人造地球 揭秘鮮為人知的熱力學風洞

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我們生活的地球有著復雜多變的氣候現(xiàn)象。從汽車工程師的角度來看，不斷變化甚至極端的氣候給新車的開發(fā)帶來了許多不可預測的問題。如果有一個能夠模擬地球上各種氣候的裝置，將為新車研發(fā)節(jié)省大量路試時間。近日，由上海泛亞汽車技術(shù)中心總投資1.8億元建設的熱力風洞正式投入使用，就是為了幫助工程師解決這個問題。

新車在開發(fā)階段，必須考慮其可能遇到的各種氣候現(xiàn)象，因此需要將車輛放在相應的地方進行可靠性測試，但這意味著要看天氣吃飯。我們需要的氣候條件往往不是人的意志所轉(zhuǎn)移的，所以我們可以通過建立一個類似地球的小環(huán)境來模擬現(xiàn)實中車輛可能遇到的各種天氣情況，而這個人造地球環(huán)境就是所謂的熱力學風洞。

●與空氣動風洞的區(qū)別

相信很多人都聽說過風洞。根據(jù)試驗對象和用途的不同，風洞有很多種。最常見的是動態(tài)風洞，主要用于設計和優(yōu)化飛機、導彈和航天器的外形。在動態(tài)風洞中，可以模擬這些物體在高速運動下的可能狀態(tài)。

對于汽車廠商來說，空氣動風洞對于車身造型的發(fā)展也有著重要的作用，尤其是對于一些超跑廠商來說。通常工程師會先制作一個1:1的汽車污泥模型，然后在風洞中進行測試。通過風洞中產(chǎn)生的強大氣流吹過車身表面，我們可以觀察氣流是否符合設計要求，然后修改細節(jié)，使風阻系數(shù)符合要求。

當然，建造一個能夠契合1: 1汽車模型規(guī)模的風洞的價格也是不菲的，往往會達到上億美元甚至更多，每次風洞試驗的成本也是相當大的。

熱力學風洞是另一個術(shù)語。其主要目的是模擬車輛在實際情況下遇到的各種路況和氣候變化。它可以模擬雨雪天氣、不同的濕度和溫度環(huán)境等。但是，空氣動風洞不需要這些，只需要吹風，這是它們最大的區(qū)別。

●風機重40噸，最大風速250 km/h。

該熱力風洞位于上海泛亞汽車技術(shù)中心。建筑內(nèi)設有主試驗艙、預試驗艙、風機、風道、冷熱系統(tǒng)、底盤測功機、日照模擬/雨雪模擬系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。

風洞的核心部件風扇的重量為40噸，最大轉(zhuǎn)速為708轉(zhuǎn)/分。雖然轉(zhuǎn)速不高，但由于風機直徑為3.6米，加上全速風洞的設計，可以在出風口產(chǎn)生250公里/小時的風速，此時電機功率為1500千瓦。

為了產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)可控的風，風道的設計相當講究。從側(cè)面看，整個風道采用“背部”結(jié)構(gòu)，重量為70噸。這種垂直布置使風道的上下落差達到9米。位于大樓三樓的風扇吹出的風將通過一條長風道到達位于一樓的風道的膨脹段。它的主要功能是緩沖和整流這里的氣流，然后通過收縮段從一個7平方米的出風口快速吹向主試驗艙。

風扇到出風口有很長的距離，所以當風扇的轉(zhuǎn)速變化時，出風口的風速必然會延遲，但這個延遲控制在5秒以內(nèi)。出風口的面積是7平方米，其實可以縮小到5平方米。通過調(diào)節(jié)出風口的面積，風道內(nèi)的最大風速可以立即從200km/h提升到250 km/h，風道設計的這種“斤斤計較”保證了所有測試都更接近或等于真實情況。

●主測試艙可模擬-40至60攝氏度的氣候環(huán)境，實現(xiàn)雨雪天氣條件。

主艙用于放置試驗車輛，地面安裝底盤測功機。它可以在不停車的情況下驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動，同時可以模擬不同摩擦系數(shù)的路面對車輛造成的路面載荷，可以實現(xiàn)車輛在試驗艙內(nèi)的真實行駛狀態(tài)。

這個熱力學風洞有2000多個通道，每個通道都是一個信息數(shù)據(jù)。通過對這些數(shù)據(jù)的收集、測量和分析，可以更加敏銳、細致地捕捉車輛在各種工況下的反饋情況，幫助技術(shù)人員更準確地找到問題的癥結(jié)所在。

全文摘要:

可以大膽想象，如果我們掌握史前氣候數(shù)據(jù)，輸入計算機，通過熱力學風洞進行模擬，然后看看現(xiàn)代工業(yè)文明的產(chǎn)物汽車是否適合在恐龍統(tǒng)治的侏羅紀和白堊紀時代使用，但這只是我們的想象和一廂情愿。通過熱力風洞，可以再現(xiàn)世界各地不同的氣候條件，足不出戶就可以模擬車輛?？v觀全球知名汽車企業(yè)，熱力風洞已成為不可或缺的現(xiàn)代化研發(fā)設備，真正體現(xiàn)了汽車企業(yè)在技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)上的實力。