浅谈汽车风洞实验中的油泥模型工作

李阳 王硕 吴辉

摘 要：油泥模型工作不仅在汽车造型设计过程中起着至关重要的作用，同样在汽车类交通工具风洞实验中油泥模型更改的工作为实验中的风阻数据的采集和统计有着不可或缺的重中之重的作用。文章对汽车风洞实验中的油泥模型工作步骤方法及经验做简单的介绍，供未来的研究者借鉴。

关键词：风洞实验；油泥模型工作

中图分类号：TG241 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）06-0075-02

1 背景概述

汽车的空气动力特性对整车的气动性能有着重要的影响，直接影响车辆的动力性、经济型和操控稳定性，目前，主要通过仿真数值模拟和汽车风洞实验来进行汽车空气动力学方面的研究。仿真数值模拟虽然计算速度快，节省人力、物力、财力，可以说是一台电脑就解决了问题，但是通过仿真数值模拟得到的数据真实性、有效性和准确性不高，和汽车风洞实验相比起来还远远不够。通过汽车风洞实验可以最好的降低动力损耗、节约能源、降低企业和用户使用成本。

在现代汽车设计开发工作中，模型制作起着至关重要的作用，尤其是油泥模型制作的工作，它不但是设计师设计灵魂的重现，更是设计与工程之间的纽带和桥梁，是汽车造型中的关键环节。油泥模型工作的特点和优势是灵活、真实和可更改性强，同样汽车风洞实验依靠油泥模型其特点和优势，在油泥模型车身表面进行不断的更改和风阻测试，采集到CFD工程师需要的数据对比，通过计算得到最佳风阻系数的造型，给造型设计提供最科学精准的参考依据。

2 汽车风洞概念

概述：用来产生人造气流（人造风）的管道。在这种管道中能造成一段气流均匀流动的区域，汽车风洞实验就在这段风洞中进行。风洞一般称之为风洞实验。就是依据运动的相对性原理，将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中，人为制造气流流过，以此模拟空中各种复杂的飞行状态，获取实验数据。

分类：汽车风洞有全尺寸风洞和模型风洞，为试验1：1模型（全尺寸模型）或真车的风洞叫做“全尺寸风洞”，为试验缩比模型或零部件的较小尺寸的风洞叫做“模型风洞”。：模型风洞较实车风洞小很多，其投资及使用成本也相对小些。日本和前苏联多采用1：5比例的模型；欧美国家多采用1：3或1：4比例模型。

3 世界上几大风洞实验中心简介

3.1 通用汽车风洞实验室

通用汽车风洞实验室是世界上最大的汽车风洞实验室，如图1所示。 该实验室1980年8月份投入使用。

3.2 沃尔沃（Volvo）汽车实验室

沃尔沃（Volvo）汽车公司的风洞世界上第一个拥有可以完全模拟车身周围和车底气流的风洞的汽车制造商，建于1986年。 2009年，沃尔沃又投资了两千万欧元对风洞进行全面升级改造，使其以精密的空气动力学测量能力再次成为汽车工业的样板。

3.3 宾尼法利纳风洞实验室

宾尼法利纳风洞实验室，如图2所示。宾尼法利纳是意大利著名的汽车设计公司，其设计过的车型包括劳斯莱斯、法拉利、玛莎拉蒂、沃尔沃、捷豹、阿尔玛·罗密欧等。

4 中国几大风洞实验中心简介

4.1 上海地面交通风洞中心

上海地面交通风洞中心，如图3所示，是国际一流水准、配套齐全的地面交通工具测试研究基地，是中国第一个汽车整车风洞实验中心，也是中国最大最权威的汽车整车风洞中心，2009年9月建成。

4.2 吉林大学汽车风洞实验室

吉林大学汽车风洞实验室，如图4所示，是国内首家汽车风洞实验室，隶属于吉林大学汽车工程学院汽车空气动力学研究所。汽车风洞实验室筹建于1999年，2002年开工建设，实验室大楼于2003年完工投入使用。该实验室是目前国内唯一一个定位于进行专业汽车空气动力学试验研究的风洞实验室。

5 油泥模型工作介绍

5.1 油泥模型工作的意义和重要性

油泥模型制作是一个非常专业的工作，在汽车造型设计过程中它是非常重要的一个环节，它的质量直接影响到设计的效果，油泥是一种便于手工制作的工业材料，利用刮刀、刮片等工具可对它进行形体塑造。

油泥模型师的工作就是通过在满足工程布置要求的基础上通过塑造油泥把设计师的想法和概念设计快速、准确地表现在真实三维空间中的油泥模型上。在制作过程中油泥模型师不断地和设计师交流，共同讨论，直至把一个设计方案以近乎真实的效果展现出来，以供对方案进行评价，同时它也是下一个阶段工作的基础。在一个高水平的油泥模型师手中油泥具有非常丰富的表现力，通过他卓越的工作，设计会更加完善。现在的汽车造型设计过程中计算机辅助设计应用已经非常广泛，但油泥模型因为它的高效和表现的真实性而仍被广泛的应用。当今，几乎所有世界知名的汽车公司中油泥模型一直是设计过程中非常重要的一个环节。

5.2 风洞实验中的油泥模型工作

汽车风洞实验中的油泥模型工作为根据CFD工程师的更改要求，在需要测试的区域经过多次的更改，来达到实验测试的目的。考虑到风洞实验场地使用的费用巨额昂贵，每次做吹风测试前后油泥模型更改的时间很短，所以工作时间较紧促，对油泥模型师的能力和技能考验很大。

虽然每次更改的时间很紧促，油泥模型仍要快速高效的完成更改任务。在满足CFD工程师更改要求的同时，油泥模型师还要考虑如何确保每次更改的区域造型最优美，这样才是一个优秀的油泥模型师应该具备的能力。

6 前期准备工作

6.1 制作卡板

根据CFD工程提供的截面图制作多个卡板，便于更改时用来测量，某车企试验车发盖部位风洞实验更改的截面线图，如图5所示，图中蓝色线代表原始线，绿色线代表更改线。

6.2 携带工具

工具有油泥模型师工作需要的工具，以及扳手、螺丝刀等必备工具。

6.3 检查模型，确保完好无损进行实验。

由于长途运输或者其他原因，模型车到达风洞中心安全到达之后需要检查模型车轮、油泥表面是否完好，如发现问题及时处理，待模型车修缮完好进行风洞实验。

将格栅、大灯等样件和油泥车体的缝隙用胶带封闭好，增加风洞实验测试得到数据的准确性。

6.4 模型定位

将模型车放置风洞实验室规定测试的区域，并进行模型车定位和实验前的测试工作。

7 工作步骤及方法

7.1 油泥模型车实验测试更改区域

油泥模型车实验测试更改区域大致是发盖、前后轮罩、侧窗玻璃、D柱、扰流板等容易影响风阻的区域，如图6所示，更改顺序有CFD工程师的计划而定，通常情况下以从前到后的顺序较多。

7.2 每个实验测试区域更改方法

每个实验测试区域每进行风阻测试一次之后，油泥模型进行局部更改一次，每个区域更改3～5次，更改深度为3 mm或5 mm依次递增或递减，更改次数和深度根据工程师的经验参照仿真数值模拟分析的结果和造型设计要求等多方面因素而定，某款汽车发盖的风洞实验的更改要求，如图7所示。

每个实验测试区域每次风阻测试时间大致5分钟左右，每次油泥模型局部更改大致30分钟，具体时间可根据项目更改区域数量和项目安排计划于进度而定。

8 结 语

8.1 板制作要点

卡板制作精确度越高越好。如果制作的卡板精确度很高，在模型车表面进行更改时，会提高更改的速度，提高工作效率，为企业节约成本。

8.2 油泥模型车更改面效果要求

油泥模型车更改面效果稍作光滑，但要很光顺。无论是造型设计时的模型制作更改还是风洞实验测试时，面都要光顺，造型设计阶段完成的油泥模型为了达到评审美观的效果，表面不断要很光顺，还要很光滑，甚至还各种材料进行装饰。风洞实验则不同，为了节约时间，风阻测试前的油泥模型车表面更改效果要很光顺，稍作光滑即可。

8.3 与CFD工程师良好的合作

油泥模型师不只是机械的按照CFD工程师的要求完成，还要懂得风洞实验油泥模型更改的依据和目的，要和CFD工程师不断的进行更改工作上的交流，油泥模型师才能更好的达到风洞实验的要求。

参考文献：

[1] 谷正气.汽车空气动力学[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2] 林肖辉，谷正气，李伟平，等.车轮辐板形状对汽车气动阻力影响分析[J].科技导报，2011，（6）.

[3] 黄向东.汽车空气动力学与车身造型[M].北京：人民交通出版社，2001.