条件和试验工况能够更好地模拟现实中的情况。在现实的驾驶状况中，车辆往往会在一定的侧风环境下行驶，因此，我们有理由去评估一下一定量级的侧风是否能对车辆的行驶试验结果造成可观的影响。为了验证偏航角这一影响因素的存在，我们对一台SUV和一台小型卡车的小比例模型进行了某些工况下的风洞试验。为了得到低阻塞的试验效果，试验在全比例风洞中进行。

由于全比例的风洞与小比例汽车模型及其拖车并不完全匹配，我们需要寻找一些合理的解决方案来来将二者匹配。小比例汽车平台与全比例汽车平台都需要使用，小比例汽车模型的前轮和拖车的后轮分别置于全比例风洞的前、后轮的位置上，小比例汽车模型的后轮安装在中间位置。具体安装方式如图1所示。

图1车轮安装位置

图2车轮安装方式

图2为车轮在风洞天平上的安装方式，车轮安装在锥形的插脚上，使得车轮最低点略微低于平台平面，这也是为了补偿边界层位移厚度。在车轮的后侧，用摩擦材料和绑带来保证车辆的安全。

图3 SUV和拖车

图4 小型货车和拖车

所有的试验模型采用真实细节的底盘构造、经过处理的车轮和开放的格栅，这些细节保证了对于现实情况的准确模拟。为了试验结果的一致性，采用车辆本身的正投影面积作为每个方案的正投影面积数值。导致厚度（δ）为39mm，位移厚度（δ*）距离地面3.6mm。这导致103mm厚度的全尺寸等效边界层和9.5mm的位移厚度。

图5 边界层数值变化

气动力的测量值会取三十秒的测量值的平均值作为最终的准确值。车辆的偏航角会从-21°到+21°的范围以每次3°的量变化。下图显示了风洞中的小型货车模型用于与测试部分的尺寸进行视觉比较。为了与车辆拖车结果进行比较，还对车辆进行了没有拖车的测试。

图6 抽吸装置

前文曾经提到过，在本次试验中，小比例汽车模型会被安装在天平上的靠前位置，也即靠近风洞喷口的位置。因此，风洞天平对于车身上力矩的测量值需要经过一定修正才能变为小比例汽车模型的气动力矩。模型布置位置以及力矩修正等式如下所示。（由于试验设置的限制，无法分别求得比例模型和拖车各自的气动力矩的值，因此将二者看成一个整体再根据试验数据进行量化分析）

图7 车辆布置位置示意

图8展示了四种不同车辆设置工况在-21°到+21°横摆角下变化的阻力系数测量结果。对于所有的测量工况，均采用小比例模型的正投影面积作为计算正投影面积。与我们所想的结果类似，SUV及其拖车有更大的阻力系数。另外，我们可以看到，在偏航角转至21°时，相对于0偏航角有约35%的阻力系数的增幅。从整体上看，相对于0偏航角，风平均阻力系数有8.5%的增幅。小型载重货车的试验结果与SUV的相类似。相对于0偏航角的情况，有偏航角时风平均阻力系数提高了11.5%。