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国之重器:广汽“三合一”风洞实验室风吹向何方?

时间: 2024-06-07 19:37:05 |   作者: 汽车零部件真木系列

产品描述

  在汽车研发过程中,空气动力学是最重要的性能指标之一,与动力性、经济性、操控稳定性和舒适性紧密关联。现如今,空气动力学已不再作为单一被考虑的影响因素,需考虑多个其他因素对车辆的综合影响,同时虚拟仿真、风洞实验等研究技术方法也更为成熟。

  在这其中,风洞实验室扮演着至关重要的角色。风洞内部通过输入风速、风向、温度和湿度等环境参数,模拟真实环境下气体的流动情况,测试和优化汽车在实际驾乘中的表现。

  近日,广汽“三合一”风洞实验室启用仪式在广汽研究院举行,标志着全球首个集空气动力学、气动声学、热力学于一体的全尺寸风洞实验室正式启用,再次展现了广汽集团在科学技术创新和自主研发方面的实力与担当。

  “三合一”风洞实验室都有哪些优势?它在汽车研发过程中扮演着怎样的角色?怎么样才能解决建设成本与投资回收乃至盈利的平衡?风洞还将给我们大家带来哪些想象?钟叔驾道带着这样一些问题,和广汽研究院整车开发中心副主任欧阳俊现场对话,听听他的看法。

  可能很多人不知道,在2009年以前,中国尚没有严格意义上的汽车整车风洞,只能依靠改造航空风洞来完成汽车空气动力学实验,极大地制约了中国汽车工业的快速地发展和自主造型设计能力的提升。

  从2016年9月开始,历时8年全力打造的广汽风洞实验室,占地面积4500㎡,是全球首个集空气动力学、气动声学、热力学于一体的整车风洞实验室,也是国内车企首个全尺寸空气动力学风洞实验室,堪称名副其实的“国之重器”。

  “中国范围内目前有四个全尺寸的空气动力学风洞,除了广汽风洞实验室,分别是同济大学、中国汽车工程研究院股份有限公司、中汽研(天津)汽车工程研究院有限公司。”欧阳俊的语气坚定,带有自豪感。“但是国内目前都还是空气动力学和气动声学的‘二合一’风洞,广汽打造的不仅是主机厂层面第一个全尺寸,也是全球第一个‘三合一’风洞实验室。”

  作为该实验室的核心,它的“心脏”采用的是一台直径达到8.5米的轴流式风机,上限功率能够达到2200kW,产生最高200km/h的风速,并且保持0.5km/h的超高控制精度。当然了,如此大的功率,使得它的用电量也相当惊人,根据欧阳俊的介绍,如果以1元一度电来计算,风机工作一小时基本上要花费2000元左右的电费。

  广汽“三合一”风洞实验室的最大优点是,除了空气动力学、气动声学之外,还将热力学实验结合在了一起,实验室通过模拟20℃-60℃温度和15%-90%湿度的环境,并通过32个全光谱灯模拟真实的光照环境,可以有效的进行丰富的热力学测试。

  “三合一”风洞实验室可以模拟高温、高湿、日照等多种复杂气候环境,它不仅局限于空气动力学,还兼顾了汽车整车发动机热管理、空调系统等汽车热力学开发任务和风噪等气动声学开发任务。

  欧阳俊认为,“三合一”风洞实验室带来的好处是,为整个广汽集团未来在产品研究开发进程中具备了更全面、更细致、更聚焦的硬件条件,能够更真实地去模拟用户的各类使用场景和环境,同时也为广汽未来在相关领域的技术创新提供了更好的平台,借助测试项目的高度集成进一步节省投资,降低研发成本,给用户带来更高质量、更经济的产品。

  事实上,伴随着工业空气动力学的持续不断的发展,风洞不只是为航空、汽车领域提供实验数据,也能够很好的满足更多不一样实验的需求,如:能源、建筑、体育等众多领域,在每个方面的应用越来越广泛。

  举个例子,在速滑运动中,空气阻力最高可达十级大风。为提升速滑服减阻性能,短道速滑队运动员穿的速滑服需要经过风洞测试,逐步提升服装的减阻性能。

  从定位上看,广汽风洞实验室不局限汽车行业,未来将积极地推进跨行业合作,探索风洞的更多可能性,包括为飞行器、摩托车、高速列车模型、体育运动装备等提供量化参考和测试支持。同时广汽研究院启动了数字孪生风洞、瞬态风环境模拟及智慧风洞等创新课题的研究,将持续开展更多对行业创新技术的探索。

  “广汽自建风洞实验室,一种原因是满足整个广汽产品研究开发的需要。另外一方面,也可以将其作为行业资源进行共享,而且作为主机厂还具备丰富的产品开发经验,可以分享给更多的行业伙伴。”

  在欧阳俊看来,根据外部企业的实际要,外部企业既可以再一次进行选择第三方风洞实验室,也可以再一次进行选择广汽风洞实验室。若选择广汽,那么会在最严密的保密措施下,提供给行业用户定制化、最周全的服务。

  考虑到目前车企推出新车的节奏不断加快,很多风洞实验室的运营周期被拉得非常长,甚至开展实验需要排到半年、一年以后,广汽风洞实验室的建成无疑为外部公司能够带来了新的选择。

  从现实来看,国内在汽车空气动力学方面的起步,相比国外晚了一二十年。目前国外重要的主机厂,甚至可以说每个主机厂独立有自己的空气动力学-声学风洞,但国内车企依然受实验室资源紧张、海外资源依托度高、实验周期长等诸多因素的制约。

  广汽“三合一”风洞实验室的正式启用,将为我国汽车空气动力学、汽车工业加快速度进行发展产生极大的支撑与赋能、引领,助力各行业发展,并逐步推动广汽集团向科技公司转型。就让这“风”,吹得更猛烈些吧!

  Q1:早年间基本上比较少会提及空气动力学,消费者认知也不强,但是现在基本上每款新车上市都会强调这一点。请问这一前一后,是有咋样的原因变化呢?

  欧阳俊:在汽车领域,风洞实验最早应用在赛车领域,赛车追求极致的高速度,以及高速行驶过程中的稳定性和安全性,这些都与空气动力学紧密关联——怎么样减少整车的阻力,怎么样提高整个车身的下压力。

  风洞实验进入到民用车领域也是最近十几年的事情,大致分为两个阶段,一个是燃油车节能时代,一个是电动化时代,特别是在电动化时代,为提升纯电续航,空气动力学开始成为民用车设计的一个重要要素。在产品上,在同样的电池容量下,风阻的差别会导致续航的差异。

  Q2:广汽风洞实验室是“三合一”的整车风洞实验室,和其它风洞实验室的区别在哪里?

  欧阳俊:我们的祖国大概有三类风洞实验室,第一类是缩比模型的空气动力学的小型风洞,第二类是专门做热力学开发的环境模拟风洞,第三类是整车级全尺寸空气动力学-声学风洞,目前广汽风洞就是属于最后一类。

  目前国内来讲,广汽是第四个全尺寸的空气动力学的风洞,之前的三家分别是同济大学、中国汽车工程研究院股份有限公司、中汽研(天津)汽车工程研究院有限公司,它们各有一个全尺寸风洞。不过他们的全尺寸风洞都是“二合一”,都是空气动力学和气动声学,广汽是主机厂层面的第一个全尺寸,也是全球第一个“三合一”,我们在整个设计施工全套工艺流程中将热力学部分也考虑在其中。

  Q3:对于很多不了解造车流程、过程的用户,他会好奇,造车一般是什么阶段开始就要开始做风洞实验?

  欧阳俊:在造型的油泥模型设计阶段就开始了。造型阶段的设计优化对于减少车身阻力的成本是最低的,因为不再需要去追加额外的硬件,比如主动进气格栅、车辆的下护板。因为这些硬件成本的投入将会大幅度提升造车成本,所以我们把问题放在前端进行解决。

  Q4:一般汽车正常风洞实验的线 km/h,这是大部分造车的风阻实验标准吗?

  欧阳俊:在做空气动力学性能开发时,我们主要考核的是Cd*A这个指标。Cd是风阻系数,A是车辆的正投影面积。正投影面积受造型、车内空间需求的影响,优化空间比较小,所以我们主要是优化风阻系数。风阻系数随着风速的提高会有一些变化,但是当车速达到120km/h后,整体的流场形状基本趋于稳定,流场的参数基本与速度成正比关系,风阻系数的变化就非常小了。因此,风洞实验一般车速达到160km/h已经足够了。