第七章汽车空气动力学试验课件

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,汽车风洞,汽车风洞,hxj,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,2010,年,4,月,9,日,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,汽车风洞,第七章 结束,2010-4-9,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,汽车风洞,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,可编辑,*,汽车风洞,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,可编辑,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,LOGO,LOGO,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,汽车空气动力学,汽车空气动力学研究所,胡兴军,汽车空气动力学汽车空气动力学研究所,2010,年,4,月,9,日,汽车空气动力学试验,7.1,汽车空气动力学试验的重要作用,7.2,汽车风洞,7.3,汽车空气动力学试验的基本方法,7.4,汽车风洞试验技术,7.5,风洞试验测试仪器,7.6,流态显示试验方法,7.7,汽车风洞试验模型,7.8,空气动力学道路试验,2010年4月9日 汽车空气动力学试验7.1,2010,年,4,月,9,日,7.1,汽车空气动力学试验的重要作用,1.,从绪论中提到空气动力学是一门试验科学，许多结论都来自试验数据的分析和推理。（先有试验，后有理论，然后再通过理论指导实践）,2.,尽管基于流体力学的航空空气动力学对汽车空气动力学有一定的指导作用，但由于汽车周围流场存在着复杂的气流分离现象，难以象飞机那样进行模拟计算，因此汽车的空气动力学研究主要以风洞试验为基础。,好处：,1.,通过试验揭示汽车周围复杂流场的流动本质,2.,验证汽车空气动力学理论分析和数值计算结果,2010年4月9日 7.1 汽车空气,二、汽车空气动力学开发程序（设计步骤）,汽车设计过程中的空气动力学程序,Audi100C3,二、汽车空气动力学开发程序（设计步骤） 汽车设计过程中的空气,2010,年,4,月,9,日,7.2,汽车风洞,汽车风洞是一种按一定要求建造的管道。它利用动力装置产生可以调节的气流，能够模拟或基本模拟大气流场的状态，以供汽车进行空气动力学试验。,2010年4月9日7.2 汽车风洞 汽车风洞是一种,2010,年,4,月,9,日,风洞发展历程,1.,国外风洞概况,1871,英国 弗兰克,H,维纳姆（,Hrank H.Wenhan,）,建造了世界上第一座风洞。,莱特兄弟,(,美,),利用风洞发明了世界上第一架实用飞机,埃菲尔（法）开口式,普朗特（德）闭口回流，,哥廷根,空气动力研究院,美国,NASA,（,Ames,），世界最大风洞，,24.4m36.6m,，,苏联，日本,2010年4月9日风洞发展历程1.国外风洞概况,2010,年,4,月,9,日,2.,国内风洞概况,1936,年，清华大学建成国内第一座风洞,1958,年，哈军工,1978,年，,CARDC,，亚洲最大风洞，,8m6m,，,12m16m,1999,年，,CARDC,，建成具有世界规模的跨声速风洞,2004,年，吉林大学，国内首座汽车专用风洞,2007,年，同济大学，国内首个地面交通工具风洞中心, ,中国空气动力学的掌门人：,庄逢甘,2010年4月9日2.国内风洞概况1936年，清华大学建成国,2010,年,4,月,9,日,跨声速风洞项目获国家大奖, 2003,年,03,月,22,日,10:24,人民网,-,人民日报海外版,据新华社成都,3,月,21,日电,(,奚启新、蒲国永,),我国自主设计建设的亚洲最大跨声速风洞项目日前获得,国家科技进步一等奖,，它标志着我国跨声速空气动力研究能力已经达到世界一流水平。我国自主设计建设的大型跨声速风洞，是我国航空航天事业实现跨越式发展的关键性基础工程，是目前亚洲最大的跨声速引射式风洞。风洞采用了当代最新技术，结构设计等主要技术达到世界先进水平，从,1999,年,12,月通气试车以来，各项性能指标稳定可靠，模拟状态更接近真实飞行条件，获取了,众多空气动力学领域的创新成果，特别是对我国载人航天工程和新型武器装备研制发挥了重要作用。,2010年4月9日.c,2010,年,4,月,9,日,汽车风洞分类,直流式风洞,（吸入式和吹出式）,优点：结构简单，成本低。,缺点：风扇功率大，空气温度、湿度难以保持恒定，流场品质受外界干扰。,2010年4月9日汽车风洞分类直流式风洞,直流式风洞又称为艾菲尔式风洞,返回,直流式风洞又称为艾菲尔式风洞返回,2010,年,4,月,9,日,汽车风洞分类,回流式（哥廷根式）风洞,优点：,a,）风扇功率小（气流能量可以再利用）,b,）空气温度和湿度可以保持恒定。,缺点：,结构复杂，占地面积大，建造成本高,返回,2010年4月9日汽车风洞分类回流式（哥廷根式）风洞返回,2010,年,4,月,9,日,汽车风洞分类,按照试验段的型式,闭式,半开式,开式,半开式（槽壁式）,开式,闭式,闭式,2010年4月9日汽车风洞分类 按照试验段的型式闭式半开式,2010,年,4,月,9,日,表征风洞特征的基本参数,试验段的最大气流速度,试验段的横截面积,试验段流场性能（风速均匀性，紊流度等）,2010年4月9日 表征风洞特征的基本参数 试验段的,2010,年,4,月,9,日,世界主要风洞参数表,厂家（国）,启用,年份,风洞类别,收缩比,最大风速,km/h,试验段 面积,/m,2,风速均匀性,紊流度,回路,试验段,通用（美）,1980,回路,闭式,5.0,240,65.9,MIRA,（英）,1960,直流,闭式,1.5,140,34.9,2,0.8,大众,（德）,1967,回流,开式,4,180,37.5,1.2,0.6,菲亚特（意）,1976,回流,开式,4,200,30.0,1,0.1,平宁法利纳（意）,1972,回流,半开式,7,150,11.8,0.5,0.3,宝马（德）,1981,回流,槽闭式,180,20.0,2010年4月9日世界主要风洞参数表厂家（国）启用风洞类别收,2010,年,4,月,9,日,世界主要风洞参数表,厂家（国）,启用,年份,风洞类别,收缩比,最大风速,km/h,试验段 面积,/m,2,风速均匀性,紊流度,回路,试验段,NRC,（加）,1970,回流,闭式,6,200,83.6,1,0.1,日产（日）,1988,回流,开式,250,28,1.5,奔驰（德）,1976,回流,闭式,270,32.6,1,0.2,丰田（日）,1970,回流,闭口,3.66,200,17.5,JARI,（日）,1976,直流,闭式,205/83,1,0.1,沃尔沃,（瑞）,1986,回流,槽壁式,198,27.6,0.5,奥迪,(,德,),1999,回流,半开式,300 km/h,11,2010年4月9日世界主要风洞参数表厂家（国）启用风洞类别收,2010,年,4,月,9,日,汽车风洞的外观,2010年4月9日汽车风洞的外观,2010,年,4,月,9,日,同济大学汽车风洞,总投资近,5,个亿。,两座风洞：,空气动力学低噪声整车风洞,A=27m,2,热环境整车风洞,A=7/14 m,2,2010年4月9日 同济大学汽车风洞总投资近5,2010,年,4,月,9,日,莱特兄弟的风洞,2010年4月9日莱特兄弟的风洞,2010,年,4,月,9,日,直流式风洞的主要组成,收缩段,扩压段,动力段,试验段,稳定段,2010年4月9日直流式风洞的主要组成收缩段扩压段动力段试验,2010,年,4,月,9,日,回流式风洞的主要组成,收缩段,扩压段,第一拐角,导流片,第二拐角,扩压段,第三拐角,第四拐角,动力段,试验段,稳定段,调压缝,2010年4月9日回流式风洞的主要组成收缩段扩压段第一拐角导,2010,年,4,月,9,日,试验段,整个风洞的核心,2010年4月9日 试验段整个风洞,2010,年,4,月,9,日,试验段截面气动外形的选择原则,在满足试验要求的前提下，采用最小的截面面积，以减小主电机功率；在给定截面面积的情况下，其截面特性应尽可能有利于复现汽车模型的绕流特性，以使风洞的洞壁干扰降至最低。,阻塞比模型的正投影面积,/,试验段横截面积,2010年4月9日试验段截面气动外形的选择原则,2010,年,4,月,9,日,试验段的截面形状,截面,A,是航空风洞常用的截面外形，为对称的切角矩形,截面,B,为半圆形,截面,C,为非对称切角矩形（,C,截面和,B,截面的面积相等）。,B,、,C,较适合汽车风洞试验,2010年4月9日试验段的截面形状截面A是航空风洞常用的截面,2010,年,4,月,9,日,转盘,大转盘：模拟侧风或转弯行驶,偏心小转盘：调节轮距和轴距,2010年4月9日转盘大转盘：模拟侧风或转弯行驶,2010,年,4,月,9,日,地面效应吸除装置,返回,2010年4月9日地面效应吸除装置返回,2010,年,4,月,9,日,调压缝（孔）,功用：向风洞内补充空气,以保证试验段的压强与风洞外环境的大气的压强基本相等,返回,2010年4月9日调压缝（孔）功用：向风洞内补充空气,以保证,扩压段,功用：,使气流减速,使动能转变为压力势能,以减少风洞中气流的能量损失,降低风洞工作所需的功率。,风洞的能量损失随速度的立方变化,A,小,V,大,动能大,A,大,V,小,压力势能大,安全网,返回,扩压段功用：使气流减速,使动能转变为压力势能,以减少风洞中气,2010,年,4,月,9,日,拐角与导流片,气流必须转,360,度，理论上弯道越缓越好，但占用空间太大,气流能量在四个拐角的损失约占整个风洞能量损失的,30%,到,50%,其中尤以第一和第二拐角的损失为大。,导流片减少漩涡，降低能量损失。（还可以降低噪音，甚至还可以使风洞冷却 ）,返回,2010年4月9日拐角与导流片气流必须转360度，理论上弯道,2010,年,4,月,9,日,动力段,风洞的心脏,功用：向风洞内的气流补充能量，以保证气流以一定速度运转。,组成：动力段外壳（圆截面管道）、风扇、整流罩、预扭导流片和反扭导流片,2010年4月9日 动力段,通用风洞,试验段截面积：,65.9 m,2,单回流闭口风洞；,最大风速：,240,公里,/,小时,收缩比：,5.0,；,电机功率,3356KW (2003),，,叶片直径：,13.1m,通用风洞,动力段（风扇段）,动力段（风扇段）,2010,年,4,月,9,日,动力段（风扇段）,2010年4月9日 动力段（风扇段）,2010,年,4,月,9,日,动力段,风扇：,由电动机驱动，通过转动来维持整个风洞洞体内部气体流动的能量,电动机：,电动机一般可装在整流罩内；也有的风洞把电动机装在风洞之外，用长轴传入而带动风扇旋转,整流罩：,使风扇前后保持流线型，改善气流的性能，尤其是防止分离。,预扭导流片：,使气流预先有相反方向的旋转，在设计状态下，经过风扇后恢复为轴向流动。支承整流罩。,反扭导流片 ：,可将气流经过风扇后的旋转动能转变为气流的压力能。,返回,2010年4月9日动力段风扇：由电动机驱动，通过转动来维持整,2010,年,4,月,9,日,稳定段,使来自上游紊乱的不均匀气流稳定下来，使漩涡衰减，使气流速度和方向均匀性提高。,整流器（蜂窝器）：,由许多方形、圆形或六角形的等截面小管道并列组成,功用：导直气流，加快漩涡的衰减。,整流网（纱网、紊流网）：,功用：加快漩涡 的衰减,整流网的层数：,2,5,返回,2010年4月9日,2010,年,4,月,9,日,收缩段,使来自稳定段的气流均匀的加速，并有助于试验段的流场品质（气流的均匀性、紊流度等）得到改善。,收缩比,k,：,k,A1/A0 ,A1,：进口的横截面积,A0,：出口的横截面积,收缩比越大，流场品质越好；但是增加了建设成本。,2010年4月9日,2010,年,4,月,9,日,7.3,汽车空气动力学试验的基本方法,一、试验基本方法,（,1,）模型风洞试验法,测量方法,1,：,10,，,1,：,5,或全尺寸模型，以便于修改,模型不动，空气流过模型,优点：易于控制试验条件，费用低。,缺点：流场相似性差，特别是洞壁和支架会对模型产生干扰，实验数据需要修正。,2010年4月9日 7.3 汽车空气动力学试验的基本方法,2010,年,4,月,9,日,（,2,）实车风洞实验,优点：测量准确性高。,缺点：费用高，在设计阶段无法进行。,2010年4月9日（2）实车风洞实验 优点：测量准确性高。,2010,年,4,月,9,日,（,3,）实车道路试验法,1.,滑行试验,测最小阻力系数,2.,侧风试验,横向稳定性,3.,流态显示试验,绕流特性（汽车周围流场性质）,优点：理论上讲，实车道路试验最接近实际使用情况,缺点：实验条件不易控制，测量不方便。如：,选择合适的路面和环境不容易。,实验设备安装在车上，易受震动，数据不精确。,新车没有试制出之前，根本不可能进行,2010年4月9日（3）实车道路试验法 1.滑行试验测最,2010,年,4,月,9,日,二、测量方法,风洞试验的测量方法主要有以下几种：,1.,天平测力法,2.,压强分布测量,3.,流动显示法,4.,流场测量法,5.,专项风洞试验,风洞试验,定量,定性,六分力测量,压力分布测量,流态显示试验,（一种主要的研究方法）,2010年4月9日二、测量方法 风洞试验的测量方法主要有以下,2010,年,4,月,9,日,专项风洞试验,(1),冷却风洞试验：根据烟流的流入量，测定实车用冷却风量。,(2),发动机冷却试验。,(3),刮水器上浮试验：车速,80km/h,时，前风窗刮水器出现上浮现象。,影响因素：,a.,前风窗表面流谱,b.,刮水器倾斜角度,c.,刮水器断面形状,d.,杆臂压力分布,2010年4月9日专项风洞试验(1)冷却风洞试验：根据烟流,2010,年,4,月,9,日,(4),泥土附着试验,(5),泥土上卷试验,(6),风噪声试验,(7),驾驶室内通风、换气试验。,(8),空调试验,(9),环境试验：风洞中再现雨、雪、风霜 自然环境。,其他试验：气密性、车窗玻璃（车身板制件）振动等。,专项风洞试验,2010年4月9日(4) 泥土附着试验专项风洞试验,2010,年,4,月,9,日,7.4,汽车风洞试验的准则与规范,一、风洞试验准则,二、测定力、力矩及表面压力的要求,三、横摆角的模拟,四、雷诺数效应测量,五、发动机冷却系的阻力效应测量,六、风洞试验数据修正,七、地面效应模拟,2010年4月9日7.4 汽车风洞试验的准则与规范一、风洞,2010,年,4,月,9,日,一、风洞试验准则,汽车风洞实验要取得准确可靠的结果，必须满足以下准则：,1.,足够的均匀流场,2.,几何形状相似,3.,雷诺数相似,4.,尽量排除风洞试验的支架干扰以及洞壁干扰,5.,风洞流场的动态校准,2010年4月9日一、风洞试验准则 汽车风洞,2010,年,4,月,9,日,1.,风洞要有足够均匀的流场,流场品质影响测得的,C,D,值，如：,阻塞比的影响,风速分布的均匀性,紊流度,纵向静压梯度的影响,地面附面层的影响,2010年4月9日 1.风洞要有足够均,2010,年,4,月,9,日,1.,风洞要有足够均匀的流场,流场品质影响测得的,C,D,值，如：,阻塞比的影响,风速分布的均匀性,紊流度,纵向静压梯度的影响,地面附面层的影响,2010年4月9日 1.风洞要有足够均,2010,年,4,月,9,日,2.,几何相似：,试验模型与实际汽车几何形状相似，模型既要保证几何尺寸的精度，又要具有一定的刚度。模型按几何比例缩小，并具有足够精确的细部模拟，以保证各个重要的局部流场的真实模拟。,2010年4月9日2.几何相似： 试验模型与实际汽车几,2010,年,4,月,9,日,3.,雷诺数相似,雷诺数是表征流体粘性对其流动影响特征的无量纲参数，它代表流体所受惯性力与粘性力之比，其数学表达式为：,式中,流体密度；,流体动力粘度系数；,物体特征长度；,相对速度。,一般风洞中的工作介质是空气，所以 与 和大气中的相差不大。要想使试验时的雷诺数与实车行驶时相等，应使 与 的乘积相等，即模型的尺寸比实车缩小多少倍，应使试验风速增大多少倍。,2010年4月9日3.雷诺数相似雷诺数是表征流体粘性对其流动,2010,年,4,月,9,日,3.,雷诺数相似,由于风速的提高受到压缩性的限制，它也使气流的能量损失迅速增大，消耗的功率也增大。所以一般风洞试验很难做到试验时的雷诺数与实车行驶时的雷诺数相等。,对于汽车风洞试验。,一般试验雷诺数的范围是：,510,6,Re10%,使测得的阻力减小而升力增大，并改变了纵倾力矩的值。这种现象，叫做地面效应。,2010年4月9日 七、地面效应模拟1,2010,年,4,月,9,日,2.,地面效应的模拟要求,为了真实地反映汽车车身底部的速度分布，要有一个均匀的近地面流场，地板上附面层应尽量薄，这称为地面效应的模拟。,规定：,*,/e8.5%,*,：汽车风洞的地板边界层位移厚度,e,：汽车模型最小离地间隙,这时，气流边界层的存在对其车的空气动力测量结果没有明显的影响。,2010年4月9日 2.地面效应的模拟要求,a,）移动带法,b,）固定地板法,c,）镜像法,d,）附面层吸除法,e,）附面层吹除法,f,）人字条扰流法,a）移动带法b）固定地板法c）镜像法d）附面层吸除法e）附面,2010,年,4,月,9,日,3.,地面效应模拟方法,(a),移动带传动法,让传动带与风速同步，此方法可以真实地复现汽车底部气流的速度分布特性，被公认为是效果最好的地面附面层控制方法。移动地板的另一个优点是不需要使车轮转动的附加装置,(b),固定地板法 最简单的方法,(c),镜像法 试验中很少使用，较多地应用于计算仿真中,(d),附面层吸除吹除法 应用最多,(e),附面层吹除法,(f),扰流法（人字形木条） 早期的试验常采用，合理设计可使边界层减少一半,2010年4月9日3.地面效应模拟方法 (a)移动带传动法,2010,年,4,月,9,日,7.5,风洞试验测量仪器,测力、测压、测温、测速,一、气动力天平,二、压强测量,三、温度测量,四、气流速度、方向、紊流度测量,2010年4月9日 7.5 风洞试验测量仪器,2010,年,4,月,9,日,分类：,按测量分量多少，分为单分量天平、三分量天平和六分量天平。,按工作原理：机械天平、应变天平、磁悬挂天平,按天平与模型的相对位置：外式天平和内式天平。,按天平的形状：杆式天平和盒式天平,一、气动力天平,2010年4月9日分类：一、气动力天平,六分力应变天平,机械式六分力天平,GM,公司的天平支撑与转盘系统,六分力应变天平机械式六分力天平GM公司的天平支撑与转盘系统,2010,年,4,月,9,日,二、压强测量,1.,压强测量方法,1,）车身表面静压测量,2,）气流静压测量,3,）气流总压测量,2.,压强测量仪器,1,）压强计，常用液柱式压强计,2,）测压传感器，有应变式、压阻式、电容式、电感式及压电式。,3,）压强传导装置，主要由压强传递管和压强扫描阀组成。,2010年4月9日 二、压强测量1,2010,年,4,月,9,日,三、温度测量,由于雷诺数随温度变化的幅度很大，所以每次试验时都要测量并记录风洞的温度。测量温度时通常使用大气温度计，把它放置在没有气流扰动的位置，就能准确地测量。,相对,15,的雷诺数的百分比,温度,/,2010年4月9日三、温度测量由于雷诺数随温度变化的幅度很大,2010,年,4,月,9,日,四、气流速度、方向与紊流度测量,1.,风速测量,（,1,）风速管,（,2,）热线风速仪,（,3,）压强落差法,（,4,）粒子图象速度场仪（,PIV,）,2010年4月9日 四、气流速度、方向与紊流度测量1,2010,年,4,月,9,日,2.,气流方向测量,（,1,）五孔探头,（,2,）热线风速仪,3.,气流紊流度测量,（,1,）有效雷诺数求紊流度,（,2,）用“紊流球”测紊流度,（,3,）用“压力球”测紊流度,（,4,）用热线风速仪测量气流紊流度,2010年4月9日2.气流方向测量（1）五孔探头3.气流紊流,五、汽车正投影面积的测量,对汽车正投影面积的测量，最初是按照方法,A,）测定,现在，则用方法,B),测定,A,）理论正投影面积法,B,）摄影及照片面积换算法,五、汽车正投影面积的测量对汽车正投影面积的测量，,2010,年,4,月,9,日,7.6,流态显示试验方法,流态显示：借助于各种手段使空气绕模型的流动显示出来的方法。,它能直观地观察流场，判断流场是否有好的气动特性,(,包括涡流、分离现象，车身清洁等,),，从而可以定性分析各种气流现象产生的机理。,流态显示 表面流态显示（附面层内）,空间流态显示（显示汽车周围流场）,2010年4月9日 7.6 流态显示试验方法流态显,2010,年,4,月,9,日,一、丝带法,用于观察汽车表面附面层内的流态。,1.,通常选用细丝线、尼龙线、羊毛线等材料。,长度为,15,20mm,，用粘结条、胶带纸贴在模型上，这样一端固定，另一端顺气流方向摆动。,2010年4月9日一、丝带法 用于观察汽车表面附面层,2010,年,4,月,9,日,一、丝带法,2.,实验中观察,层流附面层内：丝线顺气流方向几乎不动。,紊流附面层内：丝线抖动直至卷曲（分离区内）。,以上方法在风洞、道路上均可进行，但是丝线布置起来比较费时。,2010年4月9日一、丝带法2.实验中观察,2010,年,4,月,9,日,一、丝带法,3.,网格丝带法,2010年4月9日一、丝带法3.网格丝带法,2010,年,4,月,9,日,网格丝带法,2010年4月9日网格丝带法,2010,年,4,月,9,日,一、丝带法,荧光处理后的化学纤维，一端固定在模型上，另一端顺气流摆动，当丝线受到紫外线照射时发出荧光，可清晰地显示流动图象,由于模型表面布满丝线，对汽车模型的绕流造成影响，因而影响到测力与 测压试验的准确性，通常流态显示试验与测力、测压试验分别进行。用荧光丝带法能进行流态显示，而且不影响测力与测压试验的准确性。,4.,萤光丝带法,2010年4月9日一、丝带法荧光处理后的化学纤维，一端固定在,2010,年,4,月,9,日,二、油膜法,1.,粘度较大，不易挥发，有颜色的油喷涂在模型表面上，由于不同的附面层产生不同的流态，而不同流态时油膜产生的剪切作用，所以在模型表面上会形成不同的油流图。,2010年4月9日二、油膜法1. 粘度较大，不易挥发，有颜,2010,年,4,月,9,日,2.,试验中观察,层流图象：细而均匀的条纹,紊流图象：粗沟条、木纹状条纹,分离区：油膜堆积,死水区：油膜保持原状,涡流区：螺旋痕迹,3.,和荧光丝线法一样，将荧光物质混在油膜中，在紫外线照射下，显示出荧光，可通过录像方法清晰显示出来。,二、油膜法,2010年4月9日2.试验中观察二、油膜法,2010,年,4,月,9,日,三、烟流法,用于显示汽车周围流场的流态。,1.,通过烟流发生器（梳状管）排出烟丝，当烟气绕过模型时，通过光的散射和折射显示烟流中微小粒子的运动，从而显示出汽车周围流场的流态。,2.,要求：烟浓密发白，无毒，无腐蚀性，保证层流，不得扰乱气流流态。,3.,尾流区，烟扩散，不再附着。,4.,可直接观察绕流状态。,2010年4月9日三、烟流法用于显示汽车周围流场的流态。,2010,年,4,月,9,日,2010年4月9日,2010,年,4,月,9,日,2010年4月9日,2010,年,4,月,9,日,在通用风洞中做烟流试验,阶背式,阶背式,直背式,2010年4月9日在通用风洞中做烟流试验阶背式阶背式直背式,2010,年,4,月,9,日,四、激光流态显示法,激光流态显示法就是利用激光粒子图像测速技术（,PIV,）进行瞬态实时测量的方法。,PIV,即粒子图像速度场仪，其本质是一种图像分析技术，可在瞬间冻结流场，给出二维和三维速度分布。,2010年4月9日四、激光流态显示法 激光流态显示法就是利用,典型的,PIV,系统,PIV,的光路系统,PIV,（,Particle Image Velocimetry,）,典型的PIV系统 PIV的光路系统PIV （Particle,PIV,（,Particle Image Velocimetry,）,PIV （Particle Image Velocimet,2010,年,4,月,9,日,7.7,汽车风洞试验模型,一、模型尺寸,根据风洞试验准则，为保证,Re,试,Re,实,，模型尺寸应尽量大，但是模型尺寸的增加又受到风洞试验段空间的限制，因为模型太靠近洞壁，洞壁的影响将加剧，且难以修正，影响试验的准确性。为此对风洞试验模型提出如下规定：,1,当,0,o,时，阻塞比,5,，高度不得超过试验段高度的,30,。,2.,在,max,时，模型前视投影宽度不得超过试验段宽度的,30,。（以上引自“汽车风洞试验规范”）,2010年4月9日 7.7 汽车风洞试验模型一、模,2010,年,4,月,9,日,五、流动模拟试验,流动模拟试验主要用于汽车设计阶段的气流流动模拟研究，即模拟在雨水和灰尘中行驶的汽车上面或周围雨水或灰尘的流动，找出应注意的区域及解决的办法，以保证行车的安全和防止灰尘侵入。,2010年4月9日五、流动模拟试验流动模拟试验主要用于汽车设,2010,年,4,月,9,日,六、发动机及驾驶室内的流态显示试验,通过驾驶室内的流态显示试验，能清楚地观察到驾驶室内的气流流态，搞清气流在驾驶室内如何流动，又如何排出，进而对驾驶室内的温度、湿度及风速分布进行解析，以改善空调性能。,发动机室内的流态显示试验,（丝带法，发动机罩用透明树脂制作）,发动机室内的流态显示试验,（烟流法）,2010年4月9日 六、发动机及驾驶室内的流态显,2010,年,4,月,9,日,7.6,汽车风洞试验模型,在模型风洞试验中，轿车常采用,1,：,2.5,缩尺比例模型。,目前，日本和欧洲轿车试验常采用,1,：,4,的缩尺比例，美国则常采用,3,：,8,的缩尺比例。,大型客车或或火车常采用采用,1,：,5,或,1,：,10,缩尺比例模型,2010年4月9日7.6 汽车风洞试验模型在模型风洞试验中，,2010,年,4,月,9,日,7.6,汽车风洞试验模型,外形模拟：必须保证模型与实车几何尺寸相似。根据比例关系，能够把模型的外形尺寸确定下来。但对于进气口，驾驶室内流以及附面层还不能用简单的几何相似来模拟，应另采用特殊方法。,2010年4月9日 7.6 汽车风洞试验模型外形模拟,2010,年,4,月,9,日,7.6,汽车风洞试验模型,1,、进气口与驾驶室内流模拟,进行常规测力风洞试验时，一般不模拟内流，把进、出气口都堵死，仅模拟外部流。在流态显示试验时，如果简单地把进、出气口堵死，试验时气流将在进、出气口附近产生分离，这样绕模型的流谱与实际流谱不一样。为此，在进气口下假装一个半球体式流线型旋转体，可消除模型上的气流分离，从而使绕流流谱与实车相似。,2010年4月9日 7.6 汽车风洞试验模型1、进气,2010,年,4,月,9,日,7.7,汽车风洞试验模型,2,、,边界层的模拟,由于模型试验时的边界层状态与实车行驶时相似程度低，这会影响试验结果的准确性，尤其是最小阻力系数和最大升力系数将产生较大的偏差。另外模型上的边界层转捩点的位置受表面粗糙度、气流紊流度及噪声等诸多因素的影响，关系比较复杂。为了使模型试验时的边界层状态与实车行驶时有较高的相似度，以便进行雷诺数修正，在模型上采用人工转捩的方法使模型的层流边界层在确定的位置转变为紊流边界层。,2010年4月9日 7.7 汽车风洞试验模型2、边界,2010,年,4,月,9,日,（,2,）模型结构,模型一般采用,可拆卸式的组合结构,。,可调悬架系统,玻璃窗,装有顶棚的玻璃钢顶盖,可更换的塑料,局部车身,底盘模型,结构框,发动机和变速器模型,散热器隔栅,2010年4月9日（2）模型结构模型一般采用可拆卸式的组合结,2010,年,4,月,9,日,（,3,）模型的材料,一般选用木料或油泥制作试验汽车模型。适用的木料有红木、胡桃木、楠木等。木质模型加工比较简单，不易于修改，易变形，需干燥处理。,油泥通常由滑石粉或粘土（,60,）、凡士林（,30,）和石蜡（,10,）等三种材料制成。油泥模型的优点是便于修改，但油泥易受气温影响而不便于保存。,另外，也可以用石膏、瓷土、木材、塑料泡沫、建筑材料等制作模型，或可根据情况综合运用。,2010年4月9日（3）模型的材料一般选用木料或油泥制作试验,2010,年,4,月,9,日,7.8,汽车空气动力学道路试验,一、用滑行试验法测试汽车的气动阻力系数,无自然风、无雨，试验道路应是平坦的；,试验车车顶部装设风速仪，以测定风速；,在距车顶的风速仪,5m,处设置五轮仪，以测定滑行距离。,试验前用滑行初速度,80km/h,预热汽车,1h,。试验时应保持轮胎、运动系的温度不变。,试验时，将汽车加速到一定速度，待车速稳定后，将离合器切断，变速器挂空挡，让汽车自由滑行。与此同时，测量并记录滑行初速度、行驶时间、行驶距离等，一直记录到停车为止。在同一条件下，重复进行,5,次滑行试验。,根据车辆的瞬时减速度，计算出总阻力，再从总阻力中减去轮胎滚动阻力和传动系阻力后可以认为是气动阻力，进而求出该车的气动阻力系数。,2010年4月9日 7.8 汽车空气动力学,2010,年,4,月,9,日,7.8,汽车空气动力学道路试验,滚动阻力,滚动阻力,汽车重力,不随车速变化的滚动阻力系数,由轮胎试验测定；,车速,美国,SAE J1263,中推荐,传动系阻力由传动系试验台测定,2010年4月9日 7.8 汽车空气动力学,2010,年,4,月,9,日,7.8,汽车空气动力学道路试验,二、侧向风稳定性试验,用侧风发生器模拟自然侧向风如上图所示，并操纵汽车驶过侧风带，与此同时，测量车速、汽车偏离行驶基准线的侧向位移、横摆角速度及侧向加速度等参数。,2010年4月9日 7.8 汽车空气动力,2010,年,4,月,9,日,思考题,1.,什么是汽车风洞？,2.,直流式风洞和回流式风洞的优缺点？,3.,试验段开式和闭式的主要区别？,4.,画图说明低速风洞主要由哪几部分组成？各主要段的功用是什么？,5.,什么是收缩比？,6.,表征风洞特征的基本参数？,2010年4月9日思考题1. 什么是汽车风洞？,Good Luck!,hxj,xjhu99,Good Luck!hxj,98,可编辑,98可编辑,