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世界先進汽車風洞系列之戴姆勒-奔馳空氣動力學-聲學風洞（風洞中心）
2018-02-26 11:48:04·
2013年12月位于德國辛德爾芬根的戴姆勒.奔馳新風洞中心正式投入運行。該風洞中心包含一座氣動-聲學風洞、兩座環(huán)境風洞、工作間和辦公區(qū)域等。其中氣動聲學風洞安裝有五帶路面模擬系統(tǒng)、邊界層抽吸系統(tǒng)、汽車專用天平、移動測量系統(tǒng)等先進設備。本期世界先進汽車風洞將帶您了解奔馳空氣動力學-聲學風洞。1974年奔馳便開始使
2013年12月位于德國辛德爾芬根的戴姆勒.奔馳新風洞中心正式投入運行。該風洞中心包含一座氣動-聲學風洞、兩座環(huán)境風洞、工作間和辦公區(qū)域等。其中氣動聲學風洞安裝有五帶路面模擬系統(tǒng)、邊界層抽吸系統(tǒng)、汽車專用天平、移動測量系統(tǒng)等先進設備。本期“世界先進汽車風洞”將帶您了解奔馳空氣動力學-聲學風洞。
1974年奔馳便開始使用位于斯圖加特的風洞開展空氣動力學測試，1993年開始使用FKFS的風洞進行氣動測量，到了2002年聲學測量也轉到了FKFS風洞進行。由于奔馳擁有的這座位于斯圖加特的風洞建設于20世紀30年代，技術上的升級已經(jīng)比較困難，同時奔馳車型系列越來越多，空氣動力學和聲學的要求也越來越高，因此單靠原有的風洞和FKFS的風洞已經(jīng)難以滿足奔馳的車型開發(fā)需求。
奔馳S-Class 126在風洞中
奔馳位于斯圖加特的風洞
風洞項目規(guī)劃
氣動-聲學風洞項目在2008年啟動，以便提前設別項目風險點和機會點以及預估建設費用，整個項目預算確定為7500萬歐元。在確定德國WBI公司為風洞設計商后，正式設計工作在2009年開始，奔馳公司有4名工程師參與在項目組中，以確保WBI的設計能夠最終完全滿足奔馳的要求。
氣動-聲學風洞項目在2008年啟動，以便提前設別項目風險點和機會點以及預估建設費用，整個項目預算確定為7500萬歐元。在確定德國WBI公司為風洞設計商后，正式設計工作在2009年開始，奔馳公司有4名工程師參與在項目組中，以確保WBI的設計能夠最終完全滿足奔馳的要求。
奔馳氣動-聲學風洞布局
整個氣動-聲學風洞長90m，寬47m。兩個單獨的控制室分別用于空氣動力學測量和聲學測量。車輛通過準備間直接進入風洞駐室，準備間內的舉升機朝向轉臺中心，這樣車輛可以直接轉運到天平上。所有的這些設計都高效的支撐風洞的工作，但是必須要在設計的早期階段做出說明。
風洞設計指標
在項目啟動階段奔馳就對氣動-聲學風洞的技術指標提出了嚴格的要求，這主要體現(xiàn)在幾個方面：
1、非常低的軸向靜壓梯度；
2、非常低的湍流強度；
3、駐室內很小的靜壓脈動頻率；
4、非常低的風洞背景噪聲；
因此WBI在風洞設計階段，預先建立了一座1:10的比例模型風洞，模型風洞由玻璃鋼、木材和鋼材制成。在比例模型風洞中WBI對噴口、收集口等部件進行了優(yōu)化處理，以滿足奔馳對風洞靜壓分布和流場品質的要求。同時WBI還使用了CFD仿真技術優(yōu)化了試驗段的結構尺寸。
在項目啟動階段奔馳就對氣動-聲學風洞的技術指標提出了嚴格的要求，這主要體現(xiàn)在幾個方面：
1、非常低的軸向靜壓梯度；
2、非常低的湍流強度；
3、駐室內很小的靜壓脈動頻率；
4、非常低的風洞背景噪聲；
因此WBI在風洞設計階段，預先建立了一座1:10的比例模型風洞，模型風洞由玻璃鋼、木材和鋼材制成。在比例模型風洞中WBI對噴口、收集口等部件進行了優(yōu)化處理，以滿足奔馳對風洞靜壓分布和流場品質的要求。同時WBI還使用了CFD仿真技術優(yōu)化了試驗段的結構尺寸。
風洞關鍵設備
1、天平和路面模擬系統(tǒng)
在直徑12m的轉臺上安裝有德國MAHA生產(chǎn)的氣動六分力汽車天平和五帶路面模擬系統(tǒng)。六分力天平為了達到較高的精度，一方面天平框架與轉臺是分離的，另一方面力傳感器也有著非常高的溫度和濕度要求。
在直徑12m的轉臺上安裝有德國MAHA生產(chǎn)的氣動六分力汽車天平和五帶路面模擬系統(tǒng)。六分力天平為了達到較高的精度，一方面天平框架與轉臺是分離的，另一方面力傳感器也有著非常高的溫度和濕度要求。
路面模擬系統(tǒng)由9m長，1.1m寬的中央移動帶和4條車輪驅動單元移動帶組成，移動帶最大速度可達265km/h。其中車輪驅動單元移動帶外露面只有240mm，這大大減小了其帶來的附加升力（Parasitic Forces）。
奔馳風洞轉臺和移動帶
裙邊約束系統(tǒng)能將車輛舉升400mm，同時附加的車輛舉升裝置可以將車輛在轉臺上舉升1.9m，以便試驗時進行車輛狀態(tài)的調整。
裙邊約束系統(tǒng)（紅色圈內）
同時在轉臺上留有一個2m×2m的玻璃窗口，可以借助激光偏振儀或攝像機對汽車底部氣流進行觀察和測量。下圖紅色方框內區(qū)域。
2、邊界層控制系統(tǒng)
為減小邊界層對氣動力測量的影響，奔馳風洞安裝有邊界層抽吸系統(tǒng)，包括：中央移動帶上游抽吸、中央移動帶側面抽吸、切向吹氣和縫隙吸氣。抽吸系統(tǒng)吸出的空氣，將會通過管道重新回到駐室內。
通過抽吸系統(tǒng)奔馳風洞的邊界層控制達到了很高的水平，其中央移動帶縱向和側面位置的邊界層剖面如下圖：
中央移動帶縱向位置和側面的邊界層剖面圖
3、移動測量系統(tǒng)
駐室內安裝的7軸（3軸移動，4軸旋轉）移動測量系統(tǒng) 可允許工程師在測試車輛周圍布置高精度的傳感器和麥克風，進行壓力，聲學和速度測量。該系統(tǒng)重約26噸，系統(tǒng)主要部件由碳纖維制成，可確保傳感器在最大風速下的穩(wěn)定測量。
駐室內安裝的7軸（3軸移動，4軸旋轉）移動測量系統(tǒng) 可允許工程師在測試車輛周圍布置高精度的傳感器和麥克風，進行壓力，聲學和速度測量。該系統(tǒng)重約26噸，系統(tǒng)主要部件由碳纖維制成，可確保傳感器在最大風速下的穩(wěn)定測量。
奔馳風洞移動測量系統(tǒng)（紅色方框內）
PS.重慶中國汽研氣動-聲學風洞將安裝中國首臺汽車風洞移動測量系統(tǒng)，位移控制精度可達 0.01mm。
4、風機
奔馳風洞安裝有直徑9m的風機，最大功率為5300 kw，有18片碳纖維制成的葉片和23片定子葉片，最大轉速可達242rpm，可滿足試驗段265km/h的風速要求。
奔馳風洞安裝有直徑9m的風機，最大功率為5300 kw，有18片碳纖維制成的葉片和23片定子葉片，最大轉速可達242rpm，可滿足試驗段265km/h的風速要求。
奔馳風洞風機
為減小風機噪聲，在風機周圍進行了消聲處理，在13.8m長的風機擴散器上也安裝有消聲器，以進一步降低風洞背景噪聲。
5、聲學測量系統(tǒng)
為快速詳細的對氣動噪聲源進行測量分析，奔馳風洞中安裝有360通道的麥克風陣列系統(tǒng)，包含有3個獨立的麥克風陣列，兩側各100通道，頂面160通道。
為快速詳細的對氣動噪聲源進行測量分析，奔馳風洞中安裝有360通道的麥克風陣列系統(tǒng)，包含有3個獨立的麥克風陣列，兩側各100通道，頂面160通道。
奔馳風洞麥克風陣列系統(tǒng)
在奔馳風洞中進行聲學測量時，移動帶和邊界層抽吸系統(tǒng)都是關閉的，并且會使用泡沫板將移動帶和車輪驅動單元遮蓋，以減少對聲學測量的影響。
聲學試驗時駐室狀態(tài)
在奔馳氣動-聲學風洞設計和建設過程中，奔馳工程師在風洞試驗操作中積累的長期經(jīng)驗，在風洞設計階段發(fā)揮了重要作用，在風洞投入使用后，其試驗操作時間和流程均已經(jīng)實現(xiàn)了最優(yōu)化，但在這一方面國內目前還缺乏足夠的經(jīng)驗積累。但可喜的是目前國內建設中的重慶中國汽研氣動-聲學風洞設計商同樣為德國WBI公司，我們相信這座風洞在設計和建設階段定會吸收奔馳汽車風洞的經(jīng)驗和優(yōu)點，站在巨人的肩膀上，更進一步，為中國汽車工業(yè)提供強大的試驗科研支撐。
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