汽車風洞作為空氣動力學性能開發(fā)的重要工具，在汽車開發(fā)早期造型設計階段，可以通過制作氣動模型進行風洞試驗實現(xiàn)較好的空氣動力學性能，這對整車后期空氣動力學性能的達標是非常有利的，將大大降低后期的開發(fā)工作量，從總體上節(jié)省車企的開發(fā)時間和成本。中國汽研風洞中心現(xiàn)已具備為車企定制汽車氣動模型的能力，并已為國內多家車企提供模型制作服務。本期將介紹氣動模型制作相關技術。

1. 模型定義

氣動模型是指用于整車空氣動力學風阻、風噪試驗的等比例或縮比例模型樣車。中國汽研風洞中心可為車企定制所需的氣動模型，還包括相應造型方案和氣動優(yōu)化方案中替換件的加工制作，如車身外造型、聲學艙、詳細機艙、底盤、懸掛零部件及部分可替換外觀件等。

氣動油泥模型與造型油泥模型的區(qū)別：1、造型油泥模型在使用功能上主要用于造型開發(fā)過程中造型設計和調整，做靜態(tài)展示和外觀評審；2、結構設計上造型油泥模型不體現(xiàn)完整的內艙空間、機艙結構、動力系統(tǒng)、下車身結構、底盤懸掛，輪轂不可做高速旋轉。

氣動模型材質可分為油泥模型和硬質模型，模型由骨架、下車體、外造型、聲學艙、機艙、底盤、懸掛等總成組成，等比例模型可實現(xiàn)輪胎高速旋轉運動，旋轉速度可達到160km/h。

造型方案和氣動優(yōu)化方案多以ABS加工和光敏樹脂3D打印制作替換樣件進行現(xiàn)場替換測試為主，部分造型方案或臨時優(yōu)化方案由油泥模型師現(xiàn)場修改造型和手工制作簡易方案件實現(xiàn)。

根據(jù)車型開發(fā)需求，結合整車開發(fā)節(jié)點進行方案試驗驗證，涉及多階段試驗模型樣車及相應替換件加工制作，可分多階段實施。


以此類推，多輪驗證直至達到預期效果。

2. 骨架設計和匹配

骨架是模型最重要的部件，需要承載整個模型，起到精度控制、承重、零部件安裝、空間預留等多個作用，設計不合理將會直接影響試驗結果。

主骨架前艙部位空心設計，主骨架上設計安裝平面，通過螺接，將副車架、地板、復位基準、承重骨架、叉車骨架等安裝在基礎骨架上，骨架須用方形鋼管或者鋁管等制作且須保證足夠的強度和鋼度，保證模型型胚不會在運輸過程中發(fā)生扭曲、變形、表面翹曲等質量缺陷。


圖1 乘用車等比例模型骨架


圖2 商用車（卡車）50%縮比例模型骨架

乘用車等比例模型骨架前輪安裝定位采用Z、Y向可調設計，以匹配試驗時模型所需要的姿態(tài)調整，前后輪均采用不可轉向的量產哈巴頭連接法蘭盤和骨架，設計輪轂轉速可達160km/h?？ㄜ?0%縮比例模型輪子為3D打印制作，不可轉動。


圖3 可轉動車輪安裝調節(jié)機構示意圖

駕駛艙可做聲學艙預留，將內艙空間、開門結構、聲學玻璃安裝結構等提前設計和制作成型。機艙內需安裝附件，模型輪距、軸距、前束角及外傾角會調整至試驗要求姿態(tài)，且具備快速調整整車姿態(tài)及車輪安裝Y、Z方向調整功能。


圖4 聲學艙預留和制作

骨架需與試驗天平匹配：骨架乘員艙下端需要設計4個固定夾片，試驗開始前與RPR夾具進行連接固定和調整模型姿態(tài)。



圖5 RPR夾具與骨架定位基準配合安裝示意圖

表1 中國汽研氣動-聲學風洞測力天平對模型具體尺寸參數(shù)及安裝夾具參數(shù)的要求



圖6 RPR夾具模型安裝夾片尺寸區(qū)間示意圖

骨架底部設計需滿足下車體零部件位置和形狀精度要求，氣動附件基于骨架進行安裝，保證氣壩、下護板和擴散器等附件的位置精度。


圖7 底盤氣動附件安裝示意圖

骨架需涂裝黑色防銹漆或進行更高級別防銹處理。

3. 模型外造型面

模型外造型面制作必須體現(xiàn)外表面細節(jié)，如保險杠、格柵、后視鏡、車門把手和車身線條等，加工材料要求堅固、不容易損壞與變形。


圖8 模型外造型面

模型外造型面部分關鍵區(qū)域需開展多種優(yōu)化方案試驗驗證，替換件采用ABS樹脂加工，替換件需安裝牢固，且能夠快速替換。

模型外表面油泥厚度≥20mm，加工刮光處理后與原CAS精度誤差控制在±0.5mm。

4. 下車體

下車體包含詳細的整車下車體細節(jié)，需按照提供的數(shù)模要求加工底盤等樣件，主要包括車架、車橋、傳動軸、前后懸總成、排氣系統(tǒng)、油箱總成、剎車系統(tǒng)、側護板等等，材料均采用ABS制作。下車體安裝的氣動附件，在試驗過程中如需替換，需提前提供清單及相對應數(shù)據(jù)。

5. 機艙

機艙需按照提供的數(shù)模要求加工相應零件，其中水箱散熱器芯體、中冷器芯體、冷凝器芯體由客戶提供或指定車型零件進行匹配購買安裝。


圖9 機艙匹配制作

6. 模型外表面附件

后視鏡：
后視鏡與車身連接應保證足夠的精度和強度，保證在50米/秒的風速下不脫落不抖動，并且能夠快速替換。

可替換輪輞：
可替換輪輞由兩部分組成：輪輞本體及可替換輪輞飾板。輪輞本體起支撐作用，對于輪胎旋轉所產生的氣流影響應做到最小，通過螺栓與制動盤/制動鼓連接?？商鎿Q輪輞飾板根據(jù)實際輪輞造型進行加工（替換件），方便驗證不同輪輞造型對于整車風阻系數(shù)的影響?？商鎿Q輪輞應保證足夠的強度和剛度，可以支撐模型車的重量并保證輪胎能夠高速旋轉?？商鎿Q輪輞應保證輪輞和輪胎整體的動平衡，動平衡可進行調節(jié)。



圖10 輪轂造型替換方式

7. 中國汽研風洞中心模型制作案例
（經(jīng)客戶同意展示）


圖11 模型試驗狀態(tài)


圖12 模型細節(jié)1


圖13 模型細節(jié)2


圖14 模型細節(jié)3