福特的空气动力学测试新工具移动式风洞

汽车风洞是汽车空气动力学开发和测试中不可或缺的重要测试设备，号称最土豪试验的风洞试验室必定也非常高大上，但最近福特汽车的工程师们却使用三个集装箱搭建了一座汽车风洞试验室。本期“汽车风洞技术”，我们将一探福特在空气动力学测试领域的新装备——移动式风洞。
汽车风洞是开发低阻低噪汽车，检验汽车行驶稳定性和提高驾乘舒适性的试验开发平台，可以说离开了汽车风洞，汽车空气动力学开发就只能是空中楼阁。
汽车风洞为满足其高水平的流场品质和高精度的测试数据，集成安装有各种先进设备和测试仪器，这使得一座整车风洞的建设成本和日程运行费用都十分的高昂，是名副其实的“最昂贵的风”，并且其占地面积都较大。

而最近福特汽车工程师开发的这套移动式风洞系统，却在三个集装箱内就集成了一座汽车风洞，并且可在整车厂内随时随地开展汽车气动声学方面的测试，摆脱了专业整车风洞场地的限制，在试验方式上更为灵活，同时也进一步节省了测试开发费用和时间。


一、移动式风洞结构参数



福特汽车设计的这座移动式汽车风洞核心部件是两个16m长的集装箱。与传统直流式风洞类似，在安装完成后，其集装箱前后卷帘门打开，形成供气流流通的管道，在气流出口，安装有使气流加速的收缩段。




福特移动式风洞全貌（上：出气口；下：进气口）


福特移动式风洞收缩段
该移动式风洞配备有2台直径1.8m的16叶风机，由一台250马力的电动机提供动力，其最大风速可达128km/h。


福特风噪主管Bill Gulker在移动式风洞的风机前
为减小风洞背景噪声，以便进行气动声学测量，在该移动式风洞流道进出口还安装有消声挡板。实际运行中，在距离风洞1.8m的位置测得的噪声仅为75dB(A)。


进气口位置的消声挡板
另外，该移动式风洞还包括一个长12m的集装箱，里面配备有风洞控制系统和配电设备，并提供了一个小型的办公区域，以便测试人员进行数据分析。


左侧带白色窗子的集装箱为控制室


移动式风洞主要技术参数
二、福特移动式风洞的使用
福特开发这套移动式风洞的目的是在新车开发阶段尽早发现车辆的噪声问题，在移动式风洞内，福特噪声工程师可以直接对刚刚驶出生产线的试生产新车进行风噪测试，这减少了以往汽车在工厂与声学风洞之间运输的时间，意味着福特的工程师可以更快的发现车辆可能出现的噪声问题，尽早对车辆进行相关调整和优化。


“这个项目的主要目的就是降低消费者十分关注的驾驶室噪声，这个可移动风洞可以为噪声工程师节约许多时间，并能大大提升测试工作的效率。”福特风噪主管Bill Gulker表示。


福特的噪声工程师一般使用“人工头”和“声学照相机”，测量汽车驾驶室内的气动噪声，并结合通过烟流设备获得的车外气流情况，分析驾驶室内噪声过大的原因，并采取相应的优化措施。


使用人工头声学设备开展车内噪声测量



观察蒙迪欧车型周围流场
虽然福特没有说明这座移动式风洞的相关成本，但相比福特位于密歇根州Allen Park的气动-声学风洞来说，移动式风洞在福特新车型开发过程中可以大大减少相关测试所需的时间，提升测试效率，节省了车型开发成本。在一定程度上弥补了传统气动-声学风洞在测试方式和测试成本上的不足。


福特Allen Park气动-声学风洞试验
这一移动式风洞首先在福特位于密歇根州Flat Rock的整车厂内使用，在这个工厂内，除了这座移动式风洞外还包括三个可移动环境测试舱等其他可移动测试设备。


整个移动式风洞可以在几个小时之内完成组装和拆卸，并能够用卡车运送到福特在北美境内的任何工厂进行测试，福特正在为这一系统申请专利。安装完成后，整个系统仅需要2名工作人员就可以运行，并且可安排24小时全天开展测试。


移动式风洞可使用吊车在现场安装



露天的测试环境和集装箱办公室，很工厂也很福特
CAERI 视点
为控制车型开发成本，节省测试时间福特建设了这座移动式风洞，这使得在整车生产线上的气动声学测试成为了可能，对于提升福特汽车的产品品质和控制车型开发成本是很有帮助的，可以说这是福特在空气动力学测试方面的又一大创新。
但必须说明的一点是，限于这座由集装箱搭建的移动式风洞在流场品质、测试手段等方面的不足，其不可能替代专业的气动-声学风洞，许多空气动力学开发试验仍然需要在气动-声学风洞里面完成。