汽車風(fēng)洞試驗PPT課件

1、81 汽車風(fēng)洞試驗的重要性和重要試驗內(nèi)容汽車風(fēng)洞試驗的重要性和重要試驗內(nèi)容 一、重要性和發(fā)展簡況 1、重要性： A、實車道路試驗 可使產(chǎn)品在實際應(yīng)用條件下得到考核對應(yīng)了解汽車性能必不可少，但試驗存在許多問題： a、道路條件：需要專用的汽車試驗場地路面條件不同，輪胎的滾動阻力不同。 b、風(fēng)速風(fēng)向：當(dāng)不同時對的影響也不同。 c、儀器的精度受影響（裝載振動）。 d、油耗試驗還受天氣條件的影響。 第1頁/共57頁 B、風(fēng)洞試驗 a、在汽車設(shè)計階段還沒有汽車，必須依靠汽車的模型試驗，了解設(shè)計效果。 b、計算空氣動力學(xué)還只局限于形狀規(guī)則的轎車，對于貨車和客車還難以用計算的方法了解汽車的氣動性能，必須依靠風(fēng)

2、洞試驗。 風(fēng)洞試驗揭示新的氣動現(xiàn)象，推動汽車空氣動力學(xué)的發(fā)展。第2頁/共57頁2、 發(fā)展簡況發(fā)展簡況 A、國外 一九六十年代之前，汽車風(fēng)洞試驗均是在航空風(fēng)洞中進(jìn)行的，七十年代之后，世界各大汽車公司都相繼建立了自己的汽車專用風(fēng)洞，這些風(fēng)洞不僅可以測量氣動力，而且還可以模擬各種自然環(huán)境，可以調(diào)節(jié)溫度濕度等參量，可最大限度地滿足汽車性能試驗方面的試驗要求。 國內(nèi) 在我國汽車空氣動力性能的研究起步較晚，至 今尚無一座汽車專用風(fēng)洞，試驗多在航空風(fēng)洞中進(jìn)行。 第3頁/共57頁 a、中國空氣動力研究與發(fā)展中心從80年開始即致力于汽車實車試驗，至今其試驗技術(shù)在各個方面都取得了大的進(jìn)展。氣動力測量、流場顯示、測

3、壓、渦流積分阻力等。 b、南航、北京空氣動力學(xué)研究所，西安公路學(xué)院、江蘇理工大學(xué)、山東大學(xué)等單位均進(jìn)行過模型試驗。 以上研究均取得了好的效果，目前在國內(nèi)汽車空氣動力學(xué)的研究不僅受到空氣動力學(xué)界的重視，汽車廠家也愈來愈重視，一些有識之士呼吁汽車廠家必須建立自己的汽車風(fēng)洞。 第4頁/共57頁二、汽車風(fēng)洞試驗的主要內(nèi)容二、汽車風(fēng)洞試驗的主要內(nèi)容 1、氣動力與穩(wěn)定性，通過試驗可以測量六個分量 X Y Z MX MY MZ為改善汽車穩(wěn)定性降低阻力提供數(shù)據(jù)。 2、流譜 A、了解汽車表面氣流的流動特性，對氣動力的分析起輔助作用。 B、為汽車其他部分的設(shè)計提供參考，如發(fā)動機(jī)、進(jìn)排氣、冷卻、通風(fēng)等。 3、環(huán)境模

4、擬 模擬項目 日照條件 氣候 400600C 結(jié)冰、噴濺、揚(yáng)塵。 第5頁/共57頁 4、內(nèi)流空氣動力學(xué)的試驗究 進(jìn)排氣口的開設(shè)部位 項目 駕駛室的散熱通風(fēng)空調(diào) 需 模 擬 日 照 、 溫度、濕度。 發(fā)動機(jī)和剎車裝置的冷卻，要模擬發(fā)動機(jī)進(jìn)氣格柵處和發(fā)動機(jī)艙內(nèi)的流動。 5、刮雨器的風(fēng)洞試驗究 在風(fēng)洞中試驗可以對刮雨器的桿臂支撐力、浮起情況、刮靜變化、殘余水量進(jìn)行試驗。方法如圖82。 6、氣動噪聲試驗 通過試驗可以弄清噪聲發(fā)生的部位，噪聲特性，通過試驗了解汽車表面旋渦的發(fā)生情況，采用流線型外殼的測量儀器，如圖83所示。第6頁/共57頁第7頁/共57頁第8頁/共57頁第9頁/共57頁 7、其他 （1）

5、熱負(fù)荷試驗 檢驗受熱源作用受 損情況 （2）氣密性試驗 進(jìn)排氣口的泄漏情 況 （3）客艙內(nèi)的污染 （4）風(fēng)檔玻璃的受力變形 （5）風(fēng)顫試驗 （6）顫抖試驗 渦流誘發(fā)的振動。 第10頁/共57頁82 風(fēng)洞構(gòu)造及其分類風(fēng)洞構(gòu)造及其分類 一、風(fēng)洞的構(gòu)造形式 （一）開路式風(fēng)洞直流式風(fēng)洞如圖84 1、定義 直接從大氣中吸入空氣，經(jīng)過試驗段后又排入大氣。 2、優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn) 構(gòu)造簡單 成本低占地少、不需抽吸發(fā)動機(jī)的廢氣裝置。 缺點(diǎn) 流場的品質(zhì)相對較差、噪聲大、能量消耗大、易受天氣的影響，易混入塵土和其他污染物，如昆蟲、飛鳥等、運(yùn)行成本高。 第11頁/共57頁第12頁/共57頁 （二）回路式風(fēng)洞（回流式風(fēng)洞

6、） 1、定義 氣流在洞體形成的封閉回路中運(yùn)行，如圖85所示。 2、優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：噪聲小、能耗小、不受外界的影響、流場品質(zhì)好、運(yùn)行成本低。 缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高、占地面積大、運(yùn)行時間長時有溫升。 第13頁/共57頁第14頁/共57頁第15頁/共57頁二、風(fēng)洞洞體的組成部分二、風(fēng)洞洞體的組成部分 （一）試驗段 1、放置實車或者模型的部位。 2、考核指標(biāo) 尺寸大?。汉饬匡L(fēng)洞大小的指標(biāo) 流場：方向、均勻性截面不同點(diǎn)上速度大小偏差、穩(wěn)定性不同時刻的速度偏差 紊流度、軸向靜壓梯度。 3、堵塞比模型或?qū)嵻嚨挠L(fēng)面積/試驗段截面積 飛行器試驗要求不大于5，汽車試驗可適當(dāng)放寬。 第16頁/共57頁 3、試

7、驗段分類如圖86所示 開口試驗段：試驗段全部或部分向外界開放 優(yōu)點(diǎn)：氣流可以自由向周圍擴(kuò)散，堵塞效應(yīng)小，軸向靜壓梯度小，模型或?qū)嵻嚢惭b方便。 缺點(diǎn)：有能量損失，噪音大，試驗段可利用長度小。 閉口試驗段：試驗段全部封閉 優(yōu)點(diǎn)：能量損失小、噪音小、試驗段可利用長度大。 缺點(diǎn)：對堵塞敏感、易造成洞體上和試驗件上附面層分離，特別是有橫擺角時、軸向靜壓梯度大。 第17頁/共57頁第18頁/共57頁 流線型試驗段風(fēng)洞 模型附近按模型的外部形狀設(shè)計成流線型，使流通截面積增大，避免發(fā)生分離的可能性。 優(yōu)點(diǎn)：同閉口又避免了堵塞敏感的問題，堵塞比可達(dá)20% 缺點(diǎn)：設(shè)計制造有一定的難度，必須配合模型進(jìn)行，應(yīng)用受局限

8、。 開槽試驗段 在試驗段側(cè)壁上開設(shè)一定數(shù)量的條形槽 優(yōu)點(diǎn)：具有開閉口的大多數(shù)優(yōu)點(diǎn)，堵塞比和洞體干擾小。 缺點(diǎn)：必須根據(jù)模型的大小選擇開閉比的大小，設(shè)計制造難度大。 第19頁/共57頁 （二）擴(kuò)散段 沿流動方向截面積擴(kuò)大 功能：降低氣流速度，將動能轉(zhuǎn)化為壓力能，降低能量損失。 注意：擴(kuò)張角不宜太大，過大可能產(chǎn)生分離，但過小又降低其作用。 （三）動力段：由電動機(jī)帶動風(fēng)扇構(gòu)成，前后有整流罩。 功能：產(chǎn)生一定的風(fēng)速，風(fēng)速調(diào)整改變轉(zhuǎn)速、改變漿葉角。 （四）收縮段 功能：使氣流加速，使其達(dá)到試驗段所要求的風(fēng)速 要求：不出現(xiàn)分離，出口氣流平直、均勻、穩(wěn)定。收縮比有一定的要求，收縮比進(jìn)口面積/出口面積第20頁

9、/共57頁（五）其他裝置（五）其他裝置 a、回流段 形成回路 b、導(dǎo)流片 平順轉(zhuǎn)彎 b、穩(wěn)定段 穩(wěn)定進(jìn)入收縮段的氣流 C、蜂窩器 阻尼網(wǎng)減小脈動，使之趨于平直、減小紊流度。 第21頁/共57頁三、汽車風(fēng)洞的分類三、汽車風(fēng)洞的分類 （一）大型1:1風(fēng)洞 特點(diǎn)：試驗段截面積36m以上 用途：實車或者1:1模型試驗，校核小型風(fēng)洞的試驗結(jié)果。 優(yōu)點(diǎn)：1、很好的考核外形對氣動力的影響 2、 3、堵塞比小，不必進(jìn)行修正。 缺點(diǎn)：試驗運(yùn)行成本高，建設(shè)費(fèi)用高。 （二）小型1:1風(fēng)洞 特點(diǎn)：10 m左右 用途：1:1模型或者縮比模型 優(yōu)點(diǎn)：試驗條件設(shè)定較好的情況下，可以得到與大型風(fēng)洞同樣精度的結(jié)果，運(yùn)行成本低。

10、 缺點(diǎn)：洞壁干擾必須進(jìn)行修正，必須考慮雷諾數(shù)的問題。 eeRR 第22頁/共57頁 （三）模型風(fēng)洞 特點(diǎn)：1幾個m2 用途：模型試驗 缺點(diǎn)：結(jié)果必須進(jìn)行修正 優(yōu)點(diǎn)：在汽車設(shè)計階段必不可少，使用方便、費(fèi)用低。 （四）氣候風(fēng)洞 特點(diǎn)：1012 m 溫度可調(diào) 用途：汽車的散熱通風(fēng)試驗，動力學(xué)試驗等 缺點(diǎn)：修正和校正 （五）氣候空調(diào)室 特點(diǎn)：5 m左右，可以調(diào)節(jié)溫度和濕度 用途：汽車空調(diào)方面的試驗。 需要進(jìn)行修正。 第23頁/共57頁83 氣動力天平和試驗地板氣動力天平和試驗地板 一、氣動力天平分類 1、按天平的作用原理分 機(jī)械天平：利用杠桿理論進(jìn)行設(shè)計。 優(yōu)點(diǎn)：精度高、抗外界干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定。

11、缺點(diǎn)：尺寸大、安裝不方便、特別是小型風(fēng)洞受 試驗段尺寸的限制。 應(yīng)變式天平：用電阻應(yīng)變片貼在受力元件上感受力，并將其轉(zhuǎn)變成電訊號輸出，從而完成測量。 優(yōu)點(diǎn)：安裝測量方便，尺寸小 缺點(diǎn)：抗干擾能力差。 第24頁/共57頁 2、按安裝方式分 內(nèi)式天平 受力元件安裝在模型的內(nèi)部的稱為內(nèi)式天平，用于測量模型某一部分的受力情況。 外式天平 安裝于汽車或模型的外部，用于測量汽車整體或部分的氣動力的天平。 3、按天平的構(gòu)造形式分 合式天平 外形象一箱體故稱為合式天平，多用于實車或大型模型的測量。 桿式天平 構(gòu)造象一根桿子，故稱為桿式天平，用于測量小尺寸模型或活動地板上的模型氣動力。 4、幾種天平的安裝方式如

12、圖87所示。第25頁/共57頁第26頁/共57頁二、轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)二、轉(zhuǎn)盤系統(tǒng) 用于測量汽車在橫擺狀態(tài)下的氣動特性，汽車或模型放置于轉(zhuǎn)盤之上，轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生角。 構(gòu)造如圖88所示，裝有1/4轉(zhuǎn)盤和偏心輪，用于調(diào)節(jié)輪距和軸距。 第27頁/共57頁二、地面效應(yīng)的模擬二、地面效應(yīng)的模擬 為什么要裝地板 裝地板后出現(xiàn)的問題邊界層 1、活動地板 如圖89所示 優(yōu)點(diǎn)：利用皮帶速度和氣流相對速度為零的方法，消除邊界層?？勺畲笙薅鹊臏p小邊界層的影響。 缺點(diǎn)：技術(shù)復(fù)雜、體積大、造價高、皮帶產(chǎn)生振動等，應(yīng)用較少。 第28頁/共57頁第29頁/共57頁 2、固定地板 常采用以下措施消除邊界層的影響 （1）間隙法 原理：地板附

13、面層的存在，改變了汽車底部的流量，產(chǎn)生一定程度的壅塞，對汽車底部的壓強(qiáng)分布產(chǎn)生影響，若額外增加一間隙，減輕或消除附面層的影響，可產(chǎn)生好的效果。 間隙的大小：當(dāng) 不必設(shè)置間隙，間隙的大小一般為流體單獨(dú)繞流平板時的附面層的排擠厚度，（ 邊界層的排擠厚度；h汽車底部離地間隙。） 當(dāng)時 當(dāng)時 %5 . 8*5137. 0exxR101067Re8/*871010eR9/*第30頁/共57頁第31頁/共57頁 （2）吸氣地板和吹氣地板 吹氣地板：原理增大邊界層內(nèi)部的氣流速度，以減小或消除邊界層的影響，但需要高壓儲氣室，龐大、復(fù)雜。荷蘭的DNW風(fēng)洞就是采用的該方法。 吸氣地板：在試驗區(qū)前開孔或條形槽，用抽

14、氣泵抽其抽氣，以減薄附面層，這種地板較吹氣地板技術(shù)要求低，易實現(xiàn)，不需大的高壓儲氣室。北京空氣動力學(xué)研究所33風(fēng)洞就是采用的這一方法。 第32頁/共57頁 （3）V字形繞流板 構(gòu)造：V字形夾角700的板，尖角朝向來流方向，靠繞流板后的旋渦加大附面層內(nèi)的流速，使附面層減薄。 缺點(diǎn)：兩側(cè)產(chǎn)生較大的螺旋流對測量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響；繞流板對于氣流的阻礙在一定程度上改變著汽車底部的流場。 第33頁/共57頁 （4）改善地板的前緣設(shè)計 如圖814所示 在銳邊的前緣處設(shè)計一小型機(jī)翼，依靠翼形和前緣形成的間隙，形成對氣流的抽吸作用，使附面層減薄。日本巖本羲明就是采用的這一方法，使邊界層厚度下降70%（中部）。

15、 （5）地板尺寸 前部不小于模型或?qū)嵻嚨膶挾龋缓蟛?6倍的寬度；寬度不小于汽車或模型的2倍的寬度。 第34頁/共57頁3、鏡象法、鏡象法 用兩個完全相同的模型對稱放置，不僅模型上表面的流場對稱，模型底部也形成一對稱流場，有一自由流線，相當(dāng)于地板，不產(chǎn)生邊界層。這種方法不需要地板，但僅適用于模型試驗。 第35頁/共57頁84 壓強(qiáng)測量和流場顯示壓強(qiáng)測量和流場顯示 意義：對于氣動力結(jié)果進(jìn)行輔助分析，確定進(jìn)排氣孔部位的確定等。 一、壓強(qiáng)測量 模型表面的壓強(qiáng)測量，需開設(shè)靜壓孔，在內(nèi)部埋設(shè)靜壓管。通過多管壓力計或傳感器進(jìn)行測量。 實車表面的壓強(qiáng)測量，用模片式壓力傳感器，貼在汽車的表面上，進(jìn)行遙控測量。

16、第36頁/共57頁第37頁/共57頁二、流場顯示二、流場顯示 1、表面流態(tài)顯示 a、絲線法：用絲線粘貼于車身表面，另一端隨氣流自由擺動，通過照相等方法記錄，簡便易行。另外還有熒光微絲法等。如圖8-17所示。 第38頁/共57頁 b、油流法 在汽車或者模型表面涂以有顏料的油劑，吹風(fēng)后觀察顏料的條紋沉積，可以據(jù)此判斷表面對流動情況，分離線和再附著線。 c、升華法 原理：根據(jù)層流和紊流附面層升華速度不同，來判別附面層的流態(tài)，附面層轉(zhuǎn)捩點(diǎn)的位置。 第39頁/共57頁 2、流線顯示 煙流顯示：利用煙霧發(fā)生器發(fā)出的煙流觀察，發(fā)生器如圖819所示。（圖820圖821） 核氣泡法：圖822 第40頁/共57頁

17、第41頁/共57頁第42頁/共57頁第43頁/共57頁第44頁/共57頁 三、平面流態(tài)顯示 觀察流場的剖面，常用于觀察尾流 1、煙屏法 用片光源觀察流場的剖面，照相記錄。 2、網(wǎng)格絲線法 如圖823。 3、用七孔探針測量。 第45頁/共57頁85 汽車風(fēng)洞試驗的幾個技術(shù)問題汽車風(fēng)洞試驗的幾個技術(shù)問題 一、雷諾數(shù) 1、試驗應(yīng)使實物上的雷諾數(shù)和模型上的雷諾數(shù)相等。 2、自動模化區(qū) 當(dāng)達(dá)到某一數(shù)值時，阻力系數(shù)不再隨雷諾數(shù)變化，這一區(qū)域稱為自動模化區(qū)。汽車試驗只需進(jìn)入自動?；瘏^(qū)即可。如圖825所示。 3、增大雷諾數(shù)受到限制，風(fēng)速增大 風(fēng)洞風(fēng)速受到限制 L增大 實驗段尺度受到限制。 4、增大紊流度使附面

18、層提前轉(zhuǎn)捩，使低雷諾數(shù)的流場和低紊流度、高雷諾數(shù)下流場相似。 第46頁/共57頁第47頁/共57頁二、模型尺寸和試驗段尺寸二、模型尺寸和試驗段尺寸 1、堵塞比 閉口 速度增大， 阻力系數(shù)增大 A、影響 開口 速度減小 阻力系數(shù)減小 對堵塞比的要求說法不一： 美國： 日本：巖本羲明 3.8%12.5% 氣動阻力系數(shù)僅增大3%。 北京大學(xué)：長方體試驗2%15% 氣動阻力系數(shù)幾乎不變。10030寬寬高高第48頁/共57頁 B、修正： （1）面積比修正法（閉口風(fēng)洞）如圖826 式中：A模型或?qū)嵻嚨挠L(fēng)面積 C風(fēng)洞試驗段橫截面積。 式中 1 未修正的公式 修正后 修正后 V CV CA()VVAC1121211122222VVACnV()nAC112()CXV AX122CXV AXnV ACnXX121222CxCx 第49頁/共57頁 （2）馬斯開爾修正公式 （修正尾渦的影響） CAmCBn1111nCCXX第50頁/共57頁 (3)BettesKelly修正公式 式中： B1、H1 模型或?qū)嵻嚨膶?、高?B0、H0風(fēng)洞試驗段的寬、高。 2、模型長度和試驗段長度 飛行器：要求模型或者實物的長度要小于 實驗段長度的50%