参观汽车风洞实验是一种什么样的体验-席亚洲

【文/观察者网专栏作者 席亚洲】

最近，有同事问笔者，有一个汽车的风洞实验有没有兴趣去看。虽然是有关汽车的，然而作为军事评论员的笔者一听到“风洞”俩字，还是来了兴趣。毕竟现在的各种军事研发都跟风洞离不开关系，从来没瞅过实体风洞的笔者跟着同事不远千里跑到了大东北，全程观摩了一番风洞实验。

在观摩风洞实验之前，笔者也是作了一番关于风洞的功课。最早的风洞可以追溯到1871年，英国人韦纳姆用它来测量物体与空气相对运动时受到的阻力。韦纳姆的风洞结构非常简单，一个长3.05米两端开口的木箱，截面45.7厘米×45.7厘米，木箱的一端安装有风扇向外吹风。

莱特兄弟风洞的复制品

真正把风洞实用化的是发明飞机的莱特兄弟，他们造的风洞结构和韦纳姆的基本一致：一个木头管子，一头装上一组叶片进行吹风，试验的飞机模型放在管子中间。莱特兄弟的这个风洞截面40.6cm×40.6cm，长1.8m，能模拟40-56.3公里/小时的风速，正是通过这个简单的风洞，莱特兄弟以非常小的代价重复了上千次试验，最终获得了理想的机翼设计。

再到后来，飞机飞行速度和尺寸不断增加，各种各样“牛X”的风洞也随之而诞生。

1931年5月27日，全球首个全尺寸风洞在弗吉尼亚州汉普顿附近的兰利研究中心投入使用。这个风洞提供了一个19.28米宽，9.144米高的实验空间，被用于从二战战斗机、太空舱到潜水艇、现代喷气机的各种空气动力学测试。

美国建造的全尺寸风洞

到了1980年，美国国家航空航天局艾姆斯中心把一座旧的低速风洞改造成全美最大的全尺寸低速风洞，形成了24.4米×12.2米的实验空间。这个风洞建成后又增加了一个36.6m× 24.4m的新试验段，风扇电机功率也由原来25兆瓦提高到100兆瓦。这种大型风洞，可以为真实飞机和全尺寸的缩比模型提供流场条件，研究飞行器各部件的气动力等。

全尺寸风洞内的风扇

除了风洞尺寸增来提供更大的实验空间，风洞的还一个发现方向是风速。

1932年，瑞士科学家阿克雷为了解决炮弹的气动力问题和超音速流动的规律，建造了一段试验段风速达到2马赫的连续式超音速风洞。

到上世界50年代，喷气式飞机跨过了“音障”，进入低超音速发展时期。在此期间航空工业发达的国家为了满足研发飞机的需要，建造了一批跨音速和超音速风洞。

美国的超音速风洞

如1956年美国NASA Ames研究中心建成世界上最大的超声速风洞，试验段截面尺寸4.88m×4.88m，马赫数Ma=0.8～4.0。俄罗斯1952年建成的T-106型风洞，为试验段直径2.48m的亚跨声速风洞。1953年建成的T-109型风洞，是一座试验段截面尺寸2. 25 m×2.25 m的暂冲式亚跨超声速风洞。1957年英国RAE建成试验段截面直径2.5 m的跨超声速风洞，1961年法国国家航空空间研究院的S2-MA型风洞为试验段截面尺寸1.94m×1.75m亚跨声速风洞。

当然，这些都是有关飞机的风洞，与这次笔者去参观的汽车风洞只是在原理上相同，结构和使用方式非常不一样。

世界上第一辆汽车

德国人朱卡尔•本茨和哥德利普•戴姆勒造的人类历史上第一辆汽车只有十几公里每小时的速度，显然这个速度还不用考虑什么空气阻力的问题。随着汽车发动机功率的变大，车速也越来越快。汽车时速在超过80公里/小时之后，轮胎带来的滚动摩擦通常就已经小于车身受到的风阻了，这就需要汽车在设计的时候需要考虑空气阻力的问题。如果是现在时新的纯电动汽车，降低风阻还有增加续航能力的“疗效”。此外减少噪声、保证高速行驶时的稳定性和安全性，也都是汽车要在风洞中来解决的问题。

我国第一次汽车风洞实验

早期的汽车风洞大多改造自航空风洞，直到上世纪80年代，才有了专业汽车风洞的出现。我国的汽车风洞始于1981年，中国空气动力学研究与发展中心用FL-31低速风洞先后对3个车型进行了测力和流态观察。

红旗CA774在FD-09中进行流体试验

1989年长春汽车研究所和航天部701所合作将FD-09航空风洞改建为汽车模型风洞，改建后的风洞具备汽车模型测力试验、表面压力试验和流态显示试验的能力。完成了红旗CA774轿车、解放CA141载货汽车、东风EQ140载货汽车、JT6210大客车等汽车的空气动力学特性分析试验。

国内首座汽车专用风洞

笔者这次观摩的实验所用的风洞，是国内首座汽车专用风洞。整个风洞是半封闭式的循环结构，一个椭圆形的风道，中间唯一的开口是放置车辆的平台，长8m、宽4m、高2m。根据实验室工作人员介绍，这个风洞最高能模拟200公里/小时的风速，完全能满足民用汽车的实验要求。实际上根据中国的交通法规，120公里就已经是极限了。

这次的实验主要是为了验证零跑S01的风阻系数达到什么样的水平，有没有满足设计指标，至于说具体参数，还要等详细报告。

实验主要分两部分，首先是较为简单的车身整体风阻测试，风洞里的风速逐渐从0加到120公里/小时。风吹到车身上会给与车辆一个向后的力，把这个力测出来，就能获得风阻系数参数了。怎么测呢？这就涉及到风动内的另一个重要部件，气动力天平，可以用来测量汽车的阻力、升力、侧力、横摆力矩、俯仰力矩等各种参数。

除了测风阻，还有一项测试内容是用烟流法显示车辆周围的气流流场以及模型表面的分离流和尾部涡流等。

下午则是要收集车身每个部位的具体风压数据，因此在实验开始前要在车身上布满压力传感器来收集数据。这个过程比较漫长，在笔者午睡了一觉之后，工作人员们才完成了传感器的布置，随后就是车身风压的测试。

总的来说，风洞测试不是简单的给车子吹吹风就完事儿了，涉及到各种拆装、搬运和记录的工作，还要进行细节参数精确调节，而风洞开动起来，又是非常耗电的。这又涉及到另外一个问题，那就是费用。有些车厂为了节约成本，就只做数字模拟风洞实验。这样实打实的拿到风洞里，吹上一整天，至少说明零跑是秉持着精益求精的态度，认认真真地在做车，毕竟对于电动汽车来说，好的风阻系数还能增加不少续航里程不是。

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