MIRA模型组气动特性模型风洞试验研究

论文摘要

汽车空气动力学特性是车身造型设计的前提基础和理论依据，是评价整车性能的重要指标，而且对汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、舒适性和安全性都有着非常重大的影响。当前，风洞试验是进行汽车空气力学研究的重要方法，大量重要的成果都来自于试验。但由于我国在汽车空气动力学研究起步较晚，在汽车气动特性试验中对标准车型的研究、对气动力系数变化机理的探讨以及对影响试验数据准确性因素的分析等方面工作的展开的相对较少，这些都已成为制约我国汽车自主研发的主要技术瓶颈之一。因此，开展汽车空气动力学特性风洞试验研究具有重要的现实意义。本文以湖南大学HD-2风洞为试验平台，开展三种尾部造型的MIRA模型组气动特性模型风洞试验研究。首先，阐述了汽车风洞的类型及构造、汽车风洞试验技术要求以及汽车风洞试验洞壁干扰的修正方法等汽车风洞试验理论，并较详细地介绍了测试设备、仪器以及它们的原理与使用方法。其次，测量了MIRA模型组的气动力及力矩，分析了模型组中各车型气动性能的优劣，并将所测数据和国内外风洞数据进行对比标定；采用电子压力扫描阀系统测量MIRA模型组纵对面表面压强分布，对比分析了MIRA模型组纵对面表面平均压力系数的分布特性；同时，采用粒子图像测速（PIV）系统定量地测量MIRA模型组纵对面的流场，对比MIRA模型组尾部的速度场、涡量场特性，分析了尾部流场导致气动系数变化的机理；最后对HD-2风洞地面附面层厚度以及抽吸系统进行了研究分析，并推导出湖大HD-2风洞附面层的修正公式。本文的研究成果有助于理解汽车三种经典尾部造型对气动特性的影响以及作用的机理，并对今后尾部造型的优化有较大的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国外研究历史与现状
• 1.3 国内研究历史与现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 汽车风洞试验概述
• 2.1 汽车风洞的类型
• 2.2 汽车风洞的构造
• 2.2.1 汽车风洞的基本结构形式
• 2.2.2 汽车风洞的洞体构造
• 2.3 汽车风洞试验技术要求
• 2.3.1 流场品质的要求
• 2.3.2 模型风洞相似准则
• 2.3.3 地面效应模拟
• 2.4 汽车风洞试验内容
• 2.4.1 气动力和气动力矩的测量
• 2.4.2 汽车表面压强分布测量
• 2.4.3 流场显示与测量
• 2.5 汽车风洞试验数据修正
• 2.5.1 阻塞效应修正
• 2.5.2 地面边界层修正
• 2.5.3 静压梯度修正
• 2.6 本章小结
• 第3章 MIRA 模型组气动力和气动力矩测量试验
• 3.1 试验风洞
• 3.2 试验设备
• 3.2.1 试验天平
• 3.2.2 转盘
• 3.2.3 测速仪
• 3.2.4 边界层基础抽吸系统
• 3.3 试验模型
• 3.4 试验内容
• 3.5 试验结果分析
• 3.5.1 雷诺数和边界层抽吸对气动性能的影响
• 3.5.2 横摆角对气动性能的影响
• 3.5.3 前后轴升力系数的气动性能分析
• 3.5.4 各风洞 MIRA 标模组数据对比分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 MIRA 模型组纵对面表面压力特性试验研究
• 4.1 压力数据采集系统
• 4.2 测压试验方案设计
• 4.2.1 测压孔的设计
• 4.2.2 测压点布置
• 4.3 试验结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 MIRA 模型组尾部流场的 PIV 试验研究
• 5.1 PIV 系统
• 5.1.1 PIV 技术原理
• 5.1.2 PIV 系统组成
• 5.2 PIV 试验方案设计
• 5.3 MIRA 模型组尾部纵对面流场分析
• 5.3.1 速度流线图对比分析
• 5.3.2 速度场云图对比分析
• 5.3.3 涡量场对比分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 地面边界层对模型风洞试验影响
• 6.1 地面边界层测量方案设计与测点选择
• 6.2 湖大 HD-2 风洞地面边界层厚度研究
• 6.2.1 地面边界层厚度与来流风速的关系
• 6.2.2 地面边界层厚度与抽吸率的关系
• 6.3 地面边界层厚度对气动性能影响研究
• 6.4 HD-2 地面边界层修正
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）