1.2 汽车风洞的分类和构造

1.2.1 汽车风洞的分类

1）按试验模型尺寸大小分类

按试验模型尺寸大小可分为全尺寸风洞和模型风洞。试验模型（1∶1）或真车的风洞称为“全尺寸风洞”，试验缩比模型或零部件的较小尺寸的风洞称为“模型风洞”。日本和俄罗斯多采用1∶5比例的模型；欧美国家多采用1∶3或1∶4比例的模型。目前，全世界有30多座可用于全尺寸汽车试验的风洞。

2）按风洞功能不同分类

按风洞功能不同可分为声学风洞、环境风洞、气动力风洞。声学风洞在建造过程中采用了多种降噪措施，背景噪声极低，可以分离并测量出汽车行驶时产生的气动噪声；环境风洞可模拟气流温度、湿度、阳光强弱和其他气候条件（雨、雪等）。声学风洞和环境风洞统称为特种风洞。其余一般风洞都是气动力风洞。

近年来，新建的汽车风洞都是气动—声学风洞或气动—环境风洞，气动—声学—环境风洞这类风洞又称为多用途风洞。

1.2.2 汽车风洞的基本结构形式

汽车风洞的基本结构形式有4种：直流闭式、直流开式、回流闭式、回流开式，如图1.1所示。

此外，将开式风洞建在大型建筑物内，可隔离室外的影响，兼具开式与闭式风洞的优点，此种风洞被称为“回流半开式风洞”。例如，中国汽车工程研究院股份有限公司（CAERI）的汽车风洞，如图1.2所示。

1.2.3 汽车风洞洞体结构

汽车风洞洞体主要由收缩段、试验段、扩散段、动力段和稳定段组成，对于回流风洞，还有回流段，如图1.3所示。

1）收缩段

收缩段位于试验段的前面，随着其横截面积的不断缩小，气流从入口被逐渐加速到试验段所需要的流动参数值。收缩段的一个重要特性参数是收缩比，通常用K表示：

收缩比大的风洞所消耗的能量大，但可得到湍流度较低的气流，一般汽车风洞的收缩比建议为K=2～4。

2）试验段

试验段是风洞的核心部位，试验对象、模拟环境条件的一些装置以及测量仪器、观察控制室等都设置在这里。试验段的三维尺寸和风速是风洞的重要参数，三维尺寸不仅决定了所能进行汽车风洞测试的对象（是实车还是模型），而且还直接影响流场品质和试验结果的可靠性。

试验段横截面积的大小决定了所能进行试验的汽车模型的大小。为了尽量减少“洞壁阻塞效应”的影响，准确模拟自由大气中路面车辆的实际情况，要求试验段有效面积尽量大。对于汽车风洞而言，一个重要的参数是阻塞比λ。

汽车风洞的试验段通常有开口、闭口、流线型洞壁和开槽4种形式，如图1.4所示。

为准确模拟汽车的气动效应，应使试验段的阻塞比尽可能小，对于闭口试验段来说，一般要求λ≤7％，而在国家标准《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）》（GB 18352.6—2016）中要求λ≤35％，原因是很多老旧的风洞喷口尺寸较小。

通常在试验段侧面会有一个观察和操作室，称为风洞测控间，测控间与试验段之间通常会装上玻璃以便试验人员观察和操作试验。图1.5所示为CAERI汽车风洞测控间。

3）扩散段

扩散段的作用是通过风道横截面积的增加，降低风洞中气流的速度，从而降低能量损失。扩散段管道的横截面积通常采取逐渐增大的方法，从而将试验段出口处的动能最有效地转变成压力能。扩散段应有适当的长度，扩散角一般不超过5° ～6°。图1.6所示为CAERI汽车风洞主扩散段。

4）动力段

动力段一般由电机、风扇、整流罩、等流计、止旋片等构成。其作用是不断为风洞中的气流补充能量，以保证气流以一定的速度恒稳地在风洞中流动。图1.7所示为CAERI汽车风洞动力段电机。

5）稳定段

稳定段的作用主要是消除旋涡和稳定气流状态。在稳定段中通常装置有阻尼网（图1.8）和蜂窝器（图1.9）。阻尼网一般由金属丝制成，用以将气流旋涡转换成大量的、能迅速衰减的小旋涡。蜂窝器一般由一定宽度的金属薄片制成，用以消除气流的低频脉动。蜂窝器和阻尼网组合在一起可以消除空间的不均匀性。

在回流式风洞的4个拐角处通常装有导流片（图1.10），其作用是加强气流拐角处的导向，改善气流品质并减弱此处的气流湍流度。