Liikuva teepinnaga tuuletunnelid: miks autode aerodünaamika andmed vajavad liikuvat aluspinda

Maanteel auto liigub ja maapind seisab paigal. Tuuletunnelis liigub õhk ning nii auto kui ka maapind seisavad paigal – ja just see üksainus pöördvõrdelisus on peamine põhjus, miks tunneli andmed erinevad tegelikkusest.

Liikuva teepinnaga tuuletunnel on loodud selle erinevuse kõrvaldamiseks. Kõik muu autode aerodünaamikas – põhjaalune vool, rataste järelvoolud, jahutuse takistus, tagaosa rõhu taastumine – sõltub otseselt maapinna õigest simuleerimisest.

---

1. Mida paigalseisev põrand teie andmetega teeb

Fikseeritud põranda korral kasvab piki tunneli põrandat piirkiht, mis jõuab autoni. Puhta ja täiskiirusel liikuva õhu asemel on sõiduki all aeglustunud ja paksenenud vool. Sellel on kohe kolm tagajärge:

• Põhjaalune vool on vale. Tundlikkus sõidukõrguse suhtes, difuusori jõudlus ja põranda serva keerised sõltuvad kõik kiirusprofiilist, mida seal enam ei ole.
• Rattad on valed. Paigalseisvad rattad tekitavad teistsuguse järelvoolu kui pöörlevad rattad. Rataste ja rattakoobaste aerodünaamika võib moodustada olulise osa kogutakistusest ning midagi sellest ei esitata õigesti.
• Järelvool on vale. Põhjaalusest ja ratastest tulenevad vead kanduvad allavoolu ja muudavad baasrõhku – tegurit, mis domineerib enamiku maanteeautode takistuses.

Tulemuseks on vale konfiguratsiooni korratav mõõtmine. Korratavus ilma tõepärasuseta on täpselt see, kuidas programmid lõpetavad auto optimeerimisega, mis eksisteerib ainult tunnelis.

---

2. Maapinna simulatsiooni astmed

Maapinna simulatsioon ei ole üksik funktsioon, vaid rida samme, ning kaasaegsed rajatised on ehitatud nii, et neid saab ükshaaval aktiveerida – nii saab ka kvantifitseerida iga sammu väärtust. Näiteks IVK tunnelites (Stuttgarti Ülikooli sisepõlemismootorite ja autotehnika instituut) on järjestus dokumenteeritud järgmiselt: maapinna simulatsioon puudub, seejärel piirkihi imemine, siis keskmine lint, seejärel rataste pöörlemine minilintidega.

Piirkihi imemine (BLS). Õhukoguja ja jaotatud imemine ülesvoolu eemaldavad põranda piirkihi enne, kui see autoni jõuab. Seinalähedase voolu taaselustamiseks võib lisada tangentsiaalse puhumise. Ainuüksi see parandab suure osa veast ja on kõige odavam samm.

Keskmine lint. Sõiduki pikitelje all liikuv lint tagab õige suhtelise liikumise seal, kus asub põhjaalune vool.

Rataste pöörlemine minilintidega. Neli väikest linti, üks iga ratta all, pöörlevad rattaid, samal ajal kui auto on toetatud. Koos keskmise lindiga moodustab see 5-lindi süsteemi , mis on tänapäeval enamiku täissuuruses seeriaautode tunnelite eelistatud konfiguratsioon.

Üksik lai lint. Üks lint kogu sõiduki all, kusjuures autot hoiavad ülevalt toed või rataste rummukinnitused. See on kõige tõetruum simulatsioon ja nõuab kõige rohkem: suurt lindi kiirust ja võimsust, jahutust, õhklaagreid, täpset pingutuse juhtimist ja kaalusüsteemi, mis töötab ümber lindi. Mootorisport ja spetsiaalsed aerodünaamika arenduskeskused eelistavad seda.

---

3. Blokeering: probleemi teine pool

Katseosas olev auto tõrjub välja märkimisväärse osa voolualast. Suletud sektsioonis piirab see voolujooni ja tõstab lokaalset kiirust, suurendades jõude üle. Avatud joaga (open-jet) sektsioonis saab juga laieneda, kuid joa piiril tekib nihkekiht ja selle ebastabiilsused võivad põhjustada resonantsi, mis muudab rõhu jaotust katseosas.

Kumbki käitumine ei ole defekt, mida tuleks kõrvaldada – mõlemad on füüsikalised nähtused, mida tuleb korrigeerida. Autotööstuse praktika on koondunud Merckeri, Wiedemanni, Cooperi ja nende kolleegide välja töötatud korrektsioonimeetoditele, mis võtavad arvesse düüsi interferentsi, joa laienemist ja kõrvalekallet, kollektori interferentsi ning staatilise rõhu gradienti piki katseosa, ja mis on tõestatult viinud mõõdetud takistustegurid lähemale maanteel esinevatele väärtustele.

Praktiline järeldus on ebamugav ja oluline: takistustegur ei ole ainult auto omadus. See on auto, tunneli, maapinna simulatsiooni oleku ja korrektsioonimeetodi ühine omadus. Ühe rajatise Cd võrdlemine teise rajatise Cd-ga, teadmata kõiki nelja, on levinud ja kallis viga.

Numbrit esitades märkige ära konfiguratsioon. Numbrit saades küsige seda.

---

4. Mida liikuv maapind veel võimaldab

Kui maapinna simulatsioon on olemas, muutuvad samas rajatises mõttekaks mitmed teised mõõtmised:

• Jahutuse takistus ja soojusjuhtimine. Õhuvool läbi eesmise sisselaskeava, soojusvahetite ploki ja mootori- või akuruumi käitub realistlikult ainult õige põhjaaluse voolu korral – see on elektrisõidukite puhul üha enam domineeriv küsimus.
• Tõstejõud ja tasakaalu jaotus. Eesmine ja tagumine tõstejõud ning nende muutumine sõidukõrgusega on numbrid, mis määravad stabiilsuse suurtel kiirustel.
• Aeroakustika. Tuulemüra hindamine nõuab, et vooluväli oleks õige ja tunneli enda müratase oleks madal.
• Määrdumine ja veejuhtimine. See, kuhu pritsmed lähevad, sõltub rataste pöörlemisest.

---

5. Mõju rajatisele

Kui te spetsifitseerite või uuendate sellist rajatist, määrab maapinna simulatsioonisüsteem üllatavalt suure osa disainist:

• Lindi kiirus, võimsus ja jahutus. Tundide viisi maanteekiirusel töötavad lindid tekitavad soojust ning nõuavad täpset pingutuse ja jooksu juhtimist.
• Kaalude integreerimine. Jõumõõtesüsteem peab töötama ümber lintide, rataste kinnituste ja imemiskambrite, ilma et see häiriks koormuse ülekannet.
• Imemisseade. Piirkihi eemaldamine on tõeline õhukäitlussüsteem, mitte lihtsalt pilu.
• Sektsiooni geomeetria ja korrektsioonistrateegia. Avatud joaga (open-jet) või suletud sektsioon on otsus, mis määrab, millise korrektsioonimeetodiga te töötate ja kui võrreldavad on teie andmed teistega.
• Skaala. Vähendatud mõõtkavas tunnelid (tavaliselt umbes 1:2 kuni 1:4) pakuvad energiaühiku kohta palju rohkem testitunde ja neid kasutatakse laialdaselt arendustegevuseks, samas kui täissuuruses tunnelid on reserveeritud valideerimiseks.

Vooluringi arhitektuuri üldised kompromissid kehtivad siin nagu kõikjal mujalgi – vaadake

suletud ringlusega vs avatud ringlusega tuuletunnelid

ja meie

tuuletunnelite tüüpide võrdlust

.

---

6. Viis viga

• Korrigeerimata numbrite võrdlemine. Kaks tunnelit, kaks korrektsioonimeetodit, üks mõttetu võrdlus.
• Cd esitamine ilma maapinna simulatsiooni olekuta. „Ainult BLS-iga“ ja „5-lindiga, rattad pöörlevad“ on aerodünaamiliselt erinevad autod.
• Rõhugradiendi eiramine. Staatilise rõhu gradient piki katseosa tekitab horisontaalse üleslükkejõu, mis väljendub otseselt takistuses.
• Testimine vale sõidukõrgusega. Aerodünaamilised koormused muudavad sõidukõrgust, mis omakorda muudab aerodünaamilisi koormusi. Staatiline geomeetria ei ole sõidugeomeetria.
• CFD korrelatsioonitõrgete käsitlemine CFD vigadena. Sageli on simulatsioon õige ja tunneli konfiguratsioon ei vastanud sellele, mida simulatsioon eeldas.

---

7. Süsteemi integreerimine

Maapinna simulatsioon ei ole lisavarustus; see on autotööstuse tunneli osa, mis otsustab, kas andmed kirjeldavad maanteesõidukit. Otsustage varakult, millist taset vajate – ainult imemine, 5-lint või üksik lint –, sest igaüks neist eeldab erinevat struktuuri, võimsust, jahutust ja kaalude disaini.

Me projekteerime, toodame ja võtame kasutusele kohandatud tuuletunneleid vastavalt mõõtmisprogrammile, kusjuures maapinna simulatsioon, kaalud ja mõõteinstrumentatsioon on integreeritud juba aerodünaamilisest kontseptsioonist alates, mitte ei lisata neid hiljem.

Öelge meile, milliseid sõidukeid ja kiirusi peate testima , ning me pakume välja kontseptsiooni: sektsiooni tüüp, maapinna simulatsiooni tase, ajami võimsus ja ruumivajadus.

---

Allikad ja märkused

• 5-lindiga maapinna simulatsioon koos piirkihi imemise, tangentsiaalse puhumise ja nelja ratta pöörlemisüksusega ning samm-sammuline aktiveerimisjärjestus (maapinna simulatsioon puudub → piirkihi imemine → keskmine lint → rataste pöörlemine): „The New 5-Belt Road Simulation System of the IVK Wind Tunnels“, SAE 2003-01-0429.
• Avatud joa (open-jet) korrektsioonipraktika, sealhulgas düüsi interferents, joa laienemine ja kõrvalekalle, kollektori interferents ja staatilise rõhu gradiendi mõjud: „The necessity for boundary corrections in a standard practice for the open-jet wind tunnel testing of automobiles“.
• Nihkekihi ebastabiilsused ja resonants avatud joaga autotööstuse katseosades: Hu et al., „The low frequency pressure pulsation and control of the open-jet wind tunnel“, Scientific Reports 12, 19090 (2022).
• Maapinna simulatsiooni ja blokeerimissuhte mõju sõiduki prognoositud aerodünaamikale: MDPI Vehicles, 2(2), 18.
• Vähendatud mõõtkava vahemikud umbes 1:2 kuni 1:4 peegeldavad levinud tööstuspraktikat ja varieeruvad olenevalt rajatisest.
• Rajatise projekteerimise juhised põhinevad TunnelTech inseneripraktikal.