利用汽车行驶风测试三棱柱模型气动力系数的跑车试验方法研究

发布时间：2020-04-18 17:48

【摘要】：结构气动力系数的研究方法主要是以风洞试验和数值模拟为主,现场实测的方法局限性较大,并不常用。风洞试验是常用的结构抗风试验方法,但是风洞实验室造价和试验费用往往较高,且国内拥有风洞实验室的研究机构并不多,甚至有些省份没有风洞实验室,这极大地限制了风工程领域工作者相关工作的开展。虽然,数值模拟方法提供了一种便捷经济的研究手段,但是其结果并不十分准确和可靠,因此数值模拟方法仅作为风洞试验的一种辅助手段。为了给结构风工程研究提供一种便捷高效经济可靠的试验研究方法,本文参照风洞试验方法以及汽车行驶可产生相对风场的特性,提出了一种通过汽车的运动来产生相对风场,进而对安装于车顶试验模型的气动力系数进行测试研究的移动便携式类风洞的试验方法。首先,研制了利用汽车行驶风测试气动力系数跑车试验方法的试验装置。该装置分为模型横放和竖放两种试验装置。装置主要包括:一辆带定速巡航功能的家用小汽车,车顶的物理试验平台和车内的信号测试系统等。模型横放和竖放的试验装置的仪器设备基本一致。跑车试验的仪器设备主要包括笔记本电脑、供电设备、测力天平、拾振器、皮托管、压力传感器及相应的数据采集仪等。同时,本文还对跑车试验方法的步骤作了必要的说明和介绍。其次,开发了利用汽车行驶风测试气动力系数跑车试验方法的数据处理软件。所开发的数据处理软件主要包含六大功能模块:数据初选、剔除奇异值、消除趋势项、数据平滑处理、平稳性检验和气动力系数计算。数据初选模块可对原始数据进行筛选,同步剔除异常时段的数据。剔除奇异值模块主要用于粗大误差的减少和消除。消除趋势项模块可解决数据的零点漂移问题。数据平滑处理模块能够有效地减少随机误差。平稳性检验模块可以对采集到的数据进行稳定性检验。气动力系数计算模块可方便高效地对测试数据进行气动力系数的计算。同时,对所开发的数据处理软件进行实例应用和分析,结果表明该数据处理软件是合理的、有效的和正确的。然后,研制了利用汽车行驶风测试气动力系数跑车试验方法的车振影响分析装置。该装置巧妙地利用风场屏蔽罩对试验模型周围的风场进行隔离,测力天平只采集试验模型所受的振动惯性力。在理想条件下,采用跑车试验方法对一个等腰三棱柱模型的升阻力进行测试,并从理论和试验两个方面研究了车振对跑车试验方法的影响,结果表明,在道路平直和气象条件良好的条件下,车振的影响较小,振动产生的惯性力相对于气动力可忽略不计。最后,验证了在理想条件下利用汽车行驶风测试气动力系数跑车试验方法进行等腰三棱柱模型气动力系数测试的正确性。分析了汽车行驶风速特征和测试数据的平稳特性,研究了模型在不同放置方式、端板设置情况和雷诺数等工况下的气动力系数结果。并将该测试结果同风洞试验结果进行比较和分析。结果表明,皮托管得到的行驶风速的范围为17.43~20 m/s,与国标(GB 15082-2008)汽车实际的汽车实际速度相符;跑车试验的风场湍流强度小于4%;理想条件下,动压和气动力时程曲线较为平稳;有端板工况下的升阻力系数绝对值大于无端板工况的结果;竖放工况下的升阻力系数绝对值普遍大于横放工况的结果;跑车试验测得的气动力系数与风洞试验结果吻合较好,且等腰三棱柱模型的跑车试验气动力系数测试对雷诺数效应并不敏感。因此,跑车试验方法具有一定可行性。
【图文】：

模型横向放置的跑车试验装置实物图

利用汽车行驶风测试三棱柱模型气动力系数的跑车试验方法研究

模型横向放置的跑车试验风攻角调整装置
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U467

【参考文献】