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

1、結(jié)構(gòu)氣動(dòng)力系數(shù)的研究方法主要是以風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬為主，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法局限性較大，并不常用。風(fēng)洞試驗(yàn)是常用的結(jié)構(gòu)抗風(fēng)試驗(yàn)方法，但是風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室造價(jià)和試驗(yàn)費(fèi)用往往較高，且國(guó)內(nèi)擁有風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室的研究機(jī)構(gòu)并不多，甚至有些省份沒有風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)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(jì)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(yàn)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(jì)

2、可靠的試驗(yàn)研究方法，本文參照風(fēng)洞試驗(yàn)方法以及汽車行駛可產(chǎn)生相對(duì)風(fēng)場(chǎng)的特性，提出了一種通過汽車的運(yùn)動(dòng)來產(chǎn)生相對(duì)風(fēng)場(chǎng)，進(jìn)而對(duì)安裝于車頂試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臍鈩?dòng)力系數(shù)進(jìn)行測(cè)試研究的移動(dòng)便攜式類風(fēng)洞的試驗(yàn)方法。
　　首先，研制了利用汽車行駛風(fēng)測(cè)試氣動(dòng)力系數(shù)跑車試驗(yàn)方法的試驗(yàn)裝置。該裝置分為模型橫放和豎放兩種試驗(yàn)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(xiàng)的物理試驗(yàn)平臺(tái)和車內(nèi)的信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)等。模型橫放和豎放的試驗(yàn)裝置的儀器設(shè)備基本一致。跑

3、車試驗(yàn)的儀器設(shè)備主要包括筆記本電腦、供電設(shè)備、測(cè)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(shí)，本文還對(duì)跑車試驗(yàn)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(cè)試氣動(dòng)力系數(shù)跑車試驗(yàn)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(shì)項(xiàng)、數(shù)據(jù)平滑處理、平穩(wěn)性檢驗(yàn)和氣動(dòng)力系數(shù)計(jì)算。數(shù)據(jù)初選模塊可對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，同步剔除異常時(shí)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(shì)項(xiàng)模塊可解決數(shù)據(jù)的零點(diǎn)漂移問題。數(shù)據(jù)平滑處理模塊能夠有效地減少隨機(jī)誤差。平穩(wěn)性檢驗(yàn)?zāi)K可以對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)定性檢驗(yàn)。氣動(dòng)力系數(shù)計(jì)算模塊可方便高效地對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行氣動(dòng)力系數(shù)的計(jì)算。同時(shí)，對(duì)所開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行實(shí)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(cè)試氣動(dòng)力系數(shù)跑車試驗(yàn)方法的車振影響分析裝置。該裝置巧妙地利用風(fēng)場(chǎng)屏蔽罩對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭車娘L(fēng)場(chǎng)進(jìn)行隔

5、離，測(cè)力天平只采集試驗(yàn)?zāi)Ｐ退艿恼駝?dòng)慣性力。在理想條件下，采用跑車試驗(yàn)方法對(duì)一個(gè)等腰三棱柱模型的升阻力進(jìn)行測(cè)試，并從理論和試驗(yàn)兩個(gè)方面研究了車振對(duì)跑車試驗(yàn)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(dòng)產(chǎn)生的慣性力相對(duì)于氣動(dòng)力可忽略不計(jì)。
　　最后，驗(yàn)證了在理想條件下利用汽車行駛風(fēng)測(cè)試氣動(dòng)力系數(shù)跑車試驗(yàn)方法進(jìn)行等腰三棱柱模型氣動(dòng)力系數(shù)測(cè)試的正確性。分析了汽車行駛風(fēng)速特征和測(cè)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(dòng)力系數(shù)結(jié)果。并將該測(cè)試結(jié)果同風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(guó)標(biāo)(GB15082-2008)汽車實(shí)際的汽車實(shí)際速度相符;跑車試驗(yàn)的風(fēng)場(chǎng)湍流強(qiáng)度小于4％;理想條件下，動(dòng)壓和氣動(dòng)力時(shí)程曲線較為平穩(wěn);有端板工況下的升阻力系數(shù)絕對(duì)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(duì)值普遍大于橫放工況的結(jié)果;跑車試驗(yàn)測(cè)得的氣動(dòng)力系數(shù)與風(fēng)洞試驗(yàn)