CN105157988A - 一种基于测压孔的汽车整车风洞力压同测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于测压孔的汽车整车风洞力压同测方法，用以在汽车风洞中同时测量待测汽车或模型的空气动力和表面压力，该方法包括以下步骤：1)在待测汽车或模型表面测压位置设置多个空气动力测压的测压孔，将压力扫描阀设置在待测汽车或模型内部，并通过软管与多个测压孔连接；2)采用轮下连接的方式将待测汽车或模型固定在汽车风洞的应变天平上，并确定压力扫描阀导线的引出和固定方式；3)通过应变天平测量待测汽车或模型所受的空气动力，并同时通过压力扫描阀测量待测汽车或模型的表面压力；4)得出汽车风洞试验力压同测方法的测试精度。与现有技术相比，本发明具有精度高、耗时短、适用范围广等优点。

Description

一种基于测压孔的汽车整车风洞力压同测方法

技术领域

本发明涉及汽车风洞测试技术领域，尤其是涉及一种基于测压孔的汽车整车风洞力压同测方法。

背景技术

过去10年，中国汽车需求的不断增长促使国内汽车市场快速发展，并已形成比较完整的工业体系。据统计，2009年我国汽车产销量分别达到1379.10万辆和1364.48万辆，超过美国和日本，位居世界第一。之后几年，我国汽车产销量保持快速增长势头，分别在2010年达到1826.47万辆和1806.19万辆，2011年达到1841.89万辆和1850.51万辆，2012年达到1927.18万辆和1930.64万辆，2013年达到2211.68万辆和2198.41万辆。汽车产业飞速发展和消费者对汽车性能要求的不断提高，促使汽车企业投入大量人力、物力开展车身空气动力学、热环境及振动与噪声等各方面研究。汽车整车风洞在这些研究工作中起到不可替代的作用。但在整车风洞中对汽车进行实验或测试工作时，经常采用空气动力和表面压力分别测量的方法，这样使得测试效率低下且费用高昂；或者基于贴片式测压进行空气动力和表面压力同时测量的做法，虽然可节省测试时间和费用，但是对低阻车型周围流场干扰大，使测量数据存在较大的偏差。国家燃油限值要求的日益严格，使得低阻车型成为设计主流，因此测压孔日益受到重视。目前急需对基于测压孔的力/压同测技术进行研究，以适应汽车发展的要求，提高风洞测试精度及效率。

目前，奥迪汽车公司、宝马汽车公司、奔驰汽车公司等国外整车厂和风洞测试中都是采用力/压分测的实验方法，国内车企及测试中心也普遍采用力/压分测的实验方法，或采用贴片式测压实现力/压同测。目前尚未有以测压孔为基础的力/压同测方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种精度高、耗时短、适用范围广的基于测压孔的汽车整车风洞力压同测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于测压孔的汽车整车风洞力压同测方法，用以在汽车风洞中同时测量待测汽车或模型的空气动力和表面压力，该方法包括以下步骤：

1)在待测汽车或模型表面测压位置设置多个空气动力测压的测压孔，将压力扫描阀设置在待测汽车或模型内部，并通过软管与多个测压孔连接；

2)采用轮下连接的方式将待测汽车或模型固定在汽车风洞的应变天平上，通过保形盖板遮蔽轮底连接口，并确定压力扫描阀导线的引出和固定方式；

3)在气动测试的基本工况下，通过应变天平测量待测汽车或模型所受的空气动力，并同时通过压力扫描阀测量待测汽车或模型的表面压力；

4)根据测得的空气动力和表面压力获取待测汽车或模型的气动力系数和气动力矩系数，与力压分测方法获得的气动力系数和气动力矩系数进行对比，得出汽车风洞试验力压同测方法的测试精度。

所述的步骤2)中的空气动力包括气动阻力、气动侧力、气动升力、侧倾力矩、俯仰力矩和横摆力矩。

所述的步骤2)中，气动测试的基本工况包括无偏航角的雷诺数扫掠测试和有偏航角的扫掠测试。

所述的待测汽车包括传统型整车和低阻型整车，待测模型包括全尺寸模型车和缩比模型车。

所述的汽车风洞包括开口式整车风洞、闭口式整车风洞和缩比模型风洞。

所述的步骤3)中气动力系数和气动力矩系数的计算式为：

$C_F=\frac{2F}{{\mathrm{\ρV}}_{\mathrm{\∞}}^{2}S}$

$C_M=\frac{2M}{{\mathrm{\ρV}}_{\mathrm{\∞}}^{2}SL}$

其中，C_F为气动力系数，C_M为气动力矩系数，F为气动力，M为气动力矩，ρ为空气密度，V_∞为测试风速，S为车体横截面积，L为车体特征长度。

所述的步骤1)中压力扫描阀导线的引出方式和固定方式为：

从待测汽车或模型的左后轮后方贴着车轮引出直到地面，然后沿着垂直于待测汽车或模型的车身中轴线的方向向外贴地面引出，将压力扫描阀导线贴在地面上固定。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、适用于雷诺数扫掠工况及偏航工况的测试，与贴片式测压系统不同，测压孔技术不存在车体外型面的导线布置，对流场及车体表面的压力分布几乎不存在干扰，所以对所有测试工况皆无需重新布线。

2、适用于不同结构的风洞及相应的汽车试验，因为本方法不牵涉到具体结构的风洞且测压孔系统在整车及模型车表面皆可实施，所以本发明的操作方法及概念可用于几乎所有的汽车风洞试验中。

3、精度高，由于在车体后轮背部的局部分离区中引出导线，对汽车整体外流场绕流结构影响最小，且导线布置的扁平构造将二次分离的影响降至最小，因此对气动阻力和表面压力的干扰极小。

4、在保证精度的基础上，采用力压同测法可减少近一半的测试时间(含连接测压管及二次起风时间)，由于风洞测试费用与测试时间成正比，进而节省了风洞使用单位近一半的测试费用；对于风洞测试单位，在相同的测试周期内增加近一半的客户，经济效益和社会效益显著。

附图说明

图1为测压孔制作示意图

图2为MIRA风洞试验的试验段示意图。

图3为扫描阀导线引出方式示意图。

图4为雷诺数扫掠误差绝对值图，其中，图(4a)为阻力系数误差绝对值图，图(4b)为升力系数误差绝对值图，图(4c)为俯仰力矩系数误差绝对值图。

图5为有偏航角扫掠误差绝对值图，其中，图(5a)为阻力系数误差绝对值图，图(5b)为升力系数误差绝对值图，图(5c)为侧向力系数误差绝对值图，图(5d)为侧倾力矩系数误差绝对值图，图(5e)为俯仰力矩系数误差绝对值图，图(5f)为横摆力矩系数误差绝对值图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

本发明涉及到的车身表面压力测量方法：为了能够实现模型表面接触式压力测量，需要在待测的模型表面1上布置直径为1mm的测压钢管2，且测压钢管2轴线垂直于模型表面，测压钢管2再通过软管3与压力扫描阀测压模块上的管嘴相连，从而实现被测点风压的传递与测量，试验前先在车体模型上测压点处钻出直径6mm的通孔4，然后将长35mm，外径5.8mm的铝制套筒5安装到测压点处的通孔4中，铝制套筒5钻有1～1.1mm的内孔用于安插测压钢管2，测压钢管2后接软管3，再与压力扫描阀相连，为了使铝制套筒5布置测压钢管2的端面与测压点处的模型表面1光滑连接，在铝制套筒5安装完之后，再在数控机床上将超出模型表面1的部分车除，如图1所示。

如图2所示，图为MIRA风洞试验的试验段示意图，试验段前部有一段收缩段，气流由喷口流入试验段，试验模型即MIRA车体，安装在车头距离喷口3m左右的试验段中轴线处，将测压软管与压力扫描阀相连接，并将压力扫描阀置于车体内部；采用轮下连接方式将待测汽车或模型固定在汽车风洞的应变天平支撑结构上，通过保形盖板遮蔽轮底连接口，将压力扫描阀导线在后车轮背部引出直至地面，然后导线沿着垂直于车身中轴线的方向向外贴着地面引出，导线束长度为3.5m，宽度为80mm，高度20mm；用宽胶带将导线固定于车体及风洞地板上。

由于测压孔及扫描阀系统与应变式天平相互独立所以实现力压同测；由于在局部流动分离区引出导线，对汽车整体外流场绕流结构影响最小，因此使得雷诺数扫掠工况及偏航工况的气动“六分力”测量误差皆得以有效控制。

下面将通过实例来说明本发明的精度判定准则、导线连接方法和取值准则。

精度判定准则：以力/压分测气动力实验值为基准，采用绝对误差绝对值的方法评定力/压同测方法得到的气动力实验值。

导线连接方式：由车体左后轮及车身连接处引出压力扫描阀导线，在车轮被风侧顺车轮延长至转盘地板，在转盘内将导线固接于地面，管线宽度控制在80mm左右，厚度控制在20mm左右，长度为3.5m。

取值准则：气动力/力矩系数误差绝对值小于0.006。

试验对象:全尺寸MIRA模型车。

风洞构造：开口回流式整车风洞-上海地面交通工具风洞中心气动-声学风洞

试验采用两步法：1、测试无压力测量引线时的气动力；2、将压力扫描阀导线引出车体并与车体左后轮及转盘贴合后，如图3所示，图为压力扫描阀导线的引出方式：从左后轮后方贴着车轮引出直到地面，然后沿着垂直于车身中轴线的方向向外贴着地面引出，长度为3.5m，导线束宽度为80mm，高度20mm；固定方式为：宽胶带将导线贴在地面上，测试模型气动力数据。实验过程涵盖偏航工况，偏航角范围[-20°,20°]，正偏航取顺时针方向，负偏航取逆时针方向。

如图4a-4c所示，在实验雷诺数范围内，力/压同测时所测阻力系数(简记：C_D同，同状态下其他系数亦以下标“同”标记)与力/压分测时所测阻力系数(简记：C_D分，其他系数亦以下标“分”标记)极其接近，∣ΔC_D∣<0.0014，且随风速的增加而减小；升力系数误差为：∣ΔC_L∣<0.004，其中∣ΔC_LF∣<0.0028，∣ΔC_LR∣<0.0027，且当风速高于120km/h时，升力系数误差绝对值随风速增加皆增大；由于C_S同与C_S分皆接近于0，所以认为一致；俯仰力矩系数较接近，∣ΔC_MY∣<0.002。

在偏航工况下，误差绝对值最大值见表1。对于C_D、C_L、C_S、C_MZ，在正偏航工况下实验值与力/压分测时结果更吻合；对于C_LF、C_LR、C_MX、C_M在负偏航工况下实验值与力/压分测时结果更吻合；以误差绝对值0.005为准，对于C_LF、C_MX、C_MZ，可认为在正负偏航工况下的实验值皆与力/压分测时结果吻合。

表1误差绝对值最大值

因此，对于无偏航工况，采用本实验所用扫描阀导线引出方式，力/压同测与力/压分测的数据误差绝对值可控制在0.004以内。

对于偏航工况，必须进行正负偏航扫掠，且气动阻力取正偏航测试值，气动升力取负偏航测试值，侧向力取正偏航测试值，侧倾力矩取负偏航测试值，俯仰力矩取负偏航测试值，横摆力矩取正偏航测试值，可保证误差绝对值控制在0.006以内。

如图5a-5f所示，图中显示了偏航工况下两种实验状态气动力系数以气动力矩系数的误差，需要说明的是：1、风速保持80km/h不变；2、正偏航工况下，地面管线完全处在迎风侧，负偏航工况下，地面管线在一定程度上被车体掩盖，部分处于被风侧。对于CD、CS和CMZ来说，正偏航工况下力/压同测与力/压分测的实验结果更吻合，误差分别不超过0.003、0.006和0.002；对于CL、CMX和CMY来说，负偏航工况下力/压同测与力/压分测的实验结果更吻合，误差不超过0.005、0.001和0.004。

Claims (7)

1.一种基于测压孔的汽车整车风洞力压同测方法，用以在汽车风洞中同时测量待测汽车或模型的空气动力和表面压力，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)在待测汽车或模型表面测压位置设置多个空气动力测压的测压孔，将压力扫描阀设置在待测汽车或模型内部，并通过软管与多个测压孔连接；

2)采用轮下连接的方式将待测汽车或模型固定在汽车风洞的应变天平上，通过保形盖板遮蔽轮底连接口，并确定压力扫描阀导线的引出和固定方式；

3)在气动测试的基本工况下，通过应变天平测量待测汽车或模型所受的空气动力，并同时通过压力扫描阀测量待测汽车或模型的表面压力；

4)根据测得的空气动力和表面压力获取待测汽车或模型的气动力系数和气动力矩系数，与力压分测方法获得的气动力系数和气动力矩系数进行对比，得出汽车风洞试验力压同测方法的测试精度。

2.根据权利要求1所述的一种基于测压孔的汽车整车风洞力压同测方法，其特征在于，所述的步骤2)中的空气动力包括气动阻力、气动侧力、气动升力、侧倾力矩、俯仰力矩和横摆力矩。

3.根据权利要求1所述的一种基于测压孔的汽车整车风洞力压同测方法，其特征在于，所述的步骤2)中，气动测试的基本工况包括无偏航角的雷诺数扫掠测试和有偏航角的扫掠测试。

4.根据权利要求1所述的一种基于测压孔的汽车整车风洞力压同测方法，其特征在于，所述的待测汽车包括传统型整车和低阻型整车，待测模型包括全尺寸模型车和缩比模型车。

5.根据权利要求1所述的一种基于测压孔的汽车整车风洞力压同测方法，其特征在于，所述的汽车风洞包括开口式整车风洞、闭口式整车风洞和缩比模型风洞。

6.根据权利要求1所述的一种基于测压孔的汽车整车风洞力压同测方法，其特征在于，所述的步骤4)中气动力系数和气动力矩系数的计算式为：

$C_F=\frac{2F}{{\mathrm{\&rho;V}}_{\mathrm{\&infin;}}^{2}S}$

$C_M=\frac{2M}{{\mathrm{\&rho;V}}_{\mathrm{\&infin;}}^{2}SL}$

其中，C_F为气动力系数，C_M为气动力矩系数，F为气动力，M为气动力矩，ρ为空气密度，V_∞为测试风速，S为车体横截面积，L为车体特征长度。

7.根据权利要求1所述的一种基于测压孔的汽车整车风洞力压同测方法，其特征在于，所述的步骤1)中压力扫描阀导线的引出方式和固定方式为：

从待测汽车或模型的左后轮后方贴着车轮引出直到地面，然后沿着垂直于待测汽车或模型的车身中轴线的方向向外贴地面引出，将压力扫描阀导线贴在地面上固定。