利用汽車行駛風測試三棱柱模型氣動力系數(shù)的跑車試驗方法研究.pdf

1、結構氣動力系數(shù)的研究方法主要是以風洞試驗和數(shù)值模擬為主，現(xiàn)場實測的方法局限性較大，并不常用。風洞試驗是常用的結構抗風試驗方法，但是風洞實驗室造價和試驗費用往往較高，且國內擁有風洞實驗室的研究機構并不多，甚至有些省份沒有風洞實驗室，這極大地限制了風工程領域工作者相關工作的開展。雖然，數(shù)值模擬方法提供了一種便捷經(jīng)濟的研究手段，但是其結果并不十分準確和可靠，因此數(shù)值模擬方法僅作為風洞試驗的一種輔助手段。為了給結構風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，本文參照風洞試驗方法以及汽車行駛可產生相對風場的特性，提出了一種通過汽車的運動來產生相對風場，進而對安裝于車頂試驗模型的氣動力系數(shù)進行測試研究的移動便攜式類風洞的試驗方法。
　　首先，研制了利用汽車行駛風測試氣動力系數(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備基本一致。跑

3、車試驗的儀器設備主要包括筆記本電腦、供電設備、測力天平、拾振器、皮托管、壓力傳感器及相應的數(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)性檢驗模塊可以對采集到的數(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用和分析，結果表明該數(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場屏蔽罩對試驗模型周圍的風場進行隔

5、離，測力天平只采集試驗模型所受的振動慣性力。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、端板設置情況和雷諾數(shù)等工況下的氣動力系數(shù)結果。并將該測試結果同風洞試驗結果進行比較和分析。結果表明，皮托管得到的行駛風速的范圍為17.43～20m/s，與國標(GB15082-2008)汽車實際的汽車實際速度相符;跑車試驗的風場湍流強度小于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果;跑車試驗測得的氣動力系數(shù)與風洞試驗