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科技

好车在这里“吹”出来

来源:网络整理点击:时间:2019-08-07 20:53

  汽车环境风洞里进行造雪实验

  汽车风洞内巨大的风机

  汽车风洞能够模拟各种行车环境中遇到的空气阻力、噪声、热力学状态,以及天气环境甚至太阳辐射等,用以测试样车的安全性和操纵稳定性,它也是汽车外形设计、整车热管理开发过程中必不可少的环节。

  近日,中国中西部地区首座汽车风洞在重庆落成。据了解,该风洞由国际一流水平的全尺寸汽车空气动力学—声学风洞(AAWT)(以下简称气动—声学风洞)和汽车环境风洞(CWT)组成,并配置高低温环境舱、五轴联动数控加工中心和1200核高性能仿真计算平台等设施,是目前世界上最先进的风洞之一。

  那么,这座汽车风洞有哪些亮眼的科技元素?又有何先进之处?记者采访了相关专家。

   风洞“心脏”采用特殊设计

  在气动—声学风洞里,科技日报记者看到一辆车正在进行汽车风阻测试,在特意设计的白烟的帮助下,风遇到车后的动态变化情况就被清晰地展示了出来。

  “在汽车风洞中可模拟出汽车所遇到的风从0—300千米/小时的速度变化,这么高的速度范围,一方面有风洞收缩段的加速作用,但更为重要的是风洞中最核心的设备——风机系统发挥了关键作用。”中国汽研汽车风洞中心主任王勇说,气动—声学风洞就像让汽车站上“跑步机”,研究人员通过风洞试验,可获得包括风阻系数、风噪性能、行驶稳定性、侧风响应、车内外噪声等数据。而风机系统对于汽车风洞而言就是其心脏,也是风洞先进性的体现。

  “汽车风洞吹风是有讲究的。”王勇介绍,风洞风机系统的基本原理与我们日常生活中使用的电风扇的原理类似,主要由电机和叶片组成,也叫轴流式风机。不过要能模拟出汽车从零到百公里加速度过程中面临的各种风速,就需要风机电机具备数千千瓦的额定功率。而且相比家用电扇效率只有50%,风洞风机的效率最高可达90%以上,大大地节约电能。风洞风机想要达到如此高的效率需要对风机进行大量的特殊设计,例如,选择适宜的轮毂比和特别优化的叶型,叶片通常需要使用碳纤维材料,叶片与机壳的间隙不超过风机直径的千分之一等。比如梅赛德斯—奔驰汽车于2013年投入使用的最新汽车风洞,该空气动力学风洞风机直径9米,最大功率5300千瓦,由18片碳纤维叶片提供高达265千米/小时的试验风速。

  “我们建设时就对标的是奔驰汽车最新汽车风洞。”王勇说,中国汽研气动—声学风洞的风机是具有世界一流水平的轴流式风机系统,其功率为4000千瓦左右,最高风速可达250千米/小时,叶片则采用了18片碳纤维叶片,直径达9米,具备极高的控制精度和效率。

  多环节降噪打造“安静洞”

  汽车风噪性能的开发已经成为了继风阻之后车企又一重点关注的领域,风噪是最为常见的汽车噪音之一,它是由于汽车在高速行驶的过程中,风的压力超过车门的密封阻力产生的,行驶速度越快,风噪越大。风噪的响声非常特别,流速很快的风与车体的门窗或金属缝隙形成边角摩擦,产生高响度的摩擦音,具有很强的穿透力和刺激性,高速运转持续的时间越长,风噪的危害就会越突出,并逐渐累积,给乘坐车辆的人带来强烈的不舒适感。在风噪开发中,最主要的试验设备就是低噪声的气动—声学风洞。相比模型风洞、空气动力学整车风洞,气动—声学风洞因为对风洞的噪声源进行了消声处理,具备汽车声学测量的条件。

  气动—声学风洞是一座3/4开口的回流式风洞,它具有动力段、扩散段、驻室、收集口、拐角导流片、稳定段、换热器等部件,试验段喷口面积为28平方米,试验段长度为19米。

  中国汽研高级工程师陈军介绍,为了做到低噪声,风洞在设计上就从噪声源和噪声传播途径两个方面对风洞背景噪声进行了控制。他们对风机叶片翼型、安装角度、叶顶间隙等进行声学优化;对拐角导流片、收集口、扩散段、风机出入口、尾锥和流道进行声学消声处理;驻室侧壁和天花板进行声学消声处理,形成截止频率为50赫兹的半消声室,满足车辆声学试验的要求;优化的收集口设计,以消除低频颤振带来的噪声;同时,尽量减小驻室内反射面如移动测量系统、行车、灯具等,减少噪声源。经过一系列的风洞消声处理,目前在140千米/小时的风速下该风洞的背景噪声仅为58分贝,完全可以满足汽车气动噪声的测量要求,跻身世界最安静的汽车风洞之列。

  地面之下暗藏玄机

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