什麼是風洞?

1.風洞

汽車風洞

汽車風洞就是用來產生人造氣流(人造風)的管道。在這種管道中能造成一段氣流均勻流動的區域,汽車風洞試驗就在這段風洞中進行。

汽車風洞-概述  

就是用來產生人造氣流(人造風)的管道。在這種管道中能造成一段氣流均勻流動的區域,汽車風洞試驗就在這段風洞中進行。汽車風洞中用來產生強大氣流的風扇是很大的,比如奔馳公司的汽車風洞,其風扇直徑就達8.5m,驅動風扇的電動功率高達4000kW,風洞內用來進行實車試驗段的空氣流速達270km/h。建造一個這樣規模的汽車風洞往往需要耗資數億美元,甚至10多億,而且每做一次汽車風洞試驗的費用也是相當大的。   

汽車風洞有模型風洞、實車風洞和氣候風洞等,模型風洞較實車風洞小很多,其投資及使用成本也相對小些。在模型風洞中隻能對縮小比例的模型進行試驗,其試驗精度也相對低些。實車風洞則很大,建設費用及使用費用極高。目前世界上的實車風洞還不多,主要集中在日、美、德、法、意等國的大汽車公司。

汽車風洞-技術發展歷史  

1871年英國人建成瞭世界上公認的第一個風洞。美國的萊特兄弟(O.Wright和W.wright)於1901年制造瞭試驗段0.56米見方,風速12/s的風洞,進而在1903年發明瞭世界上第一架實用的飛機。風洞的大量出現是在20世紀中葉。   

1932年瑞士阿克雷特(G.Ackttet)建成瞭世界第一座超聲速風洞,試驗段面積0.4米times;0middot;4米,馬赫數(風速與聲速之比)2,當時主要為瞭試驗炮彈的氣動力作用和研究超聲速流動而設計。   

1956年為瞭適應跨超聲速飛行器的發展,美國建成世界最大的跨超聲速風洞,試驗段面積488米times;4.88米,馬赫數0.8-4.88,功率為16.1萬Kw。   

1958年,美國航天局建成試驗段直徑0.56米,馬赫數可高達18-22的高超聲速風洞。   1980年,美國將一座舊的低速風洞改造成為世界最大的全尺寸風洞(可以直接把原形飛機放進試驗段中吹風),試驗段面積24.4米times;12.2米,風速150m/s,功率10萬Kw。   

1975年,英國建成一座低速壓力風洞,試驗段5米times;4.2米,風速95-110m/s,壓力3個大氣壓,功率1.4萬kW,試驗雷諾數(它是一個無量綱數)8times;106。   

1980年代,美國建成一座低溫風洞,以氮氣(氮氣凝固點低,適於低溫下工作)為工作介質,溫度范圍340-78K,壓力可達9個大氣壓,試驗段2.5米times;2.5米,馬赫數0.2-1.2,雷諾數高達120times;106。   

1977年,中國空氣動力研究與發展中心建成亞洲最大的低速風洞,串聯雙試驗段:8米times;6米和16米times;l2米,風速100m/s,功率7800kW。

汽車風洞-原理  

風洞是能人工產生和控制氣流,以模擬飛行器或物體周圍氣體的流動,並可量度氣流對物體的作用以及觀察物理現象的一種管道狀實驗設備,它是進行空氣動力實驗最常用、最有效的工具。風洞實驗是飛行器研制工作中的一個不可缺少的組成部分。它不僅在航空和航天工程的研究和發展中起著重要作用,隨著工業空氣動力學的發展,在交通運輸、房屋建築、風能利用和環境保護等部門中也得到越來越廣泛的應用。用風洞作實驗的依據是運動的相對性原理。

汽車風洞-分類全尺寸風洞和模型風洞

風洞口的氣流作用篩為試驗1:1模型(全尺寸模型)或真車的風洞叫做ldquo;全尺寸風洞rdquo;,為試驗縮比模型或零部件的較小尺寸的風洞叫做ldquo;模型風洞rdquo;。日本和前蘇聯多采用1:5比例的模型;歐美國傢多采用1:3或1:4比例模型。目前(指2009年)全世界有近30座可用於全尺寸汽車試驗的風洞。

全天候風洞、聲學風洞、氣動力風洞

全天候風洞(或氣候風洞)可改變氣流溫度、濕度、陽光強弱和其他氣候條件(雨、雪等);聲學風洞在建造過程中采用瞭多種降噪措施,背景噪聲極低,可以分離並測量出汽車行駛時產生的氣動噪聲。這兩種風洞統稱為特種風洞。其餘一般風洞都是氣動力風洞。近年來新建的風洞,都是氣動/聲學風洞,或氣動/氣候風洞,甚至氣動/聲學/氣候風洞,這類風洞又稱為多用途風洞。

試驗段尺寸

一種是截面積Slt;10平米的風洞(包括縮比模型風洞和全天候風洞),有些小噴口的全天候風洞,主要是用來把空氣直接導向熱源集中的發動機艙周圍區域進行試驗。如MIRA模型風洞。   一種是10le;Sle;30平米的風洞。這種風洞主要用於試驗各種轎車及其它比較小的車輛(實車試驗)。如豐田全尺寸風洞,中國國內建設中的上海同濟氣動/聲學風洞。   

一種是Sge;30平米的風洞。這類風洞主要用於試驗轎車到中級載貨汽車以及大客車。如GM全尺寸風洞,中國國內氣動中心8mtimes;6m風洞。

汽車風洞-組成  

風洞主要由洞體、驅動系統和測量控制系統組成,各部分的形式因風洞類型而異。

汽車風洞-特點  

ldquo;汽車風洞rdquo;中巨大的人造風,可模擬各種行車環境中遇到的空氣阻力、噪聲、熱力學狀態,以及天氣環境甚至太陽輻射等,用以測試樣車的安全性和操縱穩定性,最大限度地減少汽車在行駛中損失的動力,為設計更加節能、美觀的汽車提供條件。

汽車風洞-測試實驗  

ldquo;汽車風洞rdquo;最開始的時候其實不是用來測試汽車,而是用來測試飛機、研究飛機的氣動性能的。實驗時,常將模型或實物固定在風洞內,使氣體流過模型。這種方法,流動條件容易控制,可重復地、經濟地取得實驗數據。為使實驗結果準確,實驗時的流動必須與實際流動狀態相似,即必須滿足相似律的要求。但由於風洞尺寸和動力的限制,在一個風洞中同時模擬所有的相似參數是很困難的,通常是按所要研究的課題,選擇一些影響最大的參數進行模擬。   

此外,風洞實驗段的流場品質,如氣流速度分佈均勻度、平均氣流方向偏離風洞軸線的大小、沿風洞軸線方向的壓力梯度、截面溫度分佈的均勻度、氣流的湍流度和噪聲級等必須符合一定的標準,並定期進行檢查測定。汽車時速達到110公裡的時候,風的阻力就占總阻力的70百分比,大部分燃油用在瞭克服風阻上,因此通過風洞試驗,模擬汽車在行駛中的情況,優化汽車外形設計,減少風阻、節約燃油、降低噪音,這是汽車風洞試驗的主要目的。編輯本段汽車風洞-在中國  2009年9月19日經過多年的建設,國內第一個汽車風洞mdash;mdash;上海地面交通工具風洞中心在同濟大學正式落成!

風洞:中國汽車產業發展的裡程碑  

中國首個ldquo;汽車風洞rdquo;在同濟大學落成啟用   

2009年9月19日,斥資4.9億元建造的中國國內第一個ldquo;汽車風洞rdquo;mdash;mdash;上海地面交通工具風洞中心在同濟大學嘉定校區正式落成啟用,填補瞭中國國內汽車研發設計領域多個空白。   

由同濟大學承建的這一總投資4.9億元人民幣的風洞中心項目,是上海市重大產業科技攻關項目。上海地面交通工具風洞包括國內首座汽車氣動聲學整車風洞、國內首座熱環境整車風洞和一個集汽車造型、加工、設備維護、科研和管理於一體的多功能中心。它與上海嘉定國際汽車城先期建設完成的同濟大學新能源汽車工程中心、上海汽車質量檢測中心、汽車試驗場共同組成國際一流、配套齊全的地面交通工具測試研究基地。被視為突破自主研發瓶頸的上海地面交通工具風洞中心,由兩個風洞構成:一個是國內首座汽車氣動聲學整車風洞,另一個是國內首座熱環境整車風洞。功能各不相同:一個用來測風、測阻力、測噪音;另一個用來測溫度、測環境。   

據悉,作為公共性汽車和軌道車輛的關鍵技術平臺,ldquo;汽車風洞rdquo;將為中國汽車和軌道車輛工業,特別是為新能源汽車的自主研發提供重要的基礎性服務,為中國汽車工業從ldquo;中國制造rdquo;邁向ldquo;中國創造rdquo;,營造瞭必要條件。   

此次風洞的關鍵技術指標均達到世界領先水平,並擁有全部自主知識產權。除支持汽車企業外,新啟用上海地面交通工具風洞中心還將為中國高速列車的自主研發和大飛機項目,提供不可缺少的關鍵技術支撐平臺。

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