汽车环境风洞实验中的整车试验设备

风洞是空气动力学实验设备，用于在可控的试验室环境中研究物体周围的气流状态以及由此产生的气动载荷。风洞被广泛应用于航空航天、汽车、轨道交通、建筑、体育等领域。

环境风洞是空气动力风洞的一个分支。与经常改变的自然条件相比，风洞实验条件更容易控制，实验过程可重复，还能观测一些现场难以测定的项目。因此，以环境风洞模拟实验作为辅助，不但可以验证野外试验的结果，而且还能弥补野外试验之不足，进而达到与野外试验相辅相成的目的，有力地促进大气环境影响研究。

在没有环境风洞的条件下，车辆的热力学测试就要看老天爷的脸色。而有了环境风洞，一年12个月都可以充分利用模拟的环境为整车的开发进行调试。可以想象，无论是研发成本还是时间都得到了更好的控制，大大提高了工作效率。

在汽车环境风洞实验中进行整车试验，可不受地域、季节及时间的限制，复现自然条件及模拟极限环境条件，实现相同环境条件下重复性试验，有利于评估和精准分析试验数据。可准确进行汽车各系统的研发测试，有效缩短新车开发周期。随着中国汽车企业自主研发和技术升级的需要，环境风洞做为技术研发的高端测试平台，已成为汽车试验设备的又一大热点，国内汽车业的龙头企业、知名学府、测试研发机构纷纷投资建设。

一、温度模拟

目前国际主流的汽车环境风洞的温度模拟范围可以达到-40℃~+60℃。

低温-40℃是一个很低的温度，通常风洞中会采用二次制冷系统来实现低温控制，即在普通制冷系统中引入另一套载冷剂系统，该载冷剂需要具备优异的热传导性能和稳定性。载冷剂通过盘管在风洞流道中进行热交换。流道内的温度控制精度可达±0.5℃，也就是说，如果需要模拟的环境温度为-30℃，那么风洞内的温度就能达到-30.5℃~-29.5℃。

风洞制冷设备

高温模拟一般是通过电加热或者锅炉加热来获取热量，或者采用电加热与锅炉加热相结合的方式，这样可以在节约能源的同时精确控制温度。

蒸汽加热设备

在风洞中模拟环境温度可以极大地提高汽车研发工程师的研发效率，不必再为夏天做低温试验，或者冬天做高温试验而烦恼。

二、阳光模拟

汽车在一年之中每天的阳光照射情况都是不一样的，甚至于每个时刻的阳光照射都不一样，例如乌云，隧道等。那么风洞中是如何实现这一功能的呢？

在风洞中的车辆测试段顶部会安置一套用于模拟日照条件的阳光模拟系统。该系统根据形式通常分为两类，一类是固定在测试段顶部的，即顶置式；另一类是通过安装一套弧形支架系统，即穹顶式。

顶置式

穹顶式

前者和后者的区别主要在于模拟角度的区别，前者只能模拟侧面和前方45°左右的阳光照射，而后者可以进行从早到晚的日升日落模拟。

奔驰环境风洞穹顶式阳光模拟系统

宝马环境风洞顶置式阳光模拟系统

一般环境风洞中阳光模拟系统的日照辐射强度最高可达1200w/㎡，这个强度是什么概念呢。举个例子，美国著名的死亡谷的阳光辐射强度也不过1000w/㎡，所以在环境风洞中可以模拟全球任何地方的日照条件。

美国死亡谷国家公园正午光照

阳光模拟系统的每个灯源都有独立的电源和控制系统，使得光照控制精度可以达到±50w/m2。在每个独立灯源上集成有网状挡板和遮光挡板，可以用于模拟车辆在乌云条件下低照射强度环境和通过隧道时的无照射环境。

阳光模拟系统灯源

三、降雨模拟

汽车环境风洞中还可以模拟从小雨，到中雨，暴雨等不同级别的真实降雨天气，雨量大小、雨滴直径和降雨时间都可以自由设定，工程师可以根据试验需要选择相应的降雨形式。

降雨试验

甚至还可以在水中加入荧光剂，以便实现可视化流动显示，方便汽车工程师了解雨滴在汽车上真实的流动情况。

宝马风洞加荧光剂的降雨试验

降雨模拟是通过在环境风洞喷口前面或者后面安置喷枪，根据不同雨量大小设定，喷枪会喷出相应大小的雨滴，雨滴随着喷口的气流吹向测试车辆，从而形成降雨。

雨水喷枪

宝马风洞雨水喷枪

降雨模拟主要用于雨刮性能试验，雨滴流向试验等。

雨刮器性能试验

降雨试验

四、降雪模拟

如果没有汽车环境风洞，汽车工程师做降雪试验就需要等到寒冷的冬季，并且还不能控制雪量大小，只能“靠天吃饭”。但环境风洞完美解决了这一问题，在室内就能在任何时候进行降雪试验，雪量大小，降雪时间等都可以自由控制。大大缩短了新车型开发周期。

环境风洞中降雪的实现也是通过在喷口前面或者后面安置喷枪，该喷枪能根据所需的雪量大小喷出夹带水滴的高压气体，在风洞流道内温度达到-10℃以下时凝结成冰粒，于是在试验车辆前方形成了降雪。

手持式雪枪

宝马风洞降雪试验

降雪模拟可用于许多需要降雪环境的试验，如吸雪试验，即准确模拟在暴雪下车辆进气系统是否会被雪覆盖导致堵塞。

卡车降雪试验

环境风洞的出现使得汽车工程师在室内就可以制造出变化多端的天气情况，并根据试验要求，随时随地的改变温度、湿度、雨雪等条件，大大加快了车型开发进度。未来在国内自主车型开发过程中，环境风洞的作用将会进一步加强，对环境风洞的需求也会加大。

关于环境风洞的介绍

1、高超声速静风洞，相对于普通高超声速风洞噪音低一个量级，可以达到飞行器真实的飞行环境噪音水平。

2、一般而言，实验段皮托压力脉动与平均皮托压力的比值达到千分之一量级，这是国际上静风洞基本评价标准。

3、对于高超声速风洞而言，实验噪音主要来源于风洞壁面湍流边界层产生的声波扰动。

4、而声波扰动在高超声速边界层转捩中占主导作用。

5、因此，高超声速静风洞与普通高超声速风洞的主要区别在于控制风洞喷管为层流边界层，这样就大大降低了由喷管壁面湍流边界层引起的声扰动，从而减少声波扰动对实验模型的干扰。

6、目前世界上主要有三座高超声速静风洞：分别位于美国Purdue University，美国Texas A\\u0026M University，中国北京大学。

环境风洞做为高端的汽车环境模拟试验室，不仅可以精确模拟各种高温、低温、湿度、日照等气候条件，同时也可以精确模拟汽车行驶的迎面气流。解决了汽车环境舱内气流模拟不准确和环境参数控制精度等问题。另外，部分环境风洞还配备雨雪模拟等功能。使环境风洞成为接近汽车行驶状态和行驶环境的试验室。