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汽車環(huán)境風洞試驗技術之陽光模擬系統(tǒng)
2018-02-26 12:00:51·
在之前的文章中，我們已經給大家介紹過環(huán)境風洞中先進的環(huán)境模擬技術，例如雨雪模擬，極端溫度模擬，陽光模擬，道路模擬等，今天的主角陽光模擬系統(tǒng)就是用于環(huán)境風洞中的陽光模擬。有了它，風洞中充滿陽光，不再黑暗！本期汽車環(huán)境風洞先進試驗技術系列，我們將為您介紹陽光模擬系統(tǒng)的相關技術。一、為什么需要陽光模擬？正
在之前的文章中，我們已經給大家介紹過環(huán)境風洞中先進的環(huán)境模擬技術，例如雨雪模擬，極端溫度模擬，陽光模擬，道路模擬等，今天的主角—陽光模擬系統(tǒng)就是用于環(huán)境風洞中的陽光模擬。有了它，風洞中充滿陽光，不再黑暗！本期“汽車環(huán)境風洞先進試驗技術”系列，我們將為您介紹陽光模擬系統(tǒng)的相關技術。
一、為什么需要陽光模擬？
正如我們之前文章所說的，汽車環(huán)境風洞需要對真實的環(huán)境條件進行模擬。汽車在道路上行駛時自然會受到太陽光的影響，不同的輻射強度和角度對車輛的影響不一樣。
例如，在夏天的下午開車時，坐在陽光照射那邊的乘客會明顯感覺到強烈的太陽光，而坐在另一邊的乘客則感受不明顯，于是，在進行汽車空調性能開發(fā)中，工程師需要通過測試陽光輻射導致的車輛內部溫度的不同變化來開發(fā)適宜的空調。
汽車在隧道、烏云天氣下都會對車輛造成不同影響，工程師希望能盡可能真實的模擬這些條件，找到應對措施，保證汽車中的安全舒適的環(huán)境。
陽光模擬系統(tǒng)就是安裝在風洞測試段上方的用于模擬太陽光的設備，不同的照射強度，輻射角度等可以自由設置，實現(xiàn)在室內隨時精準模擬室外的陽光條件。這對于汽車開發(fā)工程師而言具有極大的便利性。
二、陽光模擬系統(tǒng)有哪些分類？
按移動形式，陽光模擬系統(tǒng)通常有頂置式和穹頂式，也有風洞采用固定式陽光模擬系統(tǒng)，例如奧迪環(huán)境風洞。
頂置式陽光模擬系統(tǒng)是安裝在測試段上方的，其前后左右的燈組均可移動并向下傾斜45°左右，有的還可以在高度上進行調節(jié)。
通用環(huán)境風洞固定式陽光模擬系統(tǒng)
穹頂式陽光模擬系統(tǒng)是通過類似橋洞一樣的支架固定在測試段上，可以在支架軌道上隨意移動，模擬從日升到日落的整個過程，相比于其他形式，具有更好的模擬效果，但此形式的移動機械結構較為復雜，且會占用較多的風洞測試段空間。
奔馳環(huán)境風洞穹頂式陽光模擬系統(tǒng)
另外，歐美環(huán)境風洞與日本環(huán)境風洞所采用的陽光模擬系統(tǒng)也有差異，歐美通常采用類似盒子的燈組，而日本采用的是半球形燈組，且燈組密度相比而言大很多，兩種形式的陽光模擬系統(tǒng)均能完全滿足環(huán)境風洞中模擬陽光的要求，但由于技術理念的差異，導致不同的結構形式。
三、陽光模擬系統(tǒng)的結構原理是什么？
陽光模擬系統(tǒng)主要由燈箱組、機械支架、EPS電源和控制器等組成。光源采用的是金鹵燈，原因是目前金鹵燈是最好的能用于模擬太陽光的光源，金鹵燈的原理是在汞和稀有金屬的鹵化物混合蒸氣中產生電弧放電發(fā)光，其發(fā)出的是全光譜光，與自然光的光譜成分接近。
燈箱組和機械支架
通常單個燈箱由單獨一個電源控制，叫做“一拖一”，也有一個電源控制兩個燈箱的，也叫“一拖二”，目的是保證每個燈箱都能根據(jù)系統(tǒng)的控制單獨工作，以保證其共同發(fā)出的光線在燈組下方的參考面上的形成具有所要求的輻射質量。根據(jù)測試需要，選擇安裝適宜的燈組數(shù)量，比如，如果輻射區(qū)域為3X6米，那么選擇的燈組一般為4X7（28個）。
燈管的功率通常為4kW，在目標照射區(qū)域的輻射強度可從600W/m2到1200 W/m2，輻射均勻性在10%以內，最高的輻射強度可以模擬全球最極端的陽光條件，比如在重慶炎熱的夏天，陽光輻射強度一般也不超過800 W/m2。
光源的壽命一般只有1000小時左右，達到該壽命時，光源還是能夠繼續(xù)發(fā)光，但此時發(fā)出的光線已經不是符合試驗要求的全光譜光線，而是殘缺的非全光譜光線，如果繼續(xù)使用該光源，會影響陽光模擬的質量精度，進而對試驗結果產生不良影響，因此，需要在定期更換金鹵燈，保證試驗的準確性。
圖中燈箱旁的遮光板用于隧道模擬
四、陽光模擬系統(tǒng)的標定方法
系統(tǒng)在首次使用之前，需要進行標定。在燈箱下方一定位置平面上安裝標定設備，該標定設備能讀出當前位置的輻射強度值，通過記錄測量平面上不同位置處的輻射強度，判斷需要調節(jié)哪些位置的光源，然后對相應位置的光源控制器進行調節(jié)，最終達到所需的輻射精度和均勻度。
陽光模擬系統(tǒng)標定示意圖
CAERI 視點
全光譜陽光模擬技術是環(huán)境風洞先進模擬技術的重要組成部分，不論哪個環(huán)境風洞，都需要配備一套陽光模擬系統(tǒng)，這樣才能實現(xiàn)對無處不在的太陽光的準確模擬。
目前，國內已經建成的環(huán)境風洞中已經配備了多套陽光模擬系統(tǒng)，您有機會可以實地感受一下人造太陽光。當然，我們熱忱歡迎您2018年到重慶即將建成的中國汽研汽車環(huán)境風洞來感受一下我們的人造太陽。
作者：重慶中汽研周龍 
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