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汽車風洞中的風機系統(tǒng)
2018-02-26 12:31:10·
在汽車風洞中，動輒300km/h的風速是怎么產生的？是什么樣的設備帶動了整個風洞的運行？號稱最昂貴的人造風是怎么吹來的？本期汽車風洞先進設備系列，我們將為你介紹汽車風洞中的幕后英雄風機系統(tǒng)。風洞是根據運動的相似性原理，將汽車固定在地面上，通過高速氣流流經汽車表面，模擬汽車實際路面行駛狀態(tài)下的氣動特性的試驗
在汽車風洞中，動輒300km/h的風速是怎么產生的？是什么樣的設備帶動了整個風洞的運行？號稱最昂貴的人造風是怎么吹來的？本期“汽車風洞先進設備”系列，我們將為你介紹汽車風洞中的幕后英雄——風機系統(tǒng)。
風洞是根據運動的相似性原理，將汽車固定在地面上，通過高速氣流流經汽車表面，模擬汽車實際路面行駛狀態(tài)下的氣動特性的試驗設備。
在汽車風洞中可模擬從0-300km/h的速度變化，并且其速度控制精度可達到0.03%，這么高的速度范圍，一方面有風洞收縮段的加速作用，但更為重要的是風洞中最核心的設備——風機系統(tǒng)發(fā)揮了關鍵作用。
作為整個汽車風洞的動力源，風機系統(tǒng)堪稱整個風洞的幕后英雄。
一、汽車風洞風機原理
風洞風機系統(tǒng)的基本原理與我們日常生活中使用的電風扇的原理類似，主要由電機和葉片組成，也叫軸流式風機。
當接通電源后，葉片旋轉，空氣從風扇的背后被葉片產生的負壓吸引，通過葉片吹向風扇的正前方，于是在風扇前面形成了“人造風”。
通常我們所感受到的風的大小就是風速的大小，用過電風扇我們都知道，檔位不同風速也不同，不同的檔位其實就是對應的風機的不同功率，風機工作功率越大，那么風速也就越高。
但是我們也知道，站在一臺小風扇前面，即使電風扇風速再大，也是能吹到頭就吹不到腳，能吹到腳就吹不到頭，這是風機葉片直徑大小造成的，也就是風量的區(qū)別。
風機轉速相同時，葉片直徑越大，風量就越大，風量越大，所需要的風機功率也會越高。
二、汽車風洞風機尺寸
那么，風洞風機的尺寸到底有多大呢？對于現(xiàn)代汽車空氣動力學風洞風機而言，直徑通常在9m左右！汽車環(huán)境風洞風機尺寸稍小，直徑通常在4m左右。
可以想象，即使姚明站在9m的巨型風機下面也還沒有一扇葉片高呢。
風機中心的輪轂通常會占到整個風機直徑的一半左右，巨大的電機就隱藏在其中。風機的軸向長度不等，通常為5m到7m不等，主要取決于電機的設計和尾椎尺寸。
三、汽車風洞風機功率
風機的最高功率主要取決于風洞設計的最高風速和從靜止到最高速的加速度，現(xiàn)代汽車的最高車速通常都會超過200km/h，百公里加速時間也很容易達到10秒以內，所以電機額定功率要求也會隨之提高。為了保證風洞中的試驗車輛的風速模擬要求，風機電機往往需要具備數(shù)千千瓦的額定功率。
四、汽車風洞風機控制精度
風洞風機可以實時跟隨車輛模擬行駛的速度，速度跟隨偏差可控制在1秒以內，無論你怎么加減速，都能保證吹出的風如影隨形，你快它也快，你慢它也慢。風機的風速控制精度可達0.03%。
舉例來說，如果你的車速是100km/h，那么風機處吹來的風速大概就是100±0.03km/h，考慮到取整，那么就是100km/h。在實際的工程應用中，可以認為這兩個速度是完全一樣的，當然實際使用中還需要考慮標定的問題。這也是風洞能準確模擬汽車在外部道路上行駛環(huán)境的主要原因。
五、汽車風洞風機效率
一般家用風扇的效率大約為50%，有一半的電能會通過熱能浪費掉。而風洞風機的效率最高可達90%以上，考慮到風機巨大的功率，如此的高效率會節(jié)約大量的電能，這在如今節(jié)能減排的背景下，顯得尤為重要。
風洞風機想要達到如此高的效率需要對風機進行大量的特殊設計，例如，選擇適宜的輪轂比和特別優(yōu)化的葉型，葉片通常需要使用碳纖維材料，葉片與機殼的間隙不超過風機直徑的千分之一等。通過這一系列的設計才能滿足風機的高效率要求。
六、世界汽車風洞先進風機
現(xiàn)在我們大致了解了風洞風機的基本情況，下面我們再來看看全球著名汽車制造商及其風洞中所使用的風機都有哪些。
1、通用汽車風洞風機
建成于1980年的通用汽車ESAL空氣動力學風洞，其風機的葉片采用加西云杉木制成，一片葉片長度就達12英尺（約3.6米），重約1噸，由4500馬力的變速直流電機驅動，測試區(qū)最高速可達222km/h。
2、奔馳汽車風洞風機
梅賽德斯-奔馳汽車于2013年投入使用的最新汽車風洞，該空氣動力學風洞風機直徑9m，最大功率5300kw，由18片碳纖維葉片提供高達265km/h的試驗風速。
3、豐田汽車風洞風機
日本的豐田汽車在2013年也建成了其最新最先進的汽車風洞，其風機功率達到了8000kw，直徑為9m，也采用的碳纖維葉片。
4、中國汽研汽車風洞風機
正在建設中的中國汽研氣動-聲學風洞的風機功率為4000kw左右，直徑9m，最高風速超過250km/h，采用18片碳纖維葉片。
配圖為奔馳汽車風洞風機
CAERI 視點
風機系統(tǒng)對于汽車風洞而言就是其心臟，如果風機罷工了，整個風洞都將無法運行。風機系統(tǒng)甚至決定了一個風洞項目的技術水平高低，它是風洞先進性的體現(xiàn)。
重慶中國汽研正在新建的兩座汽車風洞采用了兩臺世界一流水平的軸流式風機系統(tǒng)，具備超高的控制精度和效率，可為汽車風洞試驗提供最佳的模擬環(huán)境。歡迎大家在2018年風洞建成之后來重慶來吹風，感受一下“人造颶風”的魅力！
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