CN105372035A - 一种用于汽车风洞中完成侧风试验的牵引弹射系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于汽车风洞中完成侧风试验的牵引弹射系统，其特征在于：包括牵引弹射部分和信息采集部分；牵引弹射部分包括模型装置，弹性绳，机械锁止装置，第一电磁铁；模型装置上设置有弹性绳挂钩，第一电磁铁与机械锁止装置相配合对模型装置进行初始位置的定位，在以初始位置为基准背离模型装置运动方向的一侧设置有第一电磁铁；信息采集部分包括监测模型运动速度的速度传感器及监测模型所受气动力的测力传感器。本发明可以较为准确的模拟汽车在真实路面行驶时的侧风工况，有利于研究汽车在真实侧风工况下的气动力特征，而且耗能低，可重复性强，具有一定的节能性和耐久性，并保证了模型试验的稳定和安全。

Description

一种用于汽车风洞中完成侧风试验的牵引弹射系统

技术领域

本发明涉及一种用于汽车风洞中完成侧风试验的系统，特别是涉及一种用于汽车风洞中完成侧风试验的牵引弹射系统。

背景技术

传统的汽车风洞侧风试验方法主要是用横摆模型法、引入侧风法。但这两种方法均不能够准确的模拟汽车在道路行驶过程中的真实情况，对汽车的测试容易造成一定的误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于汽车风洞中完成侧风试验的牵引弹射装置，可以较为准确的模拟汽车在真实路面行驶时的侧风工况，有利于研究汽车在真实侧风工况下的气动力特征，而且耗能低，可重复性强，具有一定的节能性和耐久性，并保证了模型试验的稳定和安全。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

用于汽车风洞中完成侧风试验的牵引弹射系统，其特征在于：包括牵引弹射部分和信息采集部分；所述的牵引弹射部分包括模型装置，弹性绳，机械锁止装置，第一电磁铁；所述模型装置上设置有弹性绳挂钩，所述弹性绳通过所述弹性绳挂钩与所述模型装置连接，所述模型装置通过所述机械锁止装置固定在导轨上，所述第一电磁铁与所述机械锁止装置相配合对所述模型装置进行初始位置的定位，在以所述初始位置为基准背离所述模型装置运动方向的一侧设置有第一电磁铁；所述信息采集部分包括监测模型运动速度的速度传感器及监测模型所受气动力的测力传感器。

可选的，所述弹性绳的一端通过所述弹性绳挂钩与所述模型装置连接，另一端固定在所述导轨中间。

可选的，所述模型装置包括汽车模型和支撑部分，所述支撑部分包括测力传感器盒、模型支撑及导轨滑块，所述测力传感器设置于所述测力传感器盒内。

可选的，所述机械锁止装置包括锁止销、布置在导轨上的第一锁止孔及布置在所述导轨滑块上的第二锁止孔。

可选的，所述牵引弹射部分还包括绞盘，所述绞盘设置在所述第一电磁铁背离所述模型装置运动方向的一侧。

可选的，所述导轨分为加速段，试验段及减速段，所述牵引弹射部分还包括第二电磁铁，所述第二电磁铁设置在所述减速段的终点外与所述模型装置运动方向同向的一侧；所述模型装置从所述加速段出发，进入所述试验段，并在所述试验段做匀速运动，然后进入所述减速段，在所述减速段，所述模型装置在所述弹性绳的弹性力及所述第二电磁铁的电磁力共同作用下做减速运动。

可选的，所述牵引弹射部分还包括防撞块，所述防撞块设置在所述减速段靠近所述第二电磁铁的位置。

利用所述的用于汽车风洞中完成侧风试验的牵引弹射系统进行汽车侧风试验的试验方法，其特征在于：所述牵引弹射系统包括牵引弹射部分和信息采集部分；所述的牵引弹射部分包括模型装置，弹性绳，机械锁止装置，第一电磁铁；所述模型装置上设置有弹性绳挂钩，所述弹性绳通过所述弹性绳挂钩与所述模型装置连接，所述模型装置通过所述机械锁止装置固定在导轨上，所述第一电磁铁与所述机械锁止装置相配合对所述模型装置进行初始位置的定位，在以所述初始位置为基准背离所述模型装置运动方向的一侧设置有第一电磁铁；所述信息采集部分包括监测模型运动速度的速度传感器及监测模型所受气动力的测力传感器；所述试验方法包括：将导轨划分为加速段，试验段及减速段；在所述加速段，将所述弹性绳的一端固定在导轨中间，另一端通过所述弹性绳挂钩与所述模型装置连接，开启所述第一电磁铁，在所述第一电磁铁的电磁力作用下，所述模型装置向所述第一电磁铁靠近，当电磁力与弹性绳弹力平衡时，启动所述机械锁止装置，使所述模型装置位于初始位置；打开所述机械锁止装置，并断开所述第一电磁铁，所述模型装置开始运动，此时，所述弹性绳处于完全松弛状态，所述模型装置匀速进入所述试验段；在所述试验段，所述速度传感器对所述模型装置进行速度监测，同时所述测力传感器测量气动力数据，并将所述气动力数据进行实时传输。

可选的，所述牵引弹射系统还包括第二电磁铁及防撞块，所述第二电磁铁设置在所述减速段的终点外与所述模型装置运动方向同向的一侧，所述防撞块设置在所述减速段靠近所述第二电磁铁的位置；所述试验方法还包括：在所述模型装置即将到达所述减速段终点时，开启所述第二电磁铁，在所述弹性绳产生的弹性阻力和所述第二电磁铁产生的电磁力共同作用下，所述模型装置以较小速度撞击到所述防撞块上，此时，所述模型装置制动完成。

可选的，所述牵引弹射系统还包括绞盘，所述绞盘设置在所述第一电磁铁背离所述模型装置运动方向的一侧；所述试验方法还包括：所述模型装置制动完成后，卸掉所述弹性绳，并将所述绞盘上的钢丝绳挂在所述模型装置的尾端，将所述模型装置拉回初始位置。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

1、本装置可以较为准确模拟汽车在真实路面行驶时候的侧风工况及各气动力的瞬态变化情况，通过数据采集装置能够实时收集大量实验数据，有利于研究汽车在真实侧风工况下的气动力特征，为汽车专业风洞中的模型侧风试验提供了一种具体可行的技术方案，为车辆空气动力学开发工作提供试验支撑；

2、采用牵引弹射装置，结合传感器测量反馈技术，可较为方便地根据模型车辆的初始速度，调节装置布置参数，从而实现多种工况下的侧风试验；

3、实验装置中采用弹性力驱动模型运动，耗能低，可重复性强，具有一定的节能性和耐久性。在实验过程中通过锁止机构、电磁铁及防撞块等安全保护措施，保证了模型试验的稳定和安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的整体示意图；

图2为本发明实施例的俯视图；

图3为本发明速度传感器的布置方式示意图；

图4为本发明支撑部分的机构示意图；

图中：1绞盘，2第一电磁铁，3模型装置，3.1测力传感器盒，3.2模型支撑，3.3导轨滑块，4弹性绳挂钩，5导轨，6实验平台支架，7速度传感器，8弹性绳，9模拟地平面，10防撞块，11第二电磁铁。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种用于汽车风洞中完成侧风试验的牵引弹射装置，可以较为准确的模拟汽车在真实路面行驶时的侧风工况，有利于研究汽车在真实侧风工况下的气动力特征，而且耗能低，可重复性强，具有一定的节能性和耐久性，并保证了模型试验的稳定和安全。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-4所示的本发明实施例，主要包括牵引弹射部分和信息采集部分；牵引弹射部分包括模型装置3，弹性绳8，机械锁止装置，第一电磁铁2；模型装置3上设置有弹性绳挂钩4，弹性绳8通过弹性绳挂钩4与模型装置3连接，模型装置3通过机械锁止装置固定在导轨上，第一电磁铁2与机械锁止装置相配合对模型装置3进行初始位置的定位，在以初始位置为基准背离模型装置3运动方向的一侧设置有第一电磁铁2，在第一电磁铁2的电磁力作用下，模型装置3向第一电磁铁2靠近，当电磁力与弹性绳弹力平衡时，启动机械锁止装置，将模型装置3定位在初始位置，当进行实验时，打开机械锁止装置，此时，只有第一电磁铁2的电磁力作用于模型装置3上，可以减少摩擦力等因素对模型装置3初始速度的影响，再将第一电磁铁2断开，模型装置3开始运动；信息采集部分包括监测模型运动速度的速度传感器7及监测模型所受气动力的测力传感器。

弹性绳8的一端通过弹性绳挂钩4与模型装置3连接，另一端固定在导轨中间。

模型装置3包括汽车模型和支撑部分，支撑部分包括测力传感器盒3.1、模型支撑3.2及导轨滑块3.3，测力传感器设置于测力传感器盒3.1内，汽车模型与支撑部分是固定在一起的，导轨滑块沿导轨做运动。

机械锁止装置包括锁止销、布置在导轨上的第一锁止孔及布置在导轨滑块上的第二锁止孔，可以通过机械锁止装置将模型装置3固定在导轨的初始位置上。

牵引弹射部分还包括绞盘1，绞盘1设置在第一电磁铁2背离模型装置3运动方向的一侧，绞盘1上设有钢丝绳，可以与模型装置3连接，并将其拉回初始位置。

导轨分为加速段，试验段及减速段，牵引弹射部分还包括第二电磁铁11，第二电磁铁11设置在减速段的终点外与模型装置3运动方向同向的一侧；模型装置3从加速段出发，进入试验段，并在试验段做匀速运动，然后进入减速段，在减速段，模型装置3在弹性绳8的弹性力及第二电磁铁11的电磁力共同作用下做减速运动。

牵引弹射部分还包括防撞块10，防撞块10设置在减速段靠近第二电磁铁11的位置，在模型装置3将要制动时起到缓冲作用。

一种进行汽车侧风试验的试验方法，该方法应用于汽车风洞中完成侧风试验的牵引弹射系统，其特征在于：牵引弹射系统包括牵引弹射部分和信息采集部分；牵引弹射部分包括模型装置3，弹性绳8，机械锁止装置，第一电磁铁2；模型装置3上设置有弹性绳挂钩4，弹性绳8通过弹性绳挂钩4与模型装置2连接，模型装置2通过机械锁止装置固定在导轨上，第一电磁铁2与机械锁止装置相配合对模型装置3进行初始位置的定位，在以初始位置为基准背离模型装置3运动方向的一侧设置有第一电磁铁2；信息采集部分包括监测模型运动速度的速度传感器7及监测模型所受气动力的测力传感器；

试验方法包括：将导轨划分为加速段，试验段及减速段；在加速段，将弹性绳8的一端固定在导轨中间，另一端通过弹性绳挂钩4与模型装置3连接，开启第一电磁铁2，在第一电磁铁2的电磁力作用下，模型装置3向第一电磁铁2靠近，当电磁力与弹性绳弹力平衡时，启动机械锁止装置，使模型装置3静止在初始位置；

打开锁止装置，断开第一电磁铁2，驱动模型将会在弹性绳8的弹性力下运动，在忽略摩擦的假定下，通过前期计算，将弹性绳的长度、弹性模量及布置位置进行设计，以达到如下效果：弹性绳8牵引模型装置3进入试验段之前完全松弛，此阶段实验模型装置3不受弹性力作用，仅在光滑导轨的较小的摩擦力及空气阻力作用下运动。模型装置3会以需要的实验车速匀速进入试验段。

在试验段，速度传感器7监测模型速度以保证实时车速在既定允许范围内，在此过程中测力传感器测量气动力数据，并将所述气动力数据进行实时传输。

牵引弹射系统还包括第二电磁铁11及防撞块10，第二电磁铁11设置在减速段的终点外与模型装置3运动方向同向的一侧，防撞块10设置在减速段靠近第二电磁铁11的位置。

试验方法还包括：在模型装置即将到达减速段终点时，开启第二电磁铁11，在弹性绳8产生的弹性阻力和第二电磁铁11产生的电磁力共同作用下，模型装置3以较小速度撞击到防撞块10上，此时，模型装置3制动完成。

牵引弹射系统还包括绞盘1，绞盘1设置在第一电磁铁2背离模型装置3运动方向的一侧；

试验方法还包括：模型装置3制动完成后，卸掉弹性绳8，并将绞盘1上的钢丝绳挂在模型装置3的尾端，将模型装置3拉回初始位置。

根据试验计划可对试验车速进行预设的调节，从而使车速实现由低到高的多组车速变化。每一个实验车速下需要对弹性绳拉伸量、模型装置初始位置及模型预期停止位置进行重新计算和设计。

对于模型位置与车速对应关系的计算原理简述如下：

根据能量守恒，有：

$\frac{1}{2}{\mathrm{kx}}^2-w_f-w_D=\frac{1}{2}{\mathrm{mv}}^2$

其中，k为弹性绳弹性系数，x为弹性绳拉伸量，w_f为摩擦力做功，w_D为空气阻力做功。

w_f＝∫F_fd_xw_D＝∫F_Dd_x $F_D=\frac{1}{2}{C}_D{\mathrm{A\ρv}}^2$

C_D为空气阻力系数，r为空气密度，其中，用于计算此处F_D的C_D取当前工况下CFD仿真结果的平均值作为预估值。

v为预设车速，m为模型装置总质量，模型初始位置(即以模型装置3到模拟地面平台9中心距离)可表示为弹性绳自然长度x₀与伸长量x之和。

同理，当v＝0时，x为某一负值，表示模型装置3在与初始位置相反一侧的某一位置上停止运动。

速度传感器7如图3所示。该传感器采用光电式传感器，布置在模型运动轨道下方，布置数量为7个，匀速阶段布置间距250mm。该传感器用于在模型加速阶段监测模型运动速度加速梯度，在匀速阶段监测模型速度是否在预设速度允许误差范围内(速度误差在5％范围内)。在模型减速阶段，速度传感器用于监测速度下降变化梯度。

测力传感器如图4中所示。该传感器采用压电类型传感器，内置于测力传感器盒3.1中，布置于模型支撑3.2下方，在匀速运动阶段采集实验模型由于受力引起的电压变化信号，并将此信号实时无线传输给信号放大端及信号转换系统，从而转换成气动力数据，完成实验目的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于汽车风洞中完成侧风试验的牵引弹射系统，其特征在于：包括牵引弹射部分和信息采集部分；所述的牵引弹射部分包括模型装置，弹性绳，机械锁止装置，第一电磁铁；所述模型装置上设置有弹性绳挂钩，所述弹性绳通过所述弹性绳挂钩与所述模型装置连接，所述模型装置通过所述机械锁止装置固定在导轨上，所述第一电磁铁与所述机械锁止装置相配合对所述模型装置进行初始位置的定位，在以所述初始位置为基准背离所述模型装置运动方向的一侧设置有第一电磁铁；所述信息采集部分包括监测模型运动速度的速度传感器及监测模型所受气动力的测力传感器。

2.根据权利要求1所述的一种用于汽车风洞中完成侧风试验的牵引系统，其特征在于：所述弹性绳的一端通过所述弹性绳挂钩与所述模型装置连接，另一端固定在所述导轨中间。

3.根据权利要求1所述的一种用于汽车风洞中完成侧风试验的牵引系统，其特征在于:所述模型装置包括汽车模型和支撑部分，所述支撑部分包括测力传感器盒、模型支撑及导轨滑块，所述测力传感器设置于所述测力传感器盒内。

4.根据权利要求1所述的一种用于汽车风洞中完成侧风试验的牵引系统，其特征在于：所述机械锁止装置包括锁止销、布置在导轨上的第一锁止孔及布置在所述导轨滑块上的第二锁止孔。

5.根据权利要求1所述的一种用于汽车风洞中完成侧风试验的牵引系统，其特征在于：所述牵引弹射部分还包括绞盘，所述绞盘设置在所述第一电磁铁背离所述模型装置运动方向的一侧。

6.根据权利要求1所述的一种用于汽车风洞中完成侧风试验的牵引系统，其特征在于：所述导轨分为加速段，试验段及减速段，所述牵引弹射部分还包括第二电磁铁，所述第二电磁铁设置在所述减速段的终点外与所述模型装置运动方向同向的一侧；所述模型装置从所述加速段出发，进入所述试验段，并在所述试验段做匀速运动，然后进入所述减速段，在所述减速段，所述模型装置在所述弹性绳的弹性力及所述第二电磁铁的电磁力共同作用下做减速运动。

7.根据权利要求6所述的一种用于汽车风洞中完成侧风试验的牵引系统，其特征在于：所述牵引弹射部分还包括防撞块，所述防撞块设置在所述减速段靠近所述第二电磁铁的位置。

8.一种进行汽车侧风试验的试验方法，所述方法应用于权利要求1所述的用于汽车风洞中完成侧风试验的牵引弹射系统，其特征在于：

所述牵引弹射系统包括牵引弹射部分和信息采集部分；所述的牵引弹射部分包括模型装置，弹性绳，机械锁止装置，第一电磁铁；所述模型装置上设置有弹性绳挂钩，所述弹性绳通过所述弹性绳挂钩与所述模型装置连接，所述模型装置通过所述机械锁止装置固定在导轨上，所述第一电磁铁与所述机械锁止装置相配合对所述模型装置进行初始位置的定位，在以所述初始位置为基准背离所述模型装置运动方向的一侧设置有第一电磁铁；所述信息采集部分包括监测模型运动速度的速度传感器及监测模型所受气动力的测力传感器；

所述试验方法包括：

将导轨划分为加速段，试验段及减速段；

在所述加速段，将所述弹性绳的一端固定在导轨中间，另一端通过所述弹性绳挂钩与所述模型装置连接，开启所述第一电磁铁，在所述第一电磁铁的电磁力作用下，所述模型装置向所述第一电磁铁靠近，当电磁力与弹性绳弹力平衡时，启动所述机械锁止装置，使所述模型装置位于初始位置；

打开所述机械锁止装置，并断开所述第一电磁铁，所述模型装置开始运动，此时，所述弹性绳处于完全松弛状态，所述模型装置匀速进入所述试验段；

在所述试验段，所述速度传感器对所述模型装置进行速度监测，同时所述测力传感器测量气动力数据，并将所述气动力数据进行实时传输。

9.根据权利要求8所述的一种进行汽车侧风试验的试验方法，其特征在于：

所述牵引弹射系统还包括第二电磁铁及防撞块，所述第二电磁铁设置在所述减速段的终点外与所述模型装置运动方向同向的一侧，所述防撞块设置在所述减速段靠近所述第二电磁铁的位置；

所述试验方法还包括：在所述模型装置即将到达所述减速段终点时，开启所述第二电磁铁，在所述弹性绳产生的弹性阻力和所述第二电磁铁产生的电磁力共同作用下，所述模型装置以较小速度撞击到所述防撞块上，此时，所述模型装置制动完成。

10.根据权利要求8所述的一种进行汽车侧风试验的试验方法，其特征在于：

所述牵引弹射系统还包括绞盘，所述绞盘设置在所述第一电磁铁背离所述模型装置运动方向的一侧；

所述试验方法还包括：所述模型装置制动完成后，卸掉所述弹性绳，并将所述绞盘上的钢丝绳挂在所述模型装置的尾端，将所述模型装置拉回初始位置。