發布日期：2022-10-09 點擊率：49
移動測試系統（Traversing system）是一種能夠在三維空間中實現高精度定位功能的設備，如圖1所示，在風洞測試段內移動測試系統通常以天平轉盤中心為系統原點，可實現X,Y,Z三個方向的移動和定位，其可定位的三維空間范圍主要集中在轉盤上部空間。該系統底部留有安裝接口，主要用于為多種流體測試儀器（如：熱線探針、壓力探頭、麥克風等）提供精準定位，如此便可測得汽車周圍或風洞中指定位置的流場信息。
圖1. 風洞移動測試系統
一. 移動測試系統簡介
圖2為中汽中心氣動-聲學風洞移動測試系統，主要包括：①Y-rail ②X-beam ③ X-carriage ④ Z-carriage ⑤ Z-arm ⑥ rotational unit ⑦驅動電機 ⑧控制系統。
圖2. 中汽中心氣動-聲學風洞移動測試系統
圖3. 移動測試系統主要結構示意圖
1. Y-rail：兩條Y軌分別與駐室頂部的兩根混凝土主梁相連接，整個系統近30噸重量都是通過Y-rail傳遞到混凝土梁上。其方向與氣流方向（X向）垂直，可看做是整個移動測試系統的Y軸，Y向可移動范圍為-7m~7m。Y-rail的安裝精度對于整個系統所能達到的測量精度十分關鍵，為此Y-rail采用多段軌道的設計方案，每段軌道又由多個可實現X/Y/Z三個方向微調的構件組成，如此在安裝的過程中需要根據平整度測量結果不斷調整每個構件的位置，進而實現在如此大的跨度范圍內仍能保證mm級的平整度。
2. X-beam：X-beam是移動測試系統中尺寸最大、重量最重的一根鋼梁，在滿足剛性要求的前提下需要使其重量最小化以提高系統固有頻率，其方向與氣流的方向平行，可看做是整個移動測試系統的X軸。X-beam懸掛在Y-rail上，驅動電機安裝在X-beam上，如此在驅動電機的作用下X-beam可以實現在Y-rail上的移動，即Y向的移動，移動范圍為-7m~7m。
3. X-carriage：X-carriage是依附在X-beam上的活動部件，上面裝有驅動電機，在電機的驅動作用下x-carriage可以實現在X-beam的移動，即X向移動，移動范圍：-5m~15m(以轉盤中心為0點)。
4. Z-carriage：Z-carriage依附在X-carriage上，上面裝有驅動電機，在驅動電機作用下Z-carriage可以在X-carriage上實現垂向移動，即z向移動，移動范圍為5m。
5. Z-arm：Z-arm連接在Z-carriage，可隨Z-carriage一起移動。測試時Z-arm是需要進入到流場的部件，為了盡可能的減少其對流場的擾動，Z-arm特意設計成流線型，如此氣流流過Z-arm表面時可最大程度的保持層流狀態，減少因流動分離而產生的擾動和噪聲。此外Z-arm的材質為碳纖維，可以在保證足夠剛性的前提下減輕重量，進而保證系統的固有頻率能維持在一個較高的水平。Z-arm的底部預留有安裝接口，流體測試儀器可以直接安裝在Z-arm底部。
6. rotational unit：rotational unit可看做是對移動測試系統自由度的一個擴展，如圖3所示，它可以實現俯仰角（+/-30°）、偏航角（+/-90°）、滾轉角（+/-90°）的調整。使用時rotational unit安裝在z-arm底部，各種探針可安裝rotational unit上，對汽車周圍流場如車輪附近、汽車底部等不易到達的位置進行測量時，rotational unit的便捷性便會體現出來。
圖4. rotational unit
總體上講，要實現高精度定位整個移動測試系統需要具有足夠的剛性，尤其是在起風有氣流擾動的情況下，仍能保證沒有大的偏移量，同時也要盡可能地提高系統的固有頻率（提高剛性，減少系統重量），避免發生共振。一般氣流的頻率在10Hz以內，本系統的固有頻率在12Hz以上。
以下是中汽中心氣動聲學風洞移動測試系統的主要技術指標：
二、移動測試系統在風洞中的應用
下面簡單列舉一下移動測試系統與各種測試儀器配合使用去獲得風洞流場信息的幾個應用案例。
1. 如圖5所示【1】，在移動測試系統上安裝這種總壓探針，可以測量流場某一截面上的壓力分布情況。
圖5. 測量流場某一截面上的壓力信息
2. 如圖6所示【1】，將熱線風速儀探針安裝到移動測試系統上，可以進行一些瞬態流場信息的測量。
圖6. 流場湍流度信息測量
3. 如圖7所示【1】，移動測試系統配合多孔探針使用可進行氣流偏角的測量。
圖7. 流場中氣流偏角的測量
4. 如圖8所示【2】，對于輪胎附近氣流比較紊亂的地方，可以選用能測量較大氣流偏角的多孔探針進行壓力測量。
圖8. 輪胎周圍流場測量
5. 如圖9所示【3】，在移動測試系統底部也可以安裝這種同時集成了多個探針的耙子，可同時測量多個點的壓力，大大提高了測試效率。
圖9. Probe Rake.
參考文獻：
【1】Edward Duell, Amir Kharazi and SamMuller”The BMW AVZ Wind Tunnel Center” SAE Technical Paper2014-01-0118, 2010, doi: 10.4271/2010-01-0118.
【2】James, M., Watkins, S., and Watts,M., "The Effect of Upstream Turbulence on an Exposed Wheel Wake," SAETechnical Paper 2014-01-0616, 2014, doi:10.4271/2014-01-0616.
【3】McKillen, J., Walter, J. and Geslin, M., "The Honda R&DAmericas Scale Model Wind Tunnel," SAEInt. J. Passeng. Cars - Mech.Syst. 5(1):2012, doi:10.4271/2012-01-0301.
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