汽車開發(fā)中風洞測試概述課件

汽車開發(fā)中風洞測試概述CAERI汽車風洞中心目錄摘要|簡介汽車開發(fā)中如何使用風洞空氣動力學(xué)風洞測試氣動聲學(xué)風洞測試環(huán)境風洞測試綜合測試總結(jié)摘要|簡介本文主要研究在汽車開發(fā)流程中風洞或環(huán)境室內(nèi)設(shè)備的發(fā)展。描述了在風洞環(huán)境模擬中進行測試的優(yōu)點。下一節(jié)將討論可在環(huán)境設(shè)施進行的特定測試，定義基礎(chǔ)設(shè)施特性和標準參數(shù)。最后，討論了汽車研發(fā)機構(gòu)在計劃并開發(fā)一個滿足車輛開發(fā)周期的氣動/環(huán)境試驗應(yīng)該考慮的關(guān)鍵問題。乘用車工業(yè)發(fā)展已經(jīng)國際化。明顯的標志是豐田取代通用成為全球第一的汽車制造商。豐田通過針對不同市場快速的提供產(chǎn)品來實現(xiàn)的。這些乘用車或輕卡從最初的概念到產(chǎn)品需要花費數(shù)十億美元。一直以來，汽車原制造商（OEM），公認的最好減少項目開發(fā)總成本方法之一是減少產(chǎn)品從概念到上市的時間。制造商的當前的目標是在14-24個月，盡管這個目標只有在極少的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)。汽車制造商在產(chǎn)品的開發(fā)過程，縮短開發(fā)周期，節(jié)省成本一種有效的工具是氣動/環(huán)境測試實驗室。摘要|簡介北美洲的汽車制造商，室外氣候條件下的測試歷來在美國北部或加拿大寒冷的天氣以及西南部沙漠中炎熱的天氣和海拔條件下進行。2年或更短的開發(fā)周期的一個明顯的問題是，實際氣候的“在路上”測試是明顯不夠的，因為只有一個或兩個冬天或夏天的機會。實際上，設(shè)計團隊的原型的通用性在增加（為了降低開發(fā)成本），所以整車開發(fā)壓力在增加，但是由于部件和系統(tǒng)能夠完全在實驗室完成測試所以其開發(fā)壓力在減小。雖然在行業(yè)中的許多企業(yè)認識到了車輛測試實驗室的價值，但也有一些負責車輛開發(fā)的人對這些試驗設(shè)施的細節(jié)了解不夠全面。本文將闡明測試設(shè)施的優(yōu)勢。定義特殊設(shè)施的設(shè)計特點。最后將會探究一個能使這些工具達到最優(yōu)的一個組合計劃，這個計劃產(chǎn)生一個復(fù)雜的現(xiàn)代化測試，用以支持整車開發(fā)周期。目錄摘要|簡介汽車開發(fā)中如何使用風洞空氣動力學(xué)風洞測試氣動聲學(xué)風洞測試環(huán)境風洞測試綜合測試總結(jié)汽車開發(fā)中如何使用風洞風洞最初的設(shè)計是為了滿足航空航天工業(yè)空氣動力學(xué)發(fā)展。然而，早在1940年代，這些設(shè)施被用于測試的全尺寸或模型汽車的氣動性能，這顯然是有局限的。直到1970年代和1980年代，開始設(shè)計和建造專門用于汽車測試的全尺寸氣動風洞。那時起，新建了多個可以用于測試空氣動力學(xué)、發(fā)動機冷卻、內(nèi)部氣候、海拔高度、聲學(xué)、排放和動力總成的風洞。近期，隨著設(shè)備的增加和升級也增加或提高了許多的測試能力。Hucho〔1〕提供了以對汽車風洞的詳細回顧，包括由于這些不同的設(shè)備導(dǎo)致的局限性，以及一些為解決這些局限性而設(shè)計的技術(shù)手段。這些測試設(shè)備進行的基本測試類型有：ATOB推斷性測試

Corollary調(diào)查

Regulatory汽車開發(fā)中如何使用風洞在ATOB測試中，可以確定一個部件或子系統(tǒng)的改變導(dǎo)致車輛屬性的變化。例如，只對前格柵進行了修改進行大量的測試。重復(fù)的測試格柵的變動以確定其對車輛阻力的影響。例子中的阻力數(shù)據(jù)的相對大小是測試中最重要的。而每次測量的絕對值，通常是不太重要的。Corollary測試用于確定車輛性能屬性，是一個特別的排序，通常是通過多年的時間和錯誤經(jīng)驗積累起來的。相關(guān)性數(shù)據(jù)是一個表征與其它車輛相同參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)庫相關(guān)性的指定參數(shù)的大小。測試的目的不是復(fù)制車輛在路上所處的條件或者駕駛周期，而是結(jié)果要典型的反映出在路上的性能，通常通過經(jīng)驗來評價。室內(nèi)氣候測試，便是這類測試的實例。在這里，多個穩(wěn)態(tài)周期測試來確定最大的空調(diào)或加熱器性能。通過測試結(jié)果可以判斷哪種車輛的暖通空調(diào)設(shè)計是可能滿足最終客戶要求。Regulatory測試，需要符合特定的政府標準。測試順序，方法，和性能要求是規(guī)定好的，但不一定由直接終端客戶驅(qū)動。排放測試就屬于這一類。汽車開發(fā)中如何使用風洞ATOB和Corollary測試經(jīng)常在車輛開中聯(lián)合道路試驗開展。在這個模型中，測試設(shè)備的反復(fù)使用用于約束產(chǎn)品的設(shè)計，但最終的車輛綜合性能驗證需要道路驗證。一旦測試的類型確定下來，利用模擬設(shè)備可以獲得很多好處。環(huán)境控制可以允許工程師根據(jù)開發(fā)和設(shè)計驗證的需求來規(guī)劃詳細的測試順序。在車型開發(fā)和設(shè)計驗證的試驗設(shè)計中，模擬設(shè)備允許工程師將車輛指定部件進行分離以及結(jié)合車輛特定部件進行測試標準確定。一個例子是有側(cè)后視鏡或者格柵哨聲引起的風噪聲。開發(fā)路面的測試中，側(cè)風、陣風和環(huán)境湍流這些導(dǎo)致問題噪聲源頻源每天甚至是每輪都是不穩(wěn)定的。這樣的結(jié)果導(dǎo)致對策（設(shè)計凍結(jié)）非常的困難。雖然這些自然元素對車輛性能來說十分重要，但是在風洞中控制每個并確定其對問題聲源的影響是可以確定的。模擬設(shè)備也可以在許多方面節(jié)省大量的時間。測試可以簡化來縮短測試順序和組合來進行一個車的多個測試。一個例子是，一個完整的晝夜熱循環(huán)可以在幾個小時內(nèi)等同與完整一天24小時并且在室外進行的日夜循環(huán)。車輛可以使用一個設(shè)備很快的進行水平面以下到海拔4200m的測試。汽車開發(fā)中如何使用風洞模擬設(shè)備一個關(guān)鍵的優(yōu)勢是可以在開發(fā)較早的階段進行測試?？諝鈩恿W(xué)工作可以在原型車產(chǎn)生之前的油泥模型上展開?？梢酝ㄟ^樣機進行發(fā)動機艙冷卻測試。適當?shù)耐L孔孔在車輛開發(fā)較早的階段進行設(shè)計，避免后期進行全尺寸開發(fā)路面測試時進行返工。實際上為了減少總體投入和保持新鮮感，開發(fā)周期縮短到兩年，這樣的話在合適季節(jié)的環(huán)境測試機會也被縮減了。因此，要徹底開發(fā)，測試和發(fā)布車輛設(shè)計的能力越來越多地依賴于模擬設(shè)施。模擬設(shè)備的測試數(shù)據(jù)質(zhì)量來體現(xiàn)一個最先進的測試設(shè)備的優(yōu)勢。測試環(huán)境可以隨時隨地再現(xiàn)規(guī)范的要求。相同的溫度，濕度，空氣質(zhì)量流量率，加速斜坡和運行中車輛相關(guān)的所有其他參數(shù)可以在每一個測試中重現(xiàn)。天氣，駕駛員以及交通情況的影響可以從測試中消除。為了保持不同測試的一致性，需要測試消除這些在不同測試中的典型變量。模擬設(shè)備可以使用高端儀器生成高精度數(shù)據(jù)。并且沒有大小、重量和振動的限制，路試時將設(shè)備放到車輛里面。由路試中環(huán)境溫度的影響導(dǎo)致的測試儀器測量精度的漂移是可以控制的。相同的測試儀器使用在不同的測試中，可以消除設(shè)別校核引起的誤差。汽車開發(fā)中如何使用風洞使用模擬設(shè)備情況下，一個控制方法是試驗時程安排。模擬設(shè)備可以全年使用。不需要在合適的季節(jié)來排列試驗。例如：熱測試不需要在夏天安排，低溫測試也不需要在該死的冬天來安排。這些靈活性允許OEM完全根據(jù)開發(fā)需要進行測試。另一個好處是很多試驗可以在一個地方完成。這樣就不用運輸車輛和人員去寒冷天氣氣候、炎熱天氣氣候和高海拔地區(qū)，甚至直到車輛開發(fā)周期的末期去某些地區(qū)測試雪攝入。測試設(shè)備可以減少長距離測試的時間。通過消除人的因素，耐久性測試可以進行數(shù)個小時而不需要安排司機的輪換和休息。在長途測試中，耐久循環(huán)中可以安排多個氣候、高度和牽引力模擬測試。使用模擬設(shè)施帶來的另一個容易被企業(yè)忽視的好處是員工的安全。車輛在一個受控的環(huán)境中，就不會出現(xiàn)由于駕駛車輛導(dǎo)致的事故和員工的傷害。測功機上的駕駛循環(huán)測試中車輛被安全的限制在測試設(shè)備上。大部分的駕駛是有機器人而非人來駕駛。長途耐久測試中不需要人來駕駛車輛，這也就避免了由于駕駛疲勞導(dǎo)致瞌睡導(dǎo)致的事故。車輛不需要道路測試，發(fā)生事故的可能性就可以消除。車輛事故將增加由于對原型車損壞或曝光保護的投入。寒冷測試在受控的環(huán)境中進行，司機不再需要在寒冷的天氣測試或積雪覆蓋湖上進行吸雪測試。汽車開發(fā)中如何使用風洞上文所述的傳統(tǒng)測試已經(jīng)并且將會繼續(xù)在產(chǎn)品開發(fā)中起到重要作用。但是，如前面說的，在有限制的開發(fā)周期中直接模擬的設(shè)備測試的作用會增大，以至于在車輛開發(fā)中非驗證行性的道路試驗作用會減少，某些情況下，完全消除。綜上，模擬設(shè)備的主要好處有：為產(chǎn)品決策提供了高精度和可重復(fù)的數(shù)據(jù)按照開發(fā)周期適時獲得測試數(shù)據(jù)，以便縮短產(chǎn)品開發(fā)周期在產(chǎn)品開發(fā)周期中更早的確定設(shè)計，來更快速和更低投入的創(chuàng)建高質(zhì)量產(chǎn)品減少新產(chǎn)品開發(fā)中原型車的數(shù)量所有的測試物力可以位于一個生產(chǎn)地點，降低成本和進度的影響的同時使用更安全的方式來獲得測試數(shù)據(jù)提供了一種更有效的方法來解決質(zhì)量問題目錄摘要|簡介汽車開發(fā)中如何使用風洞空氣動力學(xué)風洞測試氣動聲學(xué)風洞測試環(huán)境風洞測試綜合測試總結(jié)空氣動力學(xué)風洞測試汽車空氣動力學(xué)根據(jù)目的可細分為四類，如圖1所示：這四種類型可以分為兩種類型進行的測試。第一個是空氣動力學(xué)流動和噪聲測試，這是本節(jié)中討論的。第二個主要的傳熱傳遞和車輛通風，下一節(jié)中討論。第一個空氣動力學(xué)測試有其共同關(guān)注的核心就是氣流如何流過汽車以及汽車周圍氣流情況。這組測試包括氣動阻力，車輛的動態(tài)情況如壓力或車輛側(cè)風不穩(wěn)定性，和風噪聲測試。這些測試在對車輛及其部件周圍的流場仔細檢查指導(dǎo)下進行。氣動力穩(wěn)定性流動細節(jié)分析加熱以及通風性發(fā)動機冷卻空氣動力學(xué)風洞測試第一組的測試是在一個專門的氣動或氣動聲學(xué)測試風洞中進行。通過車輛的氣流質(zhì)量是這些設(shè)備模擬的首要條件。本節(jié)討論中，不需要指出氣動風洞和聲學(xué)風洞的區(qū)別。聲學(xué)風洞具有氣動風洞所以的功能，只是額外設(shè)計有類似與消聲室的較低的背景噪聲。當今更多的汽車制造公司開始和重視空氣動力學(xué)載荷一樣重視車輛噪聲，前者關(guān)系到車輛燃油經(jīng)濟性，而后者關(guān)系到乘員的舒適性。當今先進的汽車生產(chǎn)需要復(fù)雜測試，通過建造一個氣動風洞來代替聲學(xué)風洞進行這些測試來進行資金的節(jié)省不是一個好的商業(yè)決策。但是某些特殊情況下也不適用，例如，在運動型車的設(shè)備重點關(guān)注車輛的動力學(xué)和高速下的空氣動力學(xué)，噪聲不是一個主要關(guān)注點。綜上所述，Hucho[1]提供了一個很好的風洞使用和基礎(chǔ)設(shè)計方法的概述。具體例如最近國家的氣動聲學(xué)風洞在[2]-[4]中給出，現(xiàn)有設(shè)施全面的調(diào)查可以在[5]和[6]中找出。目錄摘要|簡介汽車開發(fā)中如何使用風洞空氣動力學(xué)風洞測試氣動聲學(xué)風洞測試環(huán)境風洞測試綜合測試總結(jié)氣動聲學(xué)風洞測試汽車測試程序前期，工程團隊給出阻力和內(nèi)部噪聲的設(shè)計目標。目標通常根據(jù)競爭對手車輛的性能調(diào)查得出。氣動聲學(xué)風洞是達到設(shè)計目標使用的主要工具，并且大部分是進行上述的ATOB測試工作?？諝鈩恿W(xué)一般在風洞中較早的開始測試，在原型車出來之前過對候選油泥模型進行測試。目標是達到預(yù)期的阻力系數(shù)，因為這個系數(shù)與燃油經(jīng)濟性有關(guān)。車輛在80kph時風阻占總阻力的一半，并且這比例隨著車速的身高在增加，所以高速行駛的車輛，風阻消耗了功率占據(jù)驅(qū)動車輛功率的絕大部分，從而影響燃油經(jīng)濟性。為了達到設(shè)計目的，空氣動力學(xué)工作是對上車身和后視鏡進行重新造型。車輛造型是本階段開發(fā)的主要約束。空氣動力學(xué)必須與車輛設(shè)計者共同確定車輛設(shè)計主題是否保持。隨著項目的推進，全尺寸模型或者是原型車的出現(xiàn)，整體形狀將會確定，空氣動力學(xué)的工作焦點轉(zhuǎn)移到通過修改小的細節(jié)來進一步降低阻力，這些細節(jié)如前后擾流板以及底部的光滑。這個情況下設(shè)計的主要約束是確定是否在增加部分合理的費用前提下進一步降低阻力。這個階段另一個空氣動力學(xué)開展的重要區(qū)域是前端開口和格柵對于發(fā)動機冷卻氣流的設(shè)計。發(fā)動機冷卻工程師總會希望盡可能的開大，這樣可以減小散熱器、水泵、風扇等的尺寸和成本。但是較大的開口將增加阻力（油耗），并且可能與造型沖突。空氣動力學(xué)工程師必須與其他車輛設(shè)計團隊人員一起工作，來達到最佳的解決方案。注意，氣動阻力對于乘用車來說非常重要。其他氣動力和力矩不總是有特定的設(shè)計目標，但是風洞提供的信息是對于車輛的動力學(xué)性能是非常有用的，例如必須確保汽車的操作特性不受氣動升力和俯仰力矩的影響。氣動聲學(xué)風洞測試風噪工程師首要關(guān)注的是駕駛艙內(nèi)部噪聲水平。某些市場（深度發(fā)展的區(qū)域）外部、通過噪聲也是非常重要的。駕駛艙內(nèi)部噪聲是路噪/胎噪、發(fā)動機噪聲、和氣動噪聲的綜合。氣動噪聲是可聽頻率范圍的一部分，主要通過風洞進行測試。風噪聲工程師主要關(guān)注點是縫隙、密封方式和后視鏡細節(jié)設(shè)計。他們使用ATOB的方法對不同的間隙寬度、密封條類型以及后視鏡形狀測試來進行系統(tǒng)的降低內(nèi)部噪聲水平，來達到設(shè)計目的。這里的約束與空氣動力學(xué)類似，主要是造型和制造成本。但是風噪工程師常有的額外的約束就是制造工藝的限制。例如，密封條對于駕駛艙噪聲有重要的意義，他們需要在生產(chǎn)車間正確的安裝。因此，風噪工程師一個額外的任務(wù)是經(jīng)常將樣車從風洞帶回車間，以確保生產(chǎn)過程能夠忠實的實現(xiàn)設(shè)計。氣動聲學(xué)風洞測試空氣動力學(xué)和風噪生經(jīng)常有一致的地方，設(shè)計修改有利于一個同時也會有利于另一個。問題是那個更重要一些，而這些主要取決于車輛的目標區(qū)域和市場。好的燃油經(jīng)濟性對與所有市場都是重要的，但是對于低成本車和高油價地區(qū)就顯得尤為重要。風噪與客戶的舒適性直接相關(guān)，因此對與高端定位的車型來說是非常重要的。氣動聲學(xué)風洞測試－風洞設(shè)計考慮當考慮到氣動聲學(xué)測試設(shè)備時，這里有許多性能特征需要考慮。每一個特征對于整個設(shè)計和測試設(shè)備的成本都有較大的影響。這里，我們將要討論以下主要部件，并看一下這些部件在整個設(shè)計中的特性。大多數(shù)汽車風洞設(shè)計為循環(huán)回路，也可以稱為哥廷根式風洞?？諝獗幌拗圃谝粋€較大的封閉管子中，并且在循環(huán)路徑中流動，連續(xù)的流過試驗品。這樣就允許空氣加速到一個較高的速度，而風扇只需要克服摩擦力和空氣循環(huán)中的靜壓損失。優(yōu)勢是調(diào)整氣流的情況下降低風扇的功率要求。無論什么樣的風洞，有許多的部件有相同的功能。這些部件有轉(zhuǎn)角葉片、換熱器和風扇等。雖然這些都是次要實現(xiàn)風洞的主要技術(shù)指標的重要功能。這里我們限定討論范圍為涉及風洞性能的主要部件。第一個就是風洞測試段。一般有四種測試段類型：開口是，閉合，壁面開槽和自適應(yīng)壁面。這些在參考[1]中有詳細的試驗描述，在[8]-[10]中提供了有計算分析的內(nèi)容（這些可以廣泛的參考文件列表）。測試段提供一個真實路面的近似，每一類型的測試段有其技術(shù)（空氣動力學(xué)）和操作（實踐）上的有點和缺點。氣動聲學(xué)風洞測試－風洞設(shè)計考慮過去的25年主要的乘用車風洞結(jié)構(gòu)只有一個開口的試驗段。開口測試段有一個氣流噴口，氣流進入一個空間（平臺），這個平臺遠大于噴口的截面積。其類型他測試段可設(shè)計的跟加接近于開放的道路，而開口測試段是數(shù)據(jù)精度、低背景噪聲、運行效率（易于車輛的測試）和結(jié)構(gòu)造價（總面積?。┳詈玫恼壑小．?shù)捅尘霸肼暡皇羌s束和高質(zhì)量數(shù)據(jù)要求的時候（與路面對比的絕對值以及ATOB測試），自適應(yīng)壁面是一個最佳的解決方案。對于相同尺寸的車來說，這樣的配置將使用總面積更小的設(shè)備尺寸，更低的功率要求，因此有更低的成本。氣動聲學(xué)風洞測試－風洞設(shè)計考慮接下來要討論的是氣動聲學(xué)風洞的特殊的部件。圖2是一個典型的氣動聲學(xué)風洞的布局以及要討論的部件的布置。氣動聲學(xué)風洞測試－風洞設(shè)計考慮噴口的尺寸，氣動聲學(xué)風洞中一個最重要設(shè)計就是噴口尺寸的選擇。風洞中的噴口有四個主要的功能：加速氣流Itacceleratestheflow保持氣流中湍流強度不被放大可以調(diào)節(jié)測試段的風速氣動聲學(xué)風洞測試－風洞設(shè)計考慮噴口尺寸決定了流場的大小，因此也定義了在特定風洞中測試車輛的尺寸和類型。結(jié)合最大氣流速度，噴口尺寸第二個影響是風洞氣流管道的尺寸，風扇的尺寸和馬力、冷卻需求和背景噪聲。對于氣動聲學(xué)風洞來說噴口尺寸至少小于測試車輛截面積面尺寸的五倍。一個標準的乘用車正投影面積是2平米，所以噴口尺寸至少需要10平米。這樣的尺寸測試較大尺寸的貨車和卡車的時候空氣動力學(xué)和氣動聲學(xué)結(jié)果一般可以定性的，但是與路試不具有可比性。最高速度－與噴口相關(guān)，第二大影響氣動聲學(xué)風洞的最大空氣速度或者最大模擬的汽車速度。氣流的速度決定了風扇需要多大的尺寸和功率來推動風洞中的空氣的運動。風扇是氣動聲學(xué)風洞中能源消耗最大的，不能掉以輕心。通常的氣動聲學(xué)風洞風扇需要2.5-6兆瓦的功率，這個與風洞的最高風速有關(guān)。氣動聲學(xué)風洞測試－風洞設(shè)計考慮風扇功率增加與最高速度增加是三次方關(guān)系，因此最大速度的一小點變化將會直接引起功率需求較大的變化。一個車的測試輪廓應(yīng)該通過各種車輛的風洞測試來確定。較大的卡車和巴士以及很小發(fā)動機的經(jīng)濟型車沒有必須要像傳統(tǒng)的乘用車那樣測試最高的速度。如果與車輛尺寸相對的速度可以確定的化，風洞設(shè)計能為所有測試大多數(shù)速度。也可以插入一個噴口，從而進一步降低噴口的面積，增加有效的空氣速度。這樣就允許小的乘用車在加大的風洞的截面上進行高速測試而不需要增加風扇功率。空氣溫度－氣動聲學(xué)風洞中的溫度需要保持為恒定，以保證空氣的流量恒定。大部分新的設(shè)備使用機械制冷在帶著氣流產(chǎn)生的熱量。在氣動聲學(xué)風洞中大部分的熱是有風扇作用給空氣而產(chǎn)生。這些人可以很容易的通過換熱器帶走。一些氣動聲學(xué)風洞允許在極端溫度下進行（例如〔3〕）。空氣動力學(xué)上極端溫度用處不大，但是在風噪測試中偶爾是有用的，是因為間隙和密封條特性可能隨溫度不同而不同。但是一般情況下極端溫度測試在較小的環(huán)境風洞中進行行，這個將會后續(xù)討論。氣動聲學(xué)風洞測試－風洞設(shè)計考慮氣流品質(zhì)－下面要考慮的四個參數(shù)來確定氣流品質(zhì)。氣流均勻氣流角度湍流強度軸向壓力梯度這些參數(shù)不是僅由測試段設(shè)計決定，也與風洞循環(huán)本身有關(guān)。好的氣流均勻性可以保證風洞氣流流經(jīng)車輛的速度是開放路面情況下速度。較低的氣流偏角可以保證流場與車輛的一致，避免由于風洞設(shè)計導(dǎo)致的升力、側(cè)向力的不平衡。下面為風洞調(diào)試的真實結(jié)果。表1為一個例子，這里描述了氣動聲學(xué)風洞中實現(xiàn)的精確的壓力變化。氣動聲學(xué)風洞測試－風洞設(shè)計考慮表一動壓變化表二在氣動聲學(xué)風洞中可以達到的精確的側(cè)偏角氣動聲學(xué)風洞測試－風洞設(shè)計考慮湍流強度是最近研究的一個課題〔11，12〕。在2007年SAE大會上進行了基于這些參考資料和相關(guān)的討論。一般認為，風洞本身應(yīng)當有較低的固有湍流水平，乘用車開發(fā)應(yīng)當在主要這這樣的環(huán)境下進行。主要原因有：⒈設(shè)計問題發(fā)生在低湍流環(huán)境中的頻率與高湍流環(huán)境類似，其相關(guān)性是合理的。⒉如何實現(xiàn)提供一個遵循目標湍流強度和長度尺度的典型的湍流環(huán)境是不清楚的。這些可能導(dǎo)致不正確和昂貴的設(shè)計修改。但是研究發(fā)現(xiàn)，在氣動聲學(xué)風洞中環(huán)境的湍流有很顯著的影響〔13〕。氣動聲學(xué)風洞要求較低的軸向靜壓梯度。如果沿著試驗段的壓力梯度是有利的話（dp/dx>0）,車輛是人為的向試驗段后部拉，而不利的壓力梯度，是從后向前推。其他任何情況，一個額外的拉力作用在車上。開發(fā)設(shè)計一個沒有壓力梯度的開口風洞本質(zhì)上是不可能的。然而這是一個壓力梯度最小的。殘余壓力梯度的校正方法如〔14〕。氣動聲學(xué)風洞測試－風洞設(shè)計考慮邊界層消除－空氣動力學(xué)測試中一個重要的單元，空氣動力學(xué)測試中產(chǎn)生了邊界層。邊界層由很薄的風洞地板附近的空氣形成，靜止地面和移動空氣之間的摩擦力降低了空氣的速度。這本質(zhì)上是一個錯誤的邊界，車輛的參考體系中，空氣和路面應(yīng)該是相同速度移動的。當車輛底部或車尾作為空氣動力學(xué)設(shè)計中一部分的時候，這樣的條件會導(dǎo)致錯誤的空氣動力學(xué)測試。為了克服發(fā)這個模擬缺陷，大部分空氣動力學(xué)風洞裝備了邊界層消除系統(tǒng)。一種邊界層消除系統(tǒng)是將接近測試物體前面緩慢氣流的邊界層進行俘獲。由于邊界層消除掉了，移動的氣流代替了邊界層以合適的速度流向測試物體。其他的邊界層控制方法在參考文獻〔1-3〕中討論。也可以使用移動的地面代替地板來時實現(xiàn)〔例如4，15〕。這種方法提供已知最好的邊界層模擬方法。但是，這樣是昂貴的（約占整個風洞建設(shè)預(yù)算的30％-50％）并且由于增加建設(shè)時間以及需要修改車輛導(dǎo)致降低了正常風洞的運行效率。移動地面作為運動車測試是可以接受的。大多數(shù)乘用車廠家也定期或不定期的利用這些風洞，雖然他們至今只有少數(shù)歐洲廠商內(nèi)部擁有。可能是歐洲較高的油價，使得空氣動力學(xué)在整車設(shè)計中有重要的作用。氣動聲學(xué)風洞測試－風洞設(shè)計考慮天平－測試車輛氣動力測量是通過一個安裝在測試段地板下部的天平來獲得。四個車輛放置在測量天平墊子上。天平是一個大規(guī)模的測試，至少有阻力、升力和側(cè)向力。這三個力通過車身的中心可以計算相應(yīng)的力矩。例如，如果有額外的負載，還需要得出各輪子的升力。當使用移動地面的時候，天平集成在它上面。這種情況下，可以區(qū)分車身受力和車輪受力?？紤]到現(xiàn)在乘用車空氣動力非常微小的進步，天平的精度要求為全量程的0.05％。表三天平重復(fù)性測試重量調(diào)整氣動聲學(xué)風洞測試－風洞設(shè)計考慮噪聲水平－聲學(xué)風洞中另一個重要參數(shù)，測試車輛產(chǎn)生的明顯的背景噪聲。對于氣動聲學(xué)測試，必須降低風洞的背景噪聲，從而避免干擾車輛本身的聲學(xué)信號。風洞噪聲可以通過吸音材料、風洞設(shè)計和選擇合適風扇和配套設(shè)備來降低。噪聲要求在可聽范圍內(nèi)，通常為20赫茲–10千赫。氣動聲學(xué)測試世界普遍采用140kph，風洞的背景噪聲也在這個速度進行確定。參考文獻〔2-4〕展示了近期風洞能夠達到的背景噪聲水平。目錄摘要|簡介汽車開發(fā)中如何使用風洞空氣動力學(xué)風洞測試氣動聲學(xué)風洞測試環(huán)境風洞測試綜合測試總結(jié)環(huán)境風洞測試第二部分汽車開發(fā)中空氣動力學(xué)測試主要關(guān)注熱傳遞和汽車通風。這些測試一般在環(huán)境風洞中進行，如果測試參數(shù)對氣流質(zhì)量要求不高或只是看一下傳熱特性，測試可以在有風扇的測功機房間進行。環(huán)境風洞是一個單獨的試驗室，使用于車輛開發(fā)復(fù)合模式的傳熱系統(tǒng)和子系統(tǒng)的，包括：散熱器（太陽熱載）熱傳導(dǎo)（浸置）自由對流（怠速）強制對流（路載）所有上述復(fù)合環(huán)境風洞主要的貢獻是合適的環(huán)境模擬，如上圖3環(huán)境風洞測試空氣動力學(xué)非常重要，緊隨其次的一個提供廣闊且緊密控制的溫度、濕度、太陽輻射、車輛動力載荷、雪攝入和特殊海拔的設(shè)備。環(huán)境風洞相對于單體部件如散熱器風扇測試的臺架試驗主要用于評估車輛系統(tǒng)在完全集成條件下的情況測試。在CWT進行的典型試驗有：室內(nèi)氣候控制、發(fā)動機冷卻、加熱性能、空調(diào)性能、熱保護、冷啟動、怠速、巡航、操控性、爬坡、牽引、溫度/濕度對密封條懸置的影響、除霜性能、雪攝入和各種海拔測試。這些測試是必要的，不僅實現(xiàn)組件和子系統(tǒng)的設(shè)計目標，而且要保證各子系統(tǒng)的全面集成且不影響性能。各種調(diào)教測試也可在CWT中研究。環(huán)境風洞測試這里將討論CWT內(nèi)的各個部件，一個典型的CWT如圖4環(huán)境風洞測試噴口尺寸－CWT的噴口尺寸一般小于AAWT。其主要功能是模擬氣流帶走車輛散發(fā)的熱，這就意味著準確的氣流模擬至少到汽車的A柱。乘用車進行CWT試驗需要的噴口尺寸為4-6平米。許多CWT有多個噴口或可調(diào)的噴口尺寸，較小的噴口尺寸可以獲取較大的風速。主要目的的是為冷卻系統(tǒng)提供氣流，例如散熱器和發(fā)動機艙?？紤]到CWT較高的阻塞（車輛的正投影面積接近與噴口面積），需要修正設(shè)備測量的風速〔16-18〕空氣速度－CWT的空氣速度限制在一般的每天駕駛范圍內(nèi)。CWT在標準的噴口下主要的空氣速度在0-150kph。像上面所述的，一些風洞擁有者選擇較小的噴口來獲得高的最大速度。CWT和氣動風洞的一個區(qū)別就是他需要有瞬態(tài)和零風速的設(shè)備。瞬態(tài)設(shè)備用來模擬車輛在路上的駕駛循環(huán)。瞬態(tài)速度變化要遵循最大的車輛測試預(yù)期的加速度。大卡車制造商對瞬態(tài)素的要求大大放慢，而生產(chǎn)高端車公司有較大需求。零風速來模擬車輛停止的狀態(tài)，例如等紅燈。這兩個要求需要重現(xiàn)駕駛循環(huán)，是動力總成和空調(diào)系統(tǒng)集成開發(fā)中主要的測試模式。環(huán)境風洞測試溫度范圍－溫度范圍在CWT中是一個最主要的因素。CWT溫度范圍是-50到55度。當考慮到溫度作為風洞測試中主要考慮的時候，一般要求溫度穩(wěn)定率為正負0.7度。測試設(shè)備很容易在最大的車速實現(xiàn)最低溫度。有些時候在150kph時設(shè)備將溫度降低至-50度是非常必要的。這個情況下的問題是以最高速度下的車輛和風扇產(chǎn)生的熱負荷是非常大的，因此機械制冷也許需要增加。一個必須要理解的是機械制冷能力隨溫度降低而降低。制冷系統(tǒng)在-40度產(chǎn)生的350kw熱阻可以在0度產(chǎn)生1000kw?；跍y試為CWT指定一個溫度來創(chuàng)建一個速度和溫度場對于CWT來說是重要的。一個經(jīng)典的CWT溫度包絡(luò)圖如下圖五所示。環(huán)境風洞測試氣流品質(zhì)－通常來說就是氣動聲學(xué)風洞內(nèi)的氣流和溫度場。流動角度和湍流強度對于一個好的風洞設(shè)計來說應(yīng)該是很低的，但是其重要性低于流動均勻性。軸向靜壓梯度影響車輛周圍的流場。當在CWT中空氣動力學(xué)模擬車輛后部是很重要的。總之，氣流品質(zhì)的細節(jié)對于熱傳遞系數(shù)不是第一主要的，所以這里可以對氣流品質(zhì)的要求不是那么嚴格的。濕度包絡(luò)圖－CWT中的濕度要求模擬這樣的環(huán)境，乘用車目標市場環(huán)境。典型的控制范圍為10％-95％，控制偏差為正負2％-正負5％。通常情況下溫度低于5度時空氣比較干燥，是由于低于五度，散熱系統(tǒng)傳熱其將開始結(jié)冰，從而導(dǎo)致熱傳遞和氣流的降低。濕度露點通常在一個正負兩度之間。環(huán)境風洞測試測功機－CWT需要一個典型的測功機來給車輛發(fā)動機提供一個負載。傳統(tǒng)上，CWT中需要安裝兩輪驅(qū)動的測功機。測功機安裝在移動帶系統(tǒng)上，并可以調(diào)整與噴口的距離和多個車輛的輪距和軸距，以及前后驅(qū)動轉(zhuǎn)換。車輛與噴口的距離固定從而得到一致的測試結(jié)果是非常重要的。近期CWT選擇四輪驅(qū)動測功機來適應(yīng)新的四驅(qū)車型。測功機的規(guī)格要適應(yīng)指定風洞應(yīng)用整車測試要求。最大風