中國汽車工程研究院股份有限公司（簡(jiǎn)稱：中國汽研、CAERI）整車氣動(dòng)-聲學(xué)風(fēng)洞已于2019年6月落成，并投入使用至今。為更好的為國內(nèi)外主機(jī)廠提供優(yōu)質(zhì)風(fēng)洞試驗(yàn)服務(wù)，助力各大車企的新車型研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證、產(chǎn)品對(duì)標(biāo)等工作，同時(shí)，為了讓國內(nèi)廣大汽車氣動(dòng)性能開發(fā)人員了解國內(nèi)外風(fēng)洞差異，使國際上優(yōu)秀車型的風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果與國內(nèi)風(fēng)洞測(cè)試結(jié)果具有可比性，中國汽研與德國FKFS風(fēng)洞展開合作，與國際風(fēng)洞修正研究權(quán)威，F(xiàn)KFS高級(jí)專家Merker博士聯(lián)合進(jìn)行中國汽研整車氣動(dòng)風(fēng)洞的對(duì)標(biāo)與修正研究工作。FKFS（德國斯圖加特內(nèi)燃機(jī)與車輛研究所）作為世界上最著名的汽車技術(shù)研究機(jī)構(gòu)之一，在風(fēng)洞測(cè)試及研發(fā)領(lǐng)域處于世界最前沿水平，這次合作也促進(jìn)CAERI風(fēng)洞研究技術(shù)的提高與進(jìn)步。

1.  風(fēng)洞對(duì)標(biāo)

本次整車氣動(dòng)風(fēng)洞對(duì)標(biāo)及修正研究工作基于兩輛對(duì)標(biāo)車輛（1輛轎車及1輛SUV），由CAERI工作人員分別于德國FKFS風(fēng)洞及重慶CAERI風(fēng)洞根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試工況進(jìn)行相同工況的風(fēng)洞測(cè)試。整個(gè)測(cè)試過程中，未對(duì)車輛進(jìn)行任何拆解或破壞工作，保持車輛在兩風(fēng)洞中測(cè)試狀態(tài)不變。


圖1 風(fēng)洞測(cè)試對(duì)標(biāo)車輛

兩輛對(duì)標(biāo)車輛風(fēng)阻系數(shù)CD測(cè)試結(jié)果及工況貢獻(xiàn)量結(jié)果匯總?cè)缦拢?br />
表1 風(fēng)洞對(duì)標(biāo)CD系數(shù)測(cè)試結(jié)果



圖2 不同工況方案貢獻(xiàn)量對(duì)比（上：轎車 下：SUV 貢獻(xiàn)量ΔCD=Case X-base）

根據(jù)對(duì)標(biāo)測(cè)試結(jié)果，無論轎車或SUV，F(xiàn)KFS風(fēng)洞CD系數(shù)測(cè)試結(jié)果均大于CAERI風(fēng)洞測(cè)試結(jié)果，轎車平均相差約9個(gè)counts，SUV平均相差約8個(gè)counts。但在不同工況方案的貢獻(xiàn)量對(duì)比中，轎車及SUV的工況貢獻(xiàn)量在FKFS及CAERI風(fēng)洞中均呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)，且變化量基本一致，測(cè)試結(jié)果具有可比性，由此在CAERI風(fēng)洞與FKFS風(fēng)洞之間進(jìn)行進(jìn)一步的相關(guān)性分析，并擬合出兩風(fēng)洞之間的CD系數(shù)相關(guān)性函數(shù)，如圖3。


圖3 FKFS與CAERI風(fēng)洞CD系數(shù)相關(guān)性

根據(jù)擬合的CD系數(shù)相關(guān)性函數(shù)關(guān)系式可知，相關(guān)性系數(shù)R2=0.99763，接近于1，擬合關(guān)系較好。通過相關(guān)性函數(shù)關(guān)系式，F(xiàn)KFS或者CAERI風(fēng)洞中測(cè)試數(shù)據(jù)能夠直接換算成另一座風(fēng)洞中的測(cè)試值，而不需要額外測(cè)試，換算值與風(fēng)洞實(shí)際測(cè)試值基本一致，有著較高的可信度。通過相關(guān)性函數(shù)關(guān)系式，能夠極大的拓寬各風(fēng)洞之間的數(shù)據(jù)交流，使得彼此之間的數(shù)據(jù)具有可比性。同時(shí)，能夠提高汽車空氣動(dòng)力學(xué)性能開發(fā)過程中的風(fēng)洞協(xié)同開發(fā)能力，使得新車開發(fā)可以在更廣的風(fēng)洞群范圍內(nèi)開展，縮短試驗(yàn)周期，節(jié)約成本，提高研發(fā)效率。

2.  CD系數(shù)修正

由風(fēng)洞對(duì)標(biāo)測(cè)試的工況差異比較、貢獻(xiàn)量分析、相關(guān)性函數(shù)分析結(jié)果可知：兩風(fēng)洞之間CD系數(shù)測(cè)量值存在一定差距，但差異值相對(duì)固定；且兩風(fēng)洞之間能夠建立良好的風(fēng)洞相關(guān)性關(guān)系，形成相關(guān)性函數(shù)。由此推測(cè)FKFS風(fēng)洞與CAERI風(fēng)洞之間CD系數(shù)差異屬于系統(tǒng)性差異，可以進(jìn)行進(jìn)一步CD系數(shù)修正，減小或者消除差異。

CAERI與FKFS風(fēng)洞均屬于典型的開口式（3/4噴口）風(fēng)洞。對(duì)于此類風(fēng)洞，國際上廣泛采用Merker修正法進(jìn)行修正。以FKFS與CAERI風(fēng)洞對(duì)標(biāo)測(cè)試車輛基礎(chǔ)狀態(tài)為例，修正結(jié)果如表2。

表2 對(duì)標(biāo)車輛基礎(chǔ)狀態(tài)修正結(jié)果


根據(jù)對(duì)標(biāo)車輛基礎(chǔ)狀態(tài)修正結(jié)果，修正前，F(xiàn)KFS風(fēng)洞與CAERI風(fēng)洞中轎車與SUV的CD系數(shù)分別差7、6個(gè)counts，修正后，F(xiàn)KFS風(fēng)洞與CAERI風(fēng)洞的CD系數(shù)分別差2.2、0.5個(gè)counts，修正效果明顯。FKFS風(fēng)洞中轎車與SUV總修正量分別為-6、-6.8個(gè)counts，CAERI風(fēng)洞中轎車與SUV總修正量則是-1.2、-1.3個(gè)counts，且CAERI風(fēng)洞無論轎車或SUV各項(xiàng)修正量均小于FKFS風(fēng)洞中的各項(xiàng)修正量，表明CAERI風(fēng)洞受到各種風(fēng)洞修正因素的影響更小。本文中CD系數(shù)修正主要對(duì)風(fēng)洞結(jié)構(gòu)、風(fēng)洞參數(shù)的影響進(jìn)行修正，工況變化對(duì)于修正結(jié)果影響不大，不同測(cè)試工況修正量基本一致，可達(dá)到與基礎(chǔ)狀態(tài)修正類似效果。

綜上，通過修正能夠減小風(fēng)洞之間的測(cè)試結(jié)果差異，減小由于風(fēng)洞結(jié)構(gòu)（如：噴口、收集口、有限流場(chǎng)范圍）、物理參數(shù)（如：靜壓梯度）差異造成的影響，使得風(fēng)洞測(cè)試環(huán)境盡可能的貼近真實(shí)道路環(huán)境。建議在風(fēng)洞測(cè)試結(jié)果應(yīng)用過程中（如：風(fēng)洞法計(jì)算、油耗評(píng)估），須將風(fēng)洞測(cè)試結(jié)果進(jìn)行修正，排除風(fēng)洞自身因素造成的干擾。此外，國內(nèi)的空氣動(dòng)力學(xué)性能開發(fā)環(huán)境目前以CFD仿真為主，CFD仿真開發(fā)基于一個(gè)理想的、無干擾的流場(chǎng)計(jì)算域，與風(fēng)洞測(cè)試環(huán)境有著較大差異，需要事先將風(fēng)洞測(cè)試結(jié)果進(jìn)行修正，盡量消除風(fēng)洞的物理?xiàng)l件限制，才能進(jìn)行CFD仿真結(jié)果與風(fēng)洞測(cè)試結(jié)果之間的對(duì)標(biāo)分析。

3.  結(jié)論

根據(jù)兩車輛在兩座風(fēng)洞中的對(duì)標(biāo)結(jié)果可知，不同風(fēng)洞中同一工況測(cè)試值存在一定差異，但在工況貢獻(xiàn)量上，其變化趨勢(shì)一致，變化量基本相差不大，同時(shí)兩座風(fēng)洞之間能建立良好的風(fēng)洞相關(guān)性關(guān)系，形成相關(guān)性函數(shù)。

通過CD系數(shù)修正，可以減小由不同風(fēng)洞結(jié)構(gòu)、風(fēng)洞參數(shù)造成的測(cè)試影響，修正后能夠明顯減小兩風(fēng)洞之間CD系數(shù)的測(cè)試差異。CD系數(shù)修正值更合適應(yīng)用于CFD對(duì)標(biāo)、風(fēng)洞法、排放、油耗等研究工作。

研究表明，相比FKFS風(fēng)洞，CAERI風(fēng)洞風(fēng)阻系數(shù)測(cè)試值受到風(fēng)洞修正因素的影響更小，現(xiàn)有CAERI風(fēng)洞測(cè)試車輛總修正量均在1個(gè)count左右，數(shù)據(jù)更加真實(shí)。根據(jù)FKFS風(fēng)洞Merker博士建議，目前CAERI風(fēng)洞測(cè)試結(jié)果及報(bào)告中，未應(yīng)用任何修正方法進(jìn)行修正，如客戶需要，CAERI風(fēng)洞可在后續(xù)報(bào)告中提供修正結(jié)果。客戶亦可參照本文CAERI風(fēng)洞對(duì)標(biāo)車輛的總修正量進(jìn)行修正。

4.  附錄 整車氣動(dòng)風(fēng)洞CD測(cè)試值修正影響因素