利用汽車行駛風(fēng)測試三棱柱模型氣動力系數(shù)的跑車試驗方法研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)氣動力系數(shù)的研究方法主要是以風(fēng)洞試驗和數(shù)值模擬為主，現(xiàn)場實測的方法局限性較大，并不常用。風(fēng)洞試驗是常用的結(jié)構(gòu)抗風(fēng)試驗方法，但是風(fēng)洞實驗室造價和試驗費用往往較高，且國內(nèi)擁有風(fēng)洞實驗室的研究機構(gòu)并不多，甚至有些省份沒有風(fēng)洞實驗室，這極大地限制了風(fēng)工程領(lǐng)域工作者相關(guān)工作的開展。雖然，數(shù)值模擬方法提供了一種便捷經(jīng)濟的研究手段，但是其結(jié)果并不十分準(zhǔn)確和可靠，因此數(shù)值模擬方法僅作為風(fēng)洞試驗的一種輔助手段。為了給結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究提供一種便捷高效經(jīng)濟

2、可靠的試驗研究方法，本文參照風(fēng)洞試驗方法以及汽車行駛可產(chǎn)生相對風(fēng)場的特性，提出了一種通過汽車的運動來產(chǎn)生相對風(fēng)場，進而對安裝于車頂試驗?zāi)Ｐ偷臍鈩恿ο禂?shù)進行測試研究的移動便攜式類風(fēng)洞的試驗方法。
　　首先，研制了利用汽車行駛風(fēng)測試氣動力系數(shù)跑車試驗方法的試驗裝置。該裝置分為模型橫放和豎放兩種試驗裝置。裝置主要包括:一輛帶定速巡航功能的家用小汽車，車項的物理試驗平臺和車內(nèi)的信號測試系統(tǒng)等。模型橫放和豎放的試驗裝置的儀器設(shè)備基本一致。跑

3、車試驗的儀器設(shè)備主要包括筆記本電腦、供電設(shè)備、測力天平、拾振器、皮托管、壓力傳感器及相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集儀等。同時，本文還對跑車試驗方法的步驟作了必要的說明和介紹。
　　其次，開發(fā)了利用汽車行駛風(fēng)測試氣動力系數(shù)跑車試驗方法的數(shù)據(jù)處理軟件。所開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件主要包含六大功能模塊:數(shù)據(jù)初選、剔除奇異值、消除趨勢項、數(shù)據(jù)平滑處理、平穩(wěn)性檢驗和氣動力系數(shù)計算。數(shù)據(jù)初選模塊可對原始數(shù)據(jù)進行篩選，同步剔除異常時段的數(shù)據(jù)。剔除奇異值模塊主要用于粗大

4、誤差的減少和消除。消除趨勢項模塊可解決數(shù)據(jù)的零點漂移問題。數(shù)據(jù)平滑處理模塊能夠有效地減少隨機誤差。平穩(wěn)性檢驗?zāi)K可以對采集到的數(shù)據(jù)進行穩(wěn)定性檢驗。氣動力系數(shù)計算模塊可方便高效地對測試數(shù)據(jù)進行氣動力系數(shù)的計算。同時，對所開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件進行實例應(yīng)用和分析，結(jié)果表明該數(shù)據(jù)處理軟件是合理的、有效的和正確的。
　　然后，研制了利用汽車行駛風(fēng)測試氣動力系數(shù)跑車試驗方法的車振影響分析裝置。該裝置巧妙地利用風(fēng)場屏蔽罩對試驗?zāi)Ｐ椭車娘L(fēng)場進行隔

5、離，測力天平只采集試驗?zāi)Ｐ退艿恼駝討T性力。在理想條件下，采用跑車試驗方法對一個等腰三棱柱模型的升阻力進行測試，并從理論和試驗兩個方面研究了車振對跑車試驗方法的影響，結(jié)果表明，在道路平直和氣象條件良好的條件下，車振的影響較小，振動產(chǎn)生的慣性力相對于氣動力可忽略不計。
　　最后，驗證了在理想條件下利用汽車行駛風(fēng)測試氣動力系數(shù)跑車試驗方法進行等腰三棱柱模型氣動力系數(shù)測試的正確性。分析了汽車行駛風(fēng)速特征和測試數(shù)據(jù)的平穩(wěn)特性，研究了模型在

6、不同放置方式、端板設(shè)置情況和雷諾數(shù)等工況下的氣動力系數(shù)結(jié)果。并將該測試結(jié)果同風(fēng)洞試驗結(jié)果進行比較和分析。結(jié)果表明，皮托管得到的行駛風(fēng)速的范圍為17.43～20m/s，與國標(biāo)(GB15082-2008)汽車實際的汽車實際速度相符;跑車試驗的風(fēng)場湍流強度小于4％;理想條件下，動壓和氣動力時程曲線較為平穩(wěn);有端板工況下的升阻力系數(shù)絕對值大于無端板工況的結(jié)果;豎放工況下的升阻力系數(shù)絕對值普遍大于橫放工況的結(jié)果;跑車試驗測得的氣動力系數(shù)與風(fēng)洞試驗