CN110296808A - 一种比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台，包括：台架；车轮安装轴，其可旋转支撑在所述台架上；安装平板，其支撑在所述台架上方，且表面具有滑槽；驱动电机，其可拆卸设置在所述安装平板上，并能够沿所述滑槽移动，进而靠近或远离所述车轮安装轴；传动带；两个移动带系统，其分别设置在安装平板两侧，能够支撑并带动模型车轮旋转；其中，所述模型车轮套设在所述车轮安装轴两端，并能够随所述车轮安装轴旋转，本发明提供的驱动电机并能够沿滑槽移动，进而靠近或远离车轮安装轴，以用于不同轴距汽车模型试验，还公开了一种一比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台控制方法。

Description

一种比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车风洞试验技术领域，更具体的是，本发明涉及一种一比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台和一种一比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台控制方法。

背景技术

目前，全球大力提倡发展低碳经济，汽车领域降阻减排无疑是低碳经济的重要一环。随着国内汽车行业的快速发展，汽车空气动力研究在整车研发中越来越受到重视。研究表明，车轮和轮罩所形成的气动阻力占到整车总气动阻力的30％，所以，车轮和轮罩部分的空气动力学研究已经成为了热点，而车轮的旋转会对流场产生很大影响，为了提高仿真和试验精度，目前很多研究者将目光集中在实现车轮的旋转以贴合车辆实际行驶状态，且轮胎变形在仿真中较难实现。试验研究是理论分析和数值计算的基础，并用来检验理论结果的正确性和可靠性，而汽车风洞是空气动力学研究的一种重要的实验设备。在造型初期，进行一比一模型风洞试验和实车试验都成本高昂。

发明内容

本发明设计开发了一种一比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台，驱动电机并能够沿滑槽移动，进而靠近或远离车轮安装轴，以用于不同轴距汽车模型试验。

本发明还有一个目的是可以通过调整支撑垫板的厚度来调整模型的离地间隙，同时实现车轮装载变形，为轮胎变形数值仿真模拟研究提供试验依据。

本发明还给出了一种一比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台控制方法，通过改变试验风速和调整所述边界层抽吸系统抽吸口与汽车模型的间距调整抽吸流量，保证抽吸效果。

本发明提供的技术方案为：

一种一比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台，包括：

台架；

车轮安装轴，其可旋转支撑在所述台架上；

模型车轮，其套设在所述车轮安装轴两端，并能够随所述车轮安装轴旋转；

安装平板，其支撑在所述台架上方，且表面具有滑槽；

驱动电机，其可拆卸设置在所述安装平板上，并能够沿所述滑槽移动，进而靠近或远离所述车轮安装轴；

传动带，其为具有内齿的环形带，所述传动带一端套设在所述驱动电机输出轴上并与所述驱动电机输出轴啮合，另一端套设在所述车轮安装轴上，并与所述车轮安装轴啮合，能够使所述驱动电机输出轴和所述车轮安装轴同步旋转；

两个移动带系统，其分别设置在安装平板两侧，能够支撑并随所述模型车轮旋转。

优选的是，所述台架包括：

第一盖板；

第二盖板，其平行设置在所述第一盖板上方，并具有两个条形贯通孔；

多个支撑骨架，其间隔设置在所述第一盖板和所述第二盖板之间；

边界抽吸系统，其设置在所述第一盖板下方，所述边界抽吸系统两端的抽吸口连通所述条形贯通孔；

导流结构，其连接所述第一盖板和所述第二盖板，位于所述盖板一侧。

优选的是，还包括：

承载横梁，其支撑在所述边界抽吸系统和所述第二盖板之间；

支撑立柱，其设置在所述承载横梁和所述安装平板之间。

优选的是，还包括：支撑垫板，其设置在所述支撑立柱和所述安装平板之间。

优选的是，还包括：安装平板，其可拆卸连接所述驱动电机，并滑动设置在所述滑槽内。

优选的是，所述车轮安装轴包括：

主动轴；

第一联轴器，其一端连接所述主动轴一端；

第一从动轴，其一端连接所述第一联轴器另一端；

第二联轴器，其一端连接所述主动轴另一端；

第二从动轴，其一端连接所述第二联轴器另一端。

优选的是，还包括：

张紧立柱，其设置在所述传动带一侧；

张紧支架，其为“T”型架，一端套设在所述支撑柱上；

张紧滚轮，其可旋转套设在所述张紧支架另一端；

其中，所述张紧支架能够沿所述张紧立柱滑动，使所述张紧轮与所述传动带贴合，所述传动带移动能够带动所述张紧滚轮旋转。

优选的是，所述移动带系统包括：

第一滚轮系，其设置在所述台架下方，位于所述台架一端；

第二滚轮系，其设置在所述台架下方，位于所述台架另一端；

移动带，其一端套设在所述第一滚轮系上，另一端套设在所述第二滚轮系上。

优选的是，还包括多个小滚轮，其设置在所述模型车轮底部，并与所述移动带啮合。

一种比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台控制方法，包括：

通过改变试验风速和调整所述边界层抽吸系统抽吸口与汽车模型的间距以保证抽吸效果，其计算公式为：

式中，δ为边界层厚度,y为到壁面的距离,v为试验风速,D为抽吸装置宽度；x为抽吸装置距离平台前缘距离,ρ为气体密度,μ为气体粘度。

本发明所述的有益效果

1、台架具有前端导流结构，支撑立柱采用翼型截面，其余支撑装置全部位于盖板以下，减小对于流场品质的干扰；采用皮托管对试验段流速实现反馈控制，避免由于导流结构存在导致的气体加速；

2、台架具有边界层抽吸系统和移动带系统，边界层抽吸流量可根据试验风速自动控制，减小边界层流动对于实验结果的影响；

3、可以通过调整支撑垫板的厚度来调整模型的离地间隙，同时实现车轮装载变形，为轮胎变形数值仿真模拟研究提供试验依据；

4、台架可适用于不同轴距和轮距的汽车模型试验，调节使用方便，试验成本低；且导流结构与盖板之间留有弧形槽，可跟随转盘转动以进行不同迎风角风洞试验。

附图说明

图1为本发明所述的一比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台的结构示意图。

图2为本发明所述的台架的右视图。

图3为本发明所述的实验平台前轴驱动装置示意图。

图4为本发明所述的移动带系统示意图。

图5为本发明所述安装标准汽车模型的台架正视图。

图6为本发明所述安装标准汽车模型的台架右视图。

图7为本发明所述安装车轮的前轴示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供的一比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台包括：台架100、移动带系统3、动力系统4和支撑系统5。

如图2所示，台架100包括：第一盖板8和第二盖板6，第二盖板6平行设置在第一盖板8上方，第二盖板6表面具有两个条形贯通孔；多个支撑骨架10间隔设置在第一盖板8和第二盖板6之间，使第一盖板8和第二盖板6之间具有间隙；边界抽吸系统7位于第一盖板8的下方，边界抽吸系统7两端具有抽吸口，抽吸口连通二盖板6表面的两个条形贯通孔。导流结构1，连接第一盖板8和第二盖板6，位于盖板一侧，作为前端导流结构，前端导流结构采用半NACA0012翼型截面前段，引导气流以消除台架100对于流场品质的干扰；皮托管2安装于导流结构之后，用于测量台架100上方气体流速，对试验段流速实现反馈控制。

导流结构1与盖板6之间留有弧形槽，可跟随转盘转动以进行不同迎风角风洞试验.

边界层抽吸装置7的抽吸流量可根据试验风速自动控制，且抽吸口须与模型保持合适间距以保证抽吸效果。

支撑系统5包括安装平板501、支撑立柱502、支撑垫板503；支撑系统安装于承载横梁9上，承载横梁与天平浮动框相连；安装平板501一方面用于安装驱动电机和传动带张紧装置，一方面与汽车模型内部骨架相连以固定模型；支撑立柱502的横截面采用NACA0012翼型截面，减小对流场的干扰，提高试验精度；支撑垫板503安装于支撑立柱502和承载横梁9之间，可以通过更换不同厚度的支撑垫板503来调整汽车模型的离地间隙，并实现轮胎的承载变形。

如图3所示，前后轴动力系统相同，仅以前轴动力系统为例加以详述，动力系统4包括驱动电机401、电机安装座402、传动齿轮403、传动带张紧装置404、传动带405、主动轴406、联轴器407、从动轴408、转速传感器409、编码盘410、传动轴支撑411。

传动轴支撑411支撑在第二盖板6上，位于安装平板501一侧，车轮安装轴，其可旋转支撑在所述传动轴支撑411上；安装平板501表面具有滑槽；驱动电机401通过电机安装板402可拆卸设置在安装平板501上，并能够沿滑槽移动，进而靠近或远离车轮安装轴，以用于不同轴距汽车模型试验。

传动带405为具有内齿的环形带，传动带405一端套设在驱动电机401输出轴上并与驱动电机401输出轴啮合，另一端套设在车轮安装轴上，并与车轮安装轴啮合，能够使驱动电机401输出轴和车轮安装轴同步旋转，传动带405采用齿形传动带，便于安装，传动精度高。

张紧装置用于张紧传动带，设置在传动带一侧，包括：张紧立柱412，张紧支架413为“T”型架，一端套设在张紧立柱412上，并能够沿张紧立柱412滑动，使张紧滚轮413与传动带405贴合；张紧滚轮413可旋转套设在张紧支架412另一端；其中，传动带405移动能够带动张紧滚轮413旋转。使用时，滑动张紧住家413，使张紧滚轮413与传动带405贴合，改变传动带405的运行距离，达到张紧作用。

车轮安装轴包括：主动轴406和两个从动轴408，两个从动轴408分别设置在主动轴406的两端，从动轴408与主动轴406通过联轴器407连接，待试验车轮模型套设置在从动轴408上，能随主动轴旋转，针对不同轮距汽车模型试验，对从动轴408进行更换即可。

在从动轴上安装转速传感器409和编码盘410，转速传感器409和编码盘410用于测量车轮转速，车轮转速须与试验风速相匹配。

如图4所示，移动带系统3包括大滚轴301、小滚轴302、移动带303；移动带系统3安装于天平浮动框上，以保证测力精度；小滚轴302用于支撑车轮，以实现车轮的承载变形；移动带303跟随车轮一起运动，移动速度为试验风速。

如图5-7所示，实施以一比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台的工作过程为例，作进一步说明

将模型车轮套设在所述车轮安装轴两端，检测当前模型车轮轴距；

根据试验车轴距计算模型车实验轴距，调整电机安装座402在滑槽中的位置，得到使模型车轮的轴距与模型车实验轴距相等。

开启驱动电机401带动模型车轮旋转，转速即为试验车速，开启移动带系统3，移动带系统3的移动速度即为试验风速。利用皮带管2检测流速。

本发明的台架具有前端导流结构，支撑立柱采用翼型截面，其余支撑装置全部位于盖板以下，减小对于流场品质的干扰；采用皮托管对试验段流速实现反馈控制，避免由于导流结构存在导致的气体加速；台架具有边界层抽吸系统和移动带系统，边界层抽吸流量可根据试验风速自动控制，减小边界层流动对于实验结果的影响；可以通过调整支撑垫板的厚度来调整模型的离地间隙，同时实现车轮装载变形，为轮胎变形数值仿真模拟研究提供试验依据；台架可适用于不同轴距和轮距的汽车模型试验，调节使用方便，试验成本低；且导流结构与盖板之间留有弧形槽，可跟随转盘转动以进行不同迎风角风洞试验。

一种比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台控制方法，包括：

通过改变试验风速和调整所述边界层抽吸系统抽吸口与汽车模型的间距以保证抽吸效果，其计算公式为：

式中，δ为边界层厚度,y为到壁面的距离,v为试验风速,D为抽吸装置宽度；x为抽吸装置距离平台前缘距离,ρ为气体密度,μ为气体粘度。

为验证对试验段流速的控制效果，在试验段选择九个点利用皮托管测量流速，试验风速为25m/s，坐标原点设在盖板6上表面对称线的最前端，九个点的坐标及测量结果如下表所示：

测点	1	2	3	4	5	6	7	8	9
										X(mm)	0	0	0	500	500	500	1000	1000	1000
Y(mm)	0	0	0	0	0	0	0	0	0
										Z(mm)	200	400	600	200	400	600	200	400	600
流速(m/s)	25.4	25.2	25.1	25.2	25.1	25.0	25.1	25.0	25.0

本发明通过改变试验风速和调整所述边界层抽吸系统抽吸口与汽车模型的间距调整抽吸流量，保证抽吸效果。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种一比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台，其特征在于，包括：

台架；

车轮安装轴，其可旋转支撑在所述台架上；

模型车轮，其套设在所述车轮安装轴两端，并能够随所述车轮安装轴旋转；

安装平板，其支撑在所述台架上方，且表面具有滑槽；

驱动电机，其可拆卸设置在所述安装平板上，并能够沿所述滑槽移动，进而靠近或远离所述车轮安装轴；

传动带，其为具有内齿的环形带，所述传动带一端套设在所述驱动电机输出轴上并与所述驱动电机输出轴啮合，另一端套设在所述车轮安装轴上，并与所述车轮安装轴啮合，能够使所述驱动电机输出轴和所述车轮安装轴同步旋转；

两个移动带系统，其分别设置在安装平板两侧，能够支撑并随所述模型车轮旋转。

2.根据权利要求1所述的一比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台，其特征在于，所述台架包括：

第一盖板；

第二盖板，其平行设置在所述第一盖板上方，且表面具有两个条形贯通孔；

多个支撑骨架，其间隔设置在所述第一盖板和所述第二盖板之间；

边界抽吸系统，其设置在所述第一盖板下方，所述边界抽吸系统两端的抽吸口连通所述条形贯通孔；

导流结构，其连接所述第一盖板和所述第二盖板，位于所述盖板一侧。

3.根据权利要求2所述的一比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台，其特征在于，还包括：

承载横梁，其支撑在所述边界抽吸系统和所述第二盖板之间；

支撑立柱，其设置在所述承载横梁和所述安装平板之间。

4.根据权利要求3所述的一比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台，其特征在于，还包括：支撑垫板，其设置在所述支撑立柱和所述安装平板之间。

5.根据权利要求1所述的一比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台，其特征在于，还包括：安装平板，其可拆卸连接所述驱动电机，并滑动设置在所述滑槽内。

6.根据权利要求5所述的一比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台，其特征在于，所述车轮安装轴包括：

主动轴；

第一联轴器，其一端连接所述主动轴一端；

第一从动轴，其一端连接所述第一联轴器另一端；

第二联轴器，其一端连接所述主动轴另一端；

第二从动轴，其一端连接所述第二联轴器另一端。

7.根据权利要求5所述的一比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台，其特征在于，还包括：

张紧立柱，其设置在所述传动带一侧；

张紧支架，其为“T”型架，一端套设在所述支撑柱上；

张紧滚轮，其可旋转套设在所述张紧支架另一端；

其中，所述张紧支架能够沿所述张紧立柱滑动，使所述张紧轮与所述传动带贴合，所述传动带移动能够带动所述张紧滚轮旋转。

8.根据权利要求1所述的一比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台，其特征在于，所述移动带系统包括：

第一滚轮系，其设置在所述台架下方，位于所述台架一端；

第二滚轮系，其设置在所述台架下方，位于所述台架另一端；

移动带，其一端套设在所述第一滚轮系上，另一端套设在所述第二滚轮系上。

9.根据权利要求8所述的一比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台，其特征在于，还包括多个小滚轮，其设置在所述模型车轮底部，并与所述移动带啮合。

10.一种一比二汽车模型车轮旋转风洞试验平台控制方法，其特征在于，包括：

通过改变试验风速和调整所述边界层抽吸系统抽吸口与汽车模型的间距调整抽吸流量，以保证抽吸效果，其计算公式为：

式中，δ为边界层厚度,y为到壁面的距离,v为试验风速,D为抽吸装置宽度；x为抽吸装置距离平台前缘距离,ρ为气体密度,μ为气体粘度。