淺談汽車風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中的油泥模型工作

李陽 王碩 吳輝

摘 要：油泥模型工作不僅在汽車造型設(shè)計(jì)過程中起著至關(guān)重要的作用，同樣在汽車類交通工具風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中油泥模型更改的工作為實(shí)驗(yàn)中的風(fēng)阻數(shù)據(jù)的采集和統(tǒng)計(jì)有著不可或缺的重中之重的作用。文章對汽車風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中的油泥模型工作步驟方法及經(jīng)驗(yàn)做簡單的介紹，供未來的研究者借鑒。

關(guān)鍵詞：風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)；油泥模型工作

中圖分類號：TG241 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）06-0075-02

1 背景概述

汽車的空氣動力特性對整車的氣動性能有著重要的影響，直接影響車輛的動力性、經(jīng)濟(jì)型和操控穩(wěn)定性，目前，主要通過仿真數(shù)值模擬和汽車風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行汽車空氣動力學(xué)方面的研究。仿真數(shù)值模擬雖然計(jì)算速度快，節(jié)省人力、物力、財(cái)力，可以說是一臺電腦就解決了問題，但是通過仿真數(shù)值模擬得到的數(shù)據(jù)真實(shí)性、有效性和準(zhǔn)確性不高，和汽車風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)相比起來還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。通過汽車風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)可以最好的降低動力損耗、節(jié)約能源、降低企業(yè)和用戶使用成本。

在現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)開發(fā)工作中，模型制作起著至關(guān)重要的作用，尤其是油泥模型制作的工作，它不但是設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)靈魂的重現(xiàn)，更是設(shè)計(jì)與工程之間的紐帶和橋梁，是汽車造型中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。油泥模型工作的特點(diǎn)和優(yōu)勢是靈活、真實(shí)和可更改性強(qiáng)，同樣汽車風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)依靠油泥模型其特點(diǎn)和優(yōu)勢，在油泥模型車身表面進(jìn)行不斷的更改和風(fēng)阻測試，采集到CFD工程師需要的數(shù)據(jù)對比，通過計(jì)算得到最佳風(fēng)阻系數(shù)的造型，給造型設(shè)計(jì)提供最科學(xué)精準(zhǔn)的參考依據(jù)。

2 汽車風(fēng)洞概念

概述：用來產(chǎn)生人造氣流（人造風(fēng)）的管道。在這種管道中能造成一段氣流均勻流動的區(qū)域，汽車風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)就在這段風(fēng)洞中進(jìn)行。風(fēng)洞一般稱之為風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。就是依據(jù)運(yùn)動的相對性原理，將飛行器的模型或?qū)嵨锕潭ㄔ诘孛嫒斯きh(huán)境中，人為制造氣流流過，以此模擬空中各種復(fù)雜的飛行狀態(tài)，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

分類：汽車風(fēng)洞有全尺寸風(fēng)洞和模型風(fēng)洞，為試驗(yàn)1：1模型（全尺寸模型）或真車的風(fēng)洞叫做“全尺寸風(fēng)洞”，為試驗(yàn)縮比模型或零部件的較小尺寸的風(fēng)洞叫做“模型風(fēng)洞”。：模型風(fēng)洞較實(shí)車風(fēng)洞小很多，其投資及使用成本也相對小些。日本和前蘇聯(lián)多采用1：5比例的模型；歐美國家多采用1：3或1：4比例模型。

3 世界上幾大風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中心簡介

3.1 通用汽車風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室

通用汽車風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室是世界上最大的汽車風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，如圖1所示。 該實(shí)驗(yàn)室1980年8月份投入使用。

3.2 沃爾沃（Volvo）汽車實(shí)驗(yàn)室

沃爾沃（Volvo）汽車公司的風(fēng)洞世界上第一個擁有可以完全模擬車身周圍和車底氣流的風(fēng)洞的汽車制造商，建于1986年。 2009年，沃爾沃又投資了兩千萬歐元對風(fēng)洞進(jìn)行全面升級改造，使其以精密的空氣動力學(xué)測量能力再次成為汽車工業(yè)的樣板。

3.3 賓尼法利納風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室

賓尼法利納風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，如圖2所示。賓尼法利納是意大利著名的汽車設(shè)計(jì)公司，其設(shè)計(jì)過的車型包括勞斯萊斯、法拉利、瑪莎拉蒂、沃爾沃、捷豹、阿爾瑪·羅密歐等。

4 中國幾大風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中心簡介

4.1 上海地面交通風(fēng)洞中心

上海地面交通風(fēng)洞中心，如圖3所示，是國際一流水準(zhǔn)、配套齊全的地面交通工具測試研究基地，是中國第一個汽車整車風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中心，也是中國最大最權(quán)威的汽車整車風(fēng)洞中心，2009年9月建成。

4.2 吉林大學(xué)汽車風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室

吉林大學(xué)汽車風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，如圖4所示，是國內(nèi)首家汽車風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，隸屬于吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院汽車空氣動力學(xué)研究所。汽車風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室籌建于1999年，2002年開工建設(shè)，實(shí)驗(yàn)室大樓于2003年完工投入使用。該實(shí)驗(yàn)室是目前國內(nèi)唯一一個定位于進(jìn)行專業(yè)汽車空氣動力學(xué)試驗(yàn)研究的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室。

5 油泥模型工作介紹

5.1 油泥模型工作的意義和重要性

油泥模型制作是一個非常專業(yè)的工作，在汽車造型設(shè)計(jì)過程中它是非常重要的一個環(huán)節(jié)，它的質(zhì)量直接影響到設(shè)計(jì)的效果，油泥是一種便于手工制作的工業(yè)材料，利用刮刀、刮片等工具可對它進(jìn)行形體塑造。

油泥模型師的工作就是通過在滿足工程布置要求的基礎(chǔ)上通過塑造油泥把設(shè)計(jì)師的想法和概念設(shè)計(jì)快速、準(zhǔn)確地表現(xiàn)在真實(shí)三維空間中的油泥模型上。在制作過程中油泥模型師不斷地和設(shè)計(jì)師交流，共同討論，直至把一個設(shè)計(jì)方案以近乎真實(shí)的效果展現(xiàn)出來，以供對方案進(jìn)行評價(jià)，同時它也是下一個階段工作的基礎(chǔ)。在一個高水平的油泥模型師手中油泥具有非常豐富的表現(xiàn)力，通過他卓越的工作，設(shè)計(jì)會更加完善。現(xiàn)在的汽車造型設(shè)計(jì)過程中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，但油泥模型因?yàn)樗母咝Ш捅憩F(xiàn)的真實(shí)性而仍被廣泛的應(yīng)用。當(dāng)今，幾乎所有世界知名的汽車公司中油泥模型一直是設(shè)計(jì)過程中非常重要的一個環(huán)節(jié)。

5.2 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中的油泥模型工作

汽車風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中的油泥模型工作為根據(jù)CFD工程師的更改要求，在需要測試的區(qū)域經(jīng)過多次的更改，來達(dá)到實(shí)驗(yàn)測試的目的。考慮到風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)場地使用的費(fèi)用巨額昂貴，每次做吹風(fēng)測試前后油泥模型更改的時間很短，所以工作時間較緊促，對油泥模型師的能力和技能考驗(yàn)很大。

雖然每次更改的時間很緊促，油泥模型仍要快速高效的完成更改任務(wù)。在滿足CFD工程師更改要求的同時，油泥模型師還要考慮如何確保每次更改的區(qū)域造型最優(yōu)美，這樣才是一個優(yōu)秀的油泥模型師應(yīng)該具備的能力。

6 前期準(zhǔn)備工作

6.1 制作卡板

根據(jù)CFD工程提供的截面圖制作多個卡板，便于更改時用來測量，某車企試驗(yàn)車發(fā)蓋部位風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)更改的截面線圖，如圖5所示，圖中藍(lán)色線代表原始線，綠色線代表更改線。

6.2 攜帶工具

工具有油泥模型師工作需要的工具，以及扳手、螺絲刀等必備工具。

6.3 檢查模型，確保完好無損進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

由于長途運(yùn)輸或者其他原因，模型車到達(dá)風(fēng)洞中心安全到達(dá)之后需要檢查模型車輪、油泥表面是否完好，如發(fā)現(xiàn)問題及時處理，待模型車修繕完好進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。

將格柵、大燈等樣件和油泥車體的縫隙用膠帶封閉好，增加風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)測試得到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

6.4 模型定位

將模型車放置風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室規(guī)定測試的區(qū)域，并進(jìn)行模型車定位和實(shí)驗(yàn)前的測試工作。

7 工作步驟及方法

7.1 油泥模型車實(shí)驗(yàn)測試更改區(qū)域

油泥模型車實(shí)驗(yàn)測試更改區(qū)域大致是發(fā)蓋、前后輪罩、側(cè)窗玻璃、D柱、擾流板等容易影響風(fēng)阻的區(qū)域，如圖6所示，更改順序有CFD工程師的計(jì)劃而定，通常情況下以從前到后的順序較多。

7.2 每個實(shí)驗(yàn)測試區(qū)域更改方法

每個實(shí)驗(yàn)測試區(qū)域每進(jìn)行風(fēng)阻測試一次之后，油泥模型進(jìn)行局部更改一次，每個區(qū)域更改3～5次，更改深度為3 mm或5 mm依次遞增或遞減，更改次數(shù)和深度根據(jù)工程師的經(jīng)驗(yàn)參照仿真數(shù)值模擬分析的結(jié)果和造型設(shè)計(jì)要求等多方面因素而定，某款汽車發(fā)蓋的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的更改要求，如圖7所示。

每個實(shí)驗(yàn)測試區(qū)域每次風(fēng)阻測試時間大致5分鐘左右，每次油泥模型局部更改大致30分鐘，具體時間可根據(jù)項(xiàng)目更改區(qū)域數(shù)量和項(xiàng)目安排計(jì)劃于進(jìn)度而定。

8 結(jié) 語

8.1 板制作要點(diǎn)

卡板制作精確度越高越好。如果制作的卡板精確度很高，在模型車表面進(jìn)行更改時，會提高更改的速度，提高工作效率，為企業(yè)節(jié)約成本。

8.2 油泥模型車更改面效果要求

油泥模型車更改面效果稍作光滑，但要很光順。無論是造型設(shè)計(jì)時的模型制作更改還是風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)測試時，面都要光順，造型設(shè)計(jì)階段完成的油泥模型為了達(dá)到評審美觀的效果，表面不斷要很光順，還要很光滑，甚至還各種材料進(jìn)行裝飾。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)則不同，為了節(jié)約時間，風(fēng)阻測試前的油泥模型車表面更改效果要很光順，稍作光滑即可。

8.3 與CFD工程師良好的合作

油泥模型師不只是機(jī)械的按照CFD工程師的要求完成，還要懂得風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)油泥模型更改的依據(jù)和目的，要和CFD工程師不斷的進(jìn)行更改工作上的交流，油泥模型師才能更好的達(dá)到風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 谷正氣.汽車空氣動力學(xué)[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2] 林肖輝，谷正氣，李偉平，等.車輪輻板形狀對汽車氣動阻力影響分析[J].科技導(dǎo)報(bào)，2011，（6）.

[3] 黃向東.汽車空氣動力學(xué)與車身造型[M].北京：人民交通出版社，2001.