汽車空氣動力學(xué)的研究一般是采用理論分析、數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗相結(jié)合的方法。其中風(fēng)洞試驗是最普遍、有效的方法，在汽車外形設(shè)計、整車熱管理開發(fā)過程中是必不可少的環(huán)節(jié)。同時風(fēng)洞試驗也是發(fā)現(xiàn)新的流動現(xiàn)象、驗證數(shù)值模擬和理論研究的重要手段。

汽車風(fēng)洞就是在按照一定要求設(shè)計的管道系統(tǒng)內(nèi)，使用動力裝置驅(qū)動一股可控制的氣流，根據(jù)運動的相對性和相似性原理進行空氣動力學(xué)試驗的設(shè)備。

其實說的簡單一點，風(fēng)洞就是一個人工造風(fēng)的管道。接下來我們看一下真正的汽車風(fēng)洞是什么樣子的。

一、汽車風(fēng)洞的類型

1、汽車模型風(fēng)洞

模型風(fēng)洞主要用于進行汽車比例模型(模型比例通常有：1:2、1:2.5、3:8、1:4、1:5、1:10)的風(fēng)洞試驗和大量氣動造型前期“空氣動力學(xué)調(diào)諧”階段的試驗，具有投資低，運行經(jīng)濟、測量方便等優(yōu)點。

但由于流場一般不能與實車運行時的流場完全相似，且模型難以真實模擬汽車表面細(xì)節(jié)、汽車內(nèi)流以及車輪轉(zhuǎn)動等，難以獲得與實車相一致的試驗數(shù)據(jù)，必須對試驗結(jié)果進行校準(zhǔn)和修正。

2、汽車空氣動力學(xué)整車風(fēng)洞

空氣動力學(xué)整車風(fēng)洞可對汽車整車或1:1整車比例模型進行空氣動力學(xué)試驗。

整車風(fēng)洞基本可以滿足試驗所要求的各種條件，其流場與實際情況具有較好的相似性。所獲取的數(shù)據(jù)也十分可靠準(zhǔn)確，基本可以不考慮雷諾數(shù)的影響，在小阻塞比的情況下，其試驗結(jié)果也不必做過多的修正。但造價較昂貴、運行維護費用高。

3、汽車氣動-聲學(xué)風(fēng)洞

相比空氣動力學(xué)整車風(fēng)洞，氣動-聲學(xué)風(fēng)洞對風(fēng)洞的噪聲源進行了消聲處理，對試驗區(qū)域的背景噪聲有嚴(yán)格的要求，其駐室一般為半消聲室設(shè)計，具備汽車聲學(xué)測量的條件。但其造價和試驗成本也是最高的。

4、汽車環(huán)境風(fēng)洞

汽車環(huán)境風(fēng)洞又叫氣候風(fēng)洞，可模擬各種實際氣候環(huán)境，如降雨、降雪、高溫、低溫、日照、結(jié)冰等，可用于汽車整車發(fā)動機熱管理、空調(diào)系統(tǒng)、汽車水管理等汽車熱力學(xué)開發(fā)任務(wù)。

環(huán)境風(fēng)洞中一般安裝有雨雪高低溫陽光模擬等設(shè)備，其噴口一般可調(diào)節(jié)，以滿足不同車型的測試要求。

5、氣候風(fēng)洞

氣候風(fēng)洞是汽車風(fēng)洞的一種，用于進行汽車的環(huán)境適應(yīng)性試驗。

氣候風(fēng)洞主要是模擬氣候環(huán)境，用來測定汽車的一般性能(如空動性能等)的風(fēng)洞。比如奔馳公司的汽車風(fēng)洞，其風(fēng)扇直徑就達8.5m，驅(qū)動風(fēng)扇的電動功率高達4000kW，風(fēng)洞內(nèi)用來進行實車試驗段的空氣流速達270km／h。建造一個這樣規(guī)模的汽車風(fēng)洞往往需要耗資數(shù)億美元，甚至10多億，而且每做一次汽車風(fēng)洞試驗的費用也是相當(dāng)大的。

二、汽車風(fēng)洞的基本結(jié)構(gòu)形式

汽車空氣動力學(xué)的許多理論和概念都是從航空動力學(xué)延續(xù)過來，早期的汽車風(fēng)洞也大多是從航空風(fēng)洞改造過來的，因此汽車風(fēng)洞的結(jié)構(gòu)形式也與航空風(fēng)洞類似。一般可分為：直流式、回流式、立式風(fēng)洞等幾種形式。

1、直流閉式風(fēng)洞

直流式風(fēng)洞直接從大氣中吸入空氣，氣流通過試驗段后，直接排到大氣中去。其試驗段為封閉式試驗段。這種風(fēng)洞結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低。

當(dāng)真實汽車在其中試驗時，也不需要專門抽除發(fā)動機所排出的廢氣，但是這種風(fēng)洞所用風(fēng)扇電機功率大，不易保持恒定的空氣溫度和濕度，風(fēng)洞內(nèi)的氣流流場品質(zhì)較差，噪聲高。

2、直流開式風(fēng)洞

其與直流閉式風(fēng)洞的區(qū)別就是其試驗段為半開式的空間，其在一定程度上可保持氣流的穩(wěn)定性。

3、回流閉式風(fēng)洞

相比直流式風(fēng)洞，回流式風(fēng)洞中的空氣基本上是在閉合的回路中運行，因而其能量損失小，風(fēng)機所需功率小，容易保持恒定的空氣溫度和濕度，運行成本相對較低，噪聲小。

但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建造成本高，當(dāng)運行時間較長時，需要裝置冷卻系統(tǒng)降溫。其試驗段為封閉的，一般常見于汽車模型風(fēng)洞中。

4、回流3/4開口式風(fēng)洞

相比閉口式風(fēng)洞，3/4開口式風(fēng)洞由于其風(fēng)洞的阻塞比較小，能夠比較好的模擬試驗汽車周圍的流場，從而獲得較為準(zhǔn)確的試驗結(jié)果。

回流3/4開口式汽車風(fēng)洞是目前新近建設(shè)的汽車整車風(fēng)洞中最常見的結(jié)構(gòu)。但由于在駐室內(nèi)噴口射流會與駐室內(nèi)周圍氣流混合，會帶來一些能量損失和渦流，對風(fēng)洞運行帶來不利的影響。

5、回流槽壁式風(fēng)洞

回流槽壁式風(fēng)洞是介于閉式風(fēng)洞和3/4開口風(fēng)洞的一種風(fēng)洞，它在試驗段上壁和兩側(cè)壁上開出若干條平行槽，減小了試驗段的阻塞效應(yīng)以及洞壁對模型的干擾。

試驗段的通氣特性取決于開閉比（開槽面積與試驗段壁面總面積之比）。隨著模型大小的變化，所要求的開閉比也會不同，因此要求風(fēng)洞有可變開閉比的系統(tǒng)，因此使得風(fēng)洞的設(shè)計和加工技術(shù)較復(fù)雜。

6、立式風(fēng)洞

立式風(fēng)洞一般在常見于汽車環(huán)境風(fēng)洞中，其具有占地面積小的特點。另外由于環(huán)境風(fēng)洞需要模擬降雨和降雪等環(huán)境條件，采用立式風(fēng)洞布局，可防止試驗區(qū)域內(nèi)的雨雪沿風(fēng)洞流道，流到下游的風(fēng)機等部件，對風(fēng)機等帶來損傷。在這一點上，立式風(fēng)洞具有先天的優(yōu)勢。

三、汽車風(fēng)洞的部件構(gòu)成

汽車風(fēng)洞洞體主要由收縮段、試驗段（駐室）、收集口、擴散段、動力段、拐角段、穩(wěn)定段、蜂窩器、阻尼網(wǎng)、換熱器、拐角導(dǎo)流片、風(fēng)機、整流罩、預(yù)扭導(dǎo)流片、反扭導(dǎo)流片等部件組成。

下面我們將幾個主要的部件給大家介紹下：

1、收縮段

收縮段的主要作用一是加速氣流，二是提高氣流的流場品質(zhì)，降低湍流度。

收縮段的性能主要取決于兩個因素，一個是收縮比，即收縮段進口面積與收縮段出口面積的比值，一個是收縮曲線形狀。一般汽車風(fēng)洞的收縮比為K=2～4。收縮曲線一般有維氏曲線、三次方曲線、雙三次方曲線、五次方曲線等。

2、試驗段（駐室）

試驗段是風(fēng)洞的核心部位，試驗對象、模擬的環(huán)境條件、測量儀器等都設(shè)置在這里。試驗段的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：橫截面大小、橫截面形狀、試驗段長度。

試驗段橫截面積的大小，決定了所能進行試驗的汽車模型的大小。為了盡量減少“阻塞效應(yīng)”的影響，準(zhǔn)確模擬自由大氣中路面車輛的實際情況，要求試驗段有效面積盡量大。對汽車模型風(fēng)洞而言，試驗段的阻塞比一般要≦7%。

在閉口試驗段中橫截面的形狀一般有矩形、切角矩形等。

汽車風(fēng)洞的試驗段的外形通常有開口、閉口、流線型洞壁和開槽四種類型。

四種型式的試驗段

另外在閉口試驗段中，由于氣流的邊界層影響，導(dǎo)致沿氣流方向壁面邊界層厚度逐漸增加，這就使得氣流有效截面積逐漸減小，流速增加，會產(chǎn)生一個負(fù)向的軸向靜壓梯度，使得試驗?zāi)Ｐ褪艿揭粋€額外的方向向前的水平浮力作用。因此在閉口試驗段都會有約0.5°的擴散角。

3、擴散段

擴散段的作用是通過風(fēng)道橫截面積的增加，降低風(fēng)洞中氣流的速度，將試驗段出口處的動能最有效的轉(zhuǎn)變成壓力能，從而降低能量損失。它一般位于試驗段的后面，其擴散角一般不超過5°～6°。

4、穩(wěn)定段

穩(wěn)定段的作用主要是消除旋渦、穩(wěn)定氣流狀態(tài)。在穩(wěn)定段中通常安裝有阻尼網(wǎng)和蜂窩器。

阻尼網(wǎng)一般采用直徑0.3mm的金屬絲編織而成，相鄰鋼絲之間的距離為1.27mm。阻尼網(wǎng)主要用以將氣流旋渦轉(zhuǎn)換成大量的能迅速衰減的小旋渦，因此雖然在離網(wǎng)很近的距離內(nèi)，會增加紊流度，但離開網(wǎng)一定距離后，氣流的紊流度會大大降低。

蜂窩器一般由一定寬度的金屬薄片制成用以消除氣流的低頻脈動以及和阻尼網(wǎng)一起消除空間的不均勻性。由于蜂窩器在沿風(fēng)洞軸線方面有一定的寬度，故而可以減少氣流速度對于風(fēng)洞軸線的傾斜脈動。

5、動力段

動力段是風(fēng)洞的動力源。它的作用是不斷為風(fēng)洞中的氣流補充能量，以保證氣流以一定的速度恒定地在風(fēng)洞中流動。

動力段內(nèi)一般有電機、風(fēng)扇、整流罩、預(yù)扭導(dǎo)流片、止旋片。安裝在風(fēng)扇前的導(dǎo)流片和裝在風(fēng)扇后的止旋片都是用于消除風(fēng)扇所造成的旋流，從而改善氣流的狀態(tài)，提高流場品質(zhì)。

6、拐角段

在回流式風(fēng)洞中，由于氣流沿洞體循環(huán)360°，因此需要在設(shè)置四個拐角段。一般氣流在流經(jīng)拐角時會發(fā)生氣流分離，形成渦流，帶來能量損失，一般來說，四個拐角的能量損失約占風(fēng)洞總損失的40-60%。

因此在拐角內(nèi)一般安裝有拐角導(dǎo)流片，以避免氣流分離，降低能量損失。另外在聲學(xué)風(fēng)洞中，還會對導(dǎo)流片進行消聲處理。

7換熱器

在汽車風(fēng)洞進行氣動力測量試驗時，需要對風(fēng)洞內(nèi)溫度進行控制，這就需要使用換熱器。其作用為保持風(fēng)洞內(nèi)部溫度在恒定的范圍內(nèi)，保證試驗測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。一般汽車風(fēng)洞內(nèi)溫度要求穩(wěn)定在25℃附近。

北京易盛泰和可以根據(jù)用戶需求研發(fā)汽車風(fēng)洞設(shè)備，該設(shè)備就是用來產(chǎn)生人造氣流(人造風(fēng))的管道。在這種管道中能造成一段氣流均勻流，就在這段風(fēng)洞中進行。

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北京易盛泰和科技有限公司，是一家致力于環(huán)境模擬實驗室設(shè)計、研發(fā)和建造的高新技術(shù)企業(yè)。項目遍布全國各大軍工院所、各重點科研行業(yè)，與南航建立了產(chǎn)學(xué)研基地、與北航建立了緊密的合作機制，為多家科研院所設(shè)計和建造了各類環(huán)境模擬試驗室，易盛泰和以環(huán)境模擬行業(yè)多領(lǐng)域應(yīng)用的專業(yè)性綜合實力，確立了在國內(nèi)環(huán)境模擬行業(yè)的領(lǐng)先地位。