世界风洞

上海地面交通工具风洞中心
——我国第一座汽车专用风洞 
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工程总投资:4.9亿元
工程期限:2005年——2009年
汽车风洞中巨大的风扇叶轮,可以在30秒内将空气加速到250公里每小时,出风量相当于一万台家用吊扇。 
 
 
 
  2009年9月19日,中国第一个专用汽车风洞——上海地面交通工具风洞中心在同济大学嘉定校区落成启用。它的建成,标志着我国汽车工业在自主研发的道路上迈出了关键一步。
 
  上海地面交通工具风洞中心,位于同济大学嘉定校区,占地面积约213亩,总建筑面积21095平方米,建设内容包括三大块:汽车风洞试验室、汽车风洞测试中心和管理中心、风洞中心研究大楼。其中,汽车风洞试验室隐身在一幢2.1万平方米的大楼内。大楼的前部分为办公区,整幢大楼只在二楼有一个狭窄的通道,通向后面的“风洞区”。穿过通道,左右两座巨大的“风洞”便进入视线。右边是汽车气动声学整车风洞,左边是热环境整车风洞。两座“风洞”功能不同,一个用来测风、测阻力、测噪音;另一个用来测温度、测热量。
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  气动—声学整车风洞主要用于车辆气动力性能测试、气动声学测试和低噪声优化设计。风洞喷口面积达到27平方米,安装有一台上海鼓风机厂制造的轴流风机,总功率4125千瓦,总重量110吨,风机叶轮直径8.5米,每分钟转速195转,每秒风量达到1920立方米,相当于近一万台普通家用吊扇的出风量。如此强大的动力可以在30秒内将静止的空气加速到250公里/小时。而测试段在风速时速160公里时,背景噪声仅为61分贝,是目前国际上同等规模汽车风洞中最安静的一座。此外该风洞还设有五带移动系统和六分量测试天平。
 
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  热环境整车风洞主要用车辆热力学测试和热环境性能评估,设有7-14平方米可变大小喷口,安装有一台上海鼓风机厂制造的1600千瓦风机,叶轮直径4米,总重量24吨,每分钟转速740转,每秒风量为390立方米,试验最大风速每小时0-200公里,模拟温度-20℃~+55℃,可控湿度5~95%,并设有可变强度和角度的全光谱阳光模拟装置以及双轴驱动转鼓系统,模拟阳光每平方米300-1200瓦。能模拟阳光暴晒、风吹雨淋、冰雪结霜等各种气候条件和车辆行驶工况。
  建成启用后,风洞中心不仅能够进行轿车、客车、SUV、卡车等各类汽车的整车和零部
件以及高速铁路、地铁轨道车辆模型等系列试验,还可以为我国大飞机的自主研发提供必要实验条件。通过风洞试验,可以为车辆设计过程中的优化造型、降低油耗,提高车辆行驶安全性和操纵稳定性,控制车辆内外空气动力噪声,以及优化发动机冷却系统及空调系统等提供第一手的数据,从而在较短时间内完成车型开发、改性设计以及热力学性能测评等内容。
 
汽车风洞的作用
  “风洞”来自于英语“wind tunnel”,最早“风洞”专门用来研究飞机的气动性能。随着全球汽车工业的发展,它被广泛运用于新型汽车的设计和研发之中。通过模拟空气相对流动、日照降水等各种行车环境,给设计中的汽车寻最省油、最安全和最美观的外形,为零部件求得最安全、最耐久的性能。
多媒体操作系统  汽车设计大致包括手绘初步设计,效果图,制作油泥模型,制作样车,风洞实验,模拟碰撞实验,路试,实车碰撞实验等过程。国外的汽车公司在进行汽车开发时,其车身大都是先制成l:1的汽车泥模,然后在风洞中做试验,根据试验情况对车身各部分进行细节修改,使风阻系数达到设计要求,再用三维坐标测量仪测量车身外形,绘制车身图纸,进行车身冲压模具的设计、生产等技术工作。
  有这样两组数据:微型轿车平均42%的油耗用于克服空气阻力,普通汽车以120公里时速直线行驶时,超过60%的油耗将用于对抗空气阻力。经气动设计后,汽车每降低10%的气动阻力,能耗将减少3%—5%。无论从追求速度还是节约能源角度考虑,先进的流体力学设计对汽车设计研发都有重大意义。
 
  纵览全球汽车诸强,德国早在上世纪中叶,就由政府与奔驰、保时捷等企业共同出资,在斯图加特大学内建造了第一座汽车风洞,按照公共服务平台模式经营,时至今日仍然发挥着巨大作用。欧美各大汽车公司都有自己的专用汽车风洞,成为自主研发的强力后盾,日本丰田汽车公司甚至拥有6座不同规模与用途的风洞。
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连续供墨系统  反观中国此前,整套汽车研发基础平台必不可少的“四大件”中,碰撞线、电磁兼容实验室和试车场已条件初具,却独独少了专门用来进行流体力学和热环境试验的汽车整车风洞。国内自主研发的汽车、尤其是轿车,以往都需要到欧洲进行风洞实验,每一个小时的开销高达3200-3800欧元左右,通常一个车型开发需要进行400到600小时的风洞实验,开销巨大,而且在欧洲进行风洞实验,还有增加研发周期、保密性不高等缺点。奇瑞汽车总裁尹同跃曾经说,“以前我们不得不将自己设计的样车送往国外做风洞实验,时间和内容均有严格限制,不仅拉长设计周期,加大开发成本,也局限了设计团队施展才华。”因此汽车设计离不开“风洞”这一关键装备。
 
    目前中国汽车年产量近1000万辆,已经成为世界第三大汽车生产国和世界第一大汽车消费市场。而国产汽车有很多只能模仿国外汽车外形,被讥讽为“山寨车”,其根本原因在于国内缺乏汽车风洞测试设施。汽车企业只能进行逆向设计,在国外汽车已有的气动外形上进行些小改动,如车灯、保险杠等。而中国有了自己的‘风洞’后,我国的汽车企业就能以较低的成本,实现“正向设计”,提高我国汽车产业的研发能力。
  2004年12月,在时任同济大学校长万钢的奔走呼吁下,上海市将上海地面交通工具风洞中心项目列为首批科教兴市重大产业科技攻关项目,在建设资金和建设条件方面重点给予支持,同济大学为项目承建单位,项目总投资4.9亿,于2005年12月28日正式开始建设。国家发改委、科技部、财政部、教育部等部门也给予鼎力支持。上海地面交通工具风洞中心建成后,可以为全国汽车企业研发提供服务,而且收费将比国外便宜一半以上。目前已经有上海大众、上海通用等8家企业草签了合作意向书。同济风洞中心可以满足2-3家不同客户同时进行或准备试验的安全性和技术保密性要求,为每个用户提供隔离操作区和人员流线,保护客户的知识产权。

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