风洞到底是什么呢

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2023-10-19 10:01 标签： 风洞是什么
“风洞实验”常常会有人把这个名词挂在嘴边但实际上却不知道它到底是个啥可能是车姐长期和汽车打交道的原因对汽车相关的内容会比较敏感那么今天车姐就给大家好好科谱科谱“风洞实验”到底是个啥？　　　　A　　BOUT History人类的出行方式从步行到马车从马车再到汽车再由汽车到飞机这些都经过了人类历史的发展而出现变化并且体现出了我们一直追求速度的发展过程而风洞实验的产生就和速度有着密切的关联。稍微知道点物理知识的小伙伴此时应该发现了关键的问题一个运动着的物体要想提升速度就必须考虑动力、质量以及阻力这三个问题而在这其中降低阻力是对速度的提升有着最直接的影响。　　就拿汽车来举个例子当汽车高速行驶时除了轮胎与路面的摩擦力以外最大的阻力来自于空气空气阻力主要包括了空气对车身正面的阻力和侧面的摩擦力经过不断的探索和研究他们发现空气阻力是提升速度最大的影响因素俗称“汽车最大的敌人来自于空气”。虽然人们明白了这个原理但这个原理最初的发现却并不是一开始就不得而知的。动画片大头儿子与小头爸爸里的这一幕就生动地说明了空气阻力对于速度的影响力有多大。为了降低汽车的空气阻力人们开始想了很多办法比如说降低汽车底盘的高度、将车身设计成扁平状等等通过不断的实验得出数据汽车的外形在空气阻力的影响中起到了关键的作用。　　　　汽车的外形设计也经历了很有趣的发展过程从最一开始没有外壳的汽车到箱型的外表　　　　没有外壳的汽车　　　　T箱型车再到人们开始考虑空气阻力的影响因素而设计出的“水滴形汽车”到最后来越来越流线型的汽车造型。　　　　水滴型汽车　　　　流线型汽车所以千万别以为汽车设计师是一份简单的职业人家辛辛苦苦设计出来的作品不知道经过了多少考量造型不符合主流大众的审美还要被黑真是有些心疼那些苦逼的设计师们。总而言之到底什么样的汽车外形对于减少风阻而言是最优的设计并且还要经过不断的摸索和测试才能得出结论因此今天要讲的的主角：“风洞实验”就应运而生啦！　　　　很多人在第一次接触到“风洞”这个词时都不太能理解它的字面意思甚至会有人问出：“风怎么会有洞”？诸如此类的问题其实今天要讲的与其说是风洞它更像是一个两端开口的木箱而风洞试验呢就是人工模拟一组管道并产生人造气流进而帮助工程师对测试模型完成一系列空气动力学方向的研发工作。其实最早将“风洞实验”运用起来的是在航空领域美国的莱特兄弟在1901年制造了试验段0.56米见方，风速12m/s的风洞并在1903年发明了世界第一架飞机这也奠定了航空工业与空气动力学试验密不可分的联系而真正应用到汽车研发领域还是上世纪70年代以后的事情。　　　　当然了根据实验目的的不同风洞也会分尺寸和类型一般汽车测试用途就会有模型风洞和多用途风洞在设计出一辆新车时首先会造出等比例的模型经过模型风洞的测试之后会产出一辆实车来通过多用途风洞经过不多的测试和修改得到最后最优的测试数据这样的一份设计才有可能投放到最后的生产环节。下面就通过一个视频来具体了解一下风洞实验到底是如何操作的吧！（视频较长，建议在WIFI环境下观看）车姐还得提醒一句：下次不许再问出风怎么会有洞?这样的傻问题哟!
JF22高超音速风洞，到底厉害在哪？风洞主要由洞体、驱动系统和测量控制系统组成，风洞的形式也有很多种JF22采用的是先进的激波反射型正向爆轰驱动方法，把“不能用”的爆轰波头变为”可用”和“好用“ ，说白了就用化学炸药爆炸来轰击， 这个爆轰波是指以超声速运动的激波，又称为冲击波，说到冲击波大家都好懂了， 就是炸弹爆炸出来的。爆轰波头就是冲击波最前端的，可以说是力量最强，速度最快的那一部分。 感觉像把针尖儿随意拿捏一样。 爆轰的目的是通过装置产生并且控制气流，来模拟飞行器或其它测试实体周围经过的气体流动状况，工程师可以通过观察和度量气流与物体的互动来评估测试物体的气动性能。都说材料科学是人类进步的奠基石，咱空间站上大部分都在做材料科学相关的研究， 而作为空气动力实验最常用、最有效的工具，风洞的产生和发展跟材料科学以及航空航天科技的发展关系非常紧密。 用于实验的飞行器缩比模型在风洞中经过反复测试来研究其空气动力学的参数和性能，从而对其进行修改验证和确定飞行器的气动布局和材料性能。现代飞行器的设计对风洞的依赖性很大，基本是一代风洞技术决定一代飞行器的研发水平。那咱们就可以想想，JF22风洞能研究出来一个什么先进装备呢？风洞有很多种，其针对实验的对象也不同，要是细分起来可就太多种类了。 按照速度分就有低速、高速，跨声速、超声速、高超声速等各类型风洞。 要是按照马赫数范围来分的话，高速风洞又分为亚声速风洞、跨声速风洞和超声速风洞。风洞中的气流速度一般用实验气流的马赫数(M数)来衡量。M<0.3的风洞称为低速风洞，这时气流中的空气密度几乎无变化；在 0.3<M<0.8 范围内的风洞称为亚音速风洞，气流的密度在流动中已有所变化； 0.8<M<1.2 范围内的风洞称为跨音速风洞；1.2<M<5范围内的风洞称为超音速风洞；M≥5或以上的风洞称为高超音速风洞。歼20风洞缩比模型据不完全统计，全球各地已建的各种类型的风洞总数超过1000座。最大的低速风洞是NASA的艾姆斯中心的国家全尺寸设备(NFSF)，实验段尺寸为24.4×36.6米， 可以放下一个真飞机进入。艾姆斯中心的国家全尺寸设备(NFSF)现代风洞的发展趋势又应用在了非常多的领域。 例如短道速滑，滑雪器具，雪车，公路自行车等与竞速有关的体育项目， 北京冬奥会上，我们用上了自己国产的钢架雪车，以前都是租用的，价格贵还拿不到好产品， 本以为是个运动项目，没想到这项目可都是科技与狠活啊。 航天科技集团十一院3所为国家体育总局建造了两大两小四个体育风洞，为运动员的训练、运动服和钢架雪车的设计提供风阻数据。才有了我们自己的国产雪车。国产雪车还有汽车和风工程的测试，需要复杂的几何结构的风力荷载和振动的装备， 比如风力发电的扇叶，造桥，超高建筑，环境风场、复杂地形中的流况、防风设施的功效等都需要用到风洞。风力发电的扇叶当然上面的几种都属于常规风洞，用不到JF12和JF22这种非常高级别的。显然有更高端的使用目标！
今年各大摩托车厂家就风洞测试这项命题展开了深入探讨，从凯越321RR首次宣传风洞测试起，国内大排量仿赛不吹吹风仿佛就显得跟不上节奏，厂家在风洞测试上也开始内卷，从简单测试，再到专业测试，如今无极已经把风洞测试做到了现阶段国产车的极致。但是对于风洞测试的具体内容和意义不少摩友还是觉得一脸懵逼，今天咱们就简单了解一下风洞、风洞测试、以及其背后的意义。一、风洞是什么?简单来说风洞就是一个可以帮助工程师直观了解风的东西，自然界的风不仅看不见、摸不着，而且大小也无法控制，没准是今天微风和煦，明天它就抽你耳光，一切都不可量化控制，而风洞的意义就是把风变成一个可观、可控的形态，确保在实验过程中，风的状态一定是切合实验所需的这么一个装置，叫做风洞。无论这个装置多么大、多么昂贵与复杂，它的最终目的都是为了确保下图红圈内（实验区）的风是可控的，对于风洞我们了解这么多就行。二、风洞测试是什么？风洞测试就是把某个我们需要了解到其空气动力学参数的物品，比如摩托车，放到上图的红圈中，经过科学严谨的计算，最终得出一些专业数值，其中最容易理解的一个名词叫“风阻系数”，顾名思义，这个数值越大，则说明该物体所受的空气阻力越大；数值越小，则说明受到的空气阻力越小。（这方面我说的并不全面或科学，欢迎指正科普）常见的风阻值有以下几种:1、常见的垂直平面，其风阻系数约为1.0；2、一般家用汽车的风阻值为0.28~0.4；3、雨滴的风阻值为0.05左右。为了直观地了解气流对于测试物体的关系，风洞测试一般会辅以下列空气流动可视化处理方法：1、烟流法，我们记忆中风洞测试的样子。2、示踪法，顾名思义就是让人能直观看到空气流动，该方法包含丝绒法、升华法等。3、光学方法，使用光学仪器来观察气体流动的方法，比如粒子图像测速法。有了数值，我们便可以针对该物品的外形进行改进，使其在保证功能性与美学的前提下，尽可能地减少风阻系数。三、这玩意儿对我们来说有什么意义？对于摩托车而言，风洞测试的意义主要就是从以下层面提升用户体验，包括但不限于百公里加速、极速、高速稳定性、高速操控性、巡航里程（也就是降低油耗）等方面。摩托车的极速用公式可以表现为，极速＝最大驱动力－自负重/空气阻力（理性情况）。想让车跑得快，要么增大驱动力，要么减轻自负重。当前两者无法改动后，如果还想进行提速，那我们只能把目光移到空气阻力上。只要空气阻力能降低，那车辆的高速稳定性、极速、油耗经济性等数据也会自然而然得到提高。首先要明确一点，空气阻力一直都存在，与逆风与否无关，你的行驶速度越快，所遇到的空气阻力也就越强，在逆风时，空气阻力甚至会成倍增长，而一个符合空气动力学外形的设计，可以有效地帮助我们对抗空气阻力，也就是风。车辆外形在定稿之前一般会先进行理论分析与软件分析，这两关过了之后，才是道路实验与风洞测试，所以即便某某车型没有进行过风洞测试，只要在软件分析上做得足够好，那实车出来也不会很差。但是软件层面毕竟不是实战，为了进一步提高车辆性能，大企业还是会进行风洞测试，而且这项测试一定会在车辆定型前完成。当初春风和凯越的风洞测试被人认为是大忽悠，就是因为他们给人的感觉是我先造车，在车辆定型之后，才把车拉去风洞实验室拍照，这两家的风洞测试视频拍的都像广告片一样精致。按理来说，风洞实验应该在车辆外观件尚未定型之前进行，因为车辆外观件都需要开模，而开模需要很高的成本，一旦风洞测试的数据情况不理想，这就意味着模具需要报废重来，十几万元就会因此打了水漂，所以没有人会这么傻。除非风洞测试只是个噱头，本来就是营销用，厂家并不准备根据数据改车。虽然我相信春风和凯越不会做傻事，但凯越的测试确实难以让人信服，因为它没有展示出一个完整的风洞演示过程。直到无极RR525来了。无极在风洞上玩得更狠，为了最大程度获取群众信任，它直接把1:1的油泥模型拉去做测试，这意味着无极的RR525，一定会按照风洞测试后的结果来造车，给大家一个符合测试结果的整车外壳。因为油泥模型就是根据风洞测试的结果进行修改的，而整车包版也会根据油泥来开模制造，全过程无需造假，也不用造假。总结:风洞测试走到这一步对摩友而言一定是一件好事，这意味着企业对造车这件事更加严谨，在实际效果不明以前，我们能评价的也只有厂家的态度，以这方面来看，大家的态度分都是很高的。至于无极RR525这款车到底如何？我们下期再聊。

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