凤凰汽车 绍兴导购： 伴随着能源紧张和人们对于交通舒适性的持续需求，汽车的研发设计工作已远比我们想象的复杂；相应的，空气动力学应用的问题就变得更加严肃，风洞实验室建造和使用也变得更加意义深远，这决定了汽车70%的行进阻力怎样应对（车时速达到110公里的时，风阻约占总阻力的70％）。本篇文章会以通用汽车技术中心的气动力风洞为例简要介绍。

早期的风洞就像一个开口木箱或是一段烟囱

顾名思义，风洞试验就是人工模拟一组管道并产生人造气流，进而帮助工程师对测试模型完成一系列空气动力学方向的研发工作。而关于第一个风洞何时诞生于何处的说法其实很多，比较公认的是1871年英国人韦纳姆(E.Mariotte)所设计的，事实上，与其说是风洞，它更像是一个两端开口的木箱。而真正应用到空气动力学试验并带有里程碑意义的，则是美国的莱特兄弟，他们在1901年制造了试验段0.56米见方，风速12m/s的风洞，并在1903年发明了世界第一架飞机。这也奠定了航空工业与空气动力学试验密不可分的联系，图为美国航空航天局（NASA）在1921年建造的第一个风洞。

从那之后，风洞试验伴随着航空工业的迅速兴起便一发不可收拾，从1932年瑞士人阿克雷特（G.Ackttet）建成了世界第一座超声速风洞，到1980年美国建成了世界最大的全尺寸风洞（可容纳1:1原形飞机直接放入试验段内测试）再到1977年，中国空气动力研究与发展中心建成亚洲最大的低速风洞，人类对于更舒适更快捷的飞向蓝天，总是动力充沛的。而真正应用到汽车研发领域，还是上世纪70年代以后的事情。

风洞也分全尺寸和非全尺寸（模型风洞）

顺理成章的，根据实验目的不同，风洞类型也得到了更科学的细分。按尺寸分：风洞可分为全尺寸风洞和模型风洞两种；分别很简单，能直接放入1:1测试模型的，比如航空器、飞机就称为全尺寸；而模型风洞就是试验1:5或者1:3、1:4比例模型的风洞；目前，全世界已有30多座可容纳全尺寸汽车试验的风洞。另外，根据用途不同，风洞的类型还可分为：全天候风洞、声学风洞和气动力风洞（或称多用途风洞），近些年新建的风洞均属于这类，比如我们将要举例介绍的通用汽车技术中心风洞实验室（沃伦风洞）。

七十年代末，通用决定自己建造一个风洞实验室

其实早在通用汽车研发庞蒂亚克火鸟 I 概念车时（1953年）就已开始使用风洞实验室，并在接下来的时间里，通用汽车使用过美国航空航天局艾姆斯（NASA Ames）研究中心的风洞，并与加州理工大学有过深入合作，直到70年代末期，由于市场对于汽车燃油经济性、舒适性的广泛需求，通用决定建造自己的空气动力学实验室，1980年8月实验室正式落成在通用汽车技术中心，地址就在毗邻底特律的工业城市——沃伦。

建在沃伦的通用汽车技术中心

组成上，通用汽车技术中心包括：设计中心、研发中心、车辆工程中心、全天候风洞、空气动力学实验室、虚拟现实工程中心、质量测试设施、圆顶设计大厅以及生产车间。由埃利尔•萨里宁（Eliel Saarinen）在第二次世界大战前设计，但受战争影响，相关工作被迫中断。战后，其子埃罗•萨里宁（Eero Saarninen）和园林设计师托马斯•丘奇（Thomas Church）继续了这项工作并重新进行了设计。1986年，通用汽车技术中心被美国建筑师协会评为时代最杰出建筑

风洞不是一个大风扇，它是一套系统工程

就风洞而言，基本结构是相同的，都会包括一个巨型风扇、检测平台、任务控制室、冷却塔以及一些闭环回流风道之类的设计；更冠冕一点的说法：风洞主要由洞体、驱动系统和测量控制系统组成。但关键点在于，风洞的边界效应是怎样克服的（风洞是封闭的，但真实大气环境是无边界的）；另外，风洞内气流温度和静音稳定性是怎样控制的等等技术问题，这也是各国、各厂家在空气动力学研究方面的高度机密内容。举例来说，通用的这个风洞内，就有一个处于风洞口的气流作用筛（flow-conditioning screen），它可有助于空气在流入半消声测试室之前对其进行处理。而在筛子的前面，还有175个铝制叶片组成的热传导装置可以将空气温度保持在22℃。

风扇共有六个叶片，用西加云杉木制造

作为风洞实验室的主体结构，巨型风扇作用在于吹出模拟真实情况的大风，通用沃伦风洞采用的风扇为六片结构，每扇叶片约3.6米长，重约1吨；转动时由4500马力变速直流电机驱动。得益于此，测试区最大风速可达222km/h，但需要说明的是：可实现最大风速并非衡量风洞先进程度的唯一标准，各个结构匹配以及标定测试等问题同样重要，因此，设计时速超过测试区最大风速的车型同样可以在风洞下试验，并得出准确结果。简单说，风洞是一个庞大复杂的测试系统，并非是一个风扇决定全部。

值得一提的是，这台风扇的扇叶采用一种名为西加云杉的木制材料，经过切片、密度测试最终装配马达上，这样做有利于风扇的运转平稳和安静性，当风扇以最高时速转起时，巨大叶片的时速可达668km/h。

 桩基上的测试台可以各方向转

测试平台是对实物模型（通常是粘土模型）进行试验的地方，平台的转盘可以更方便工程师移动分析模型，比如正向、侧风情况等等。通常情况下，工程师会先对1:3模型测试，之后再对实物或1:1模型测试，最终得出结论和后续研发的数据依据。

更高更厚的风洞内壁

任务控制室可全面操作风洞系统

在任务控制室内，工程师可以监控和记录风洞内风速和压力及其对汽车拉力、升力等的影响。并且完全监控风洞运行情况，相对整套风洞系统，这里就是核心和“大脑”。

空气动力学优化的重要依据

工程师利用其中的空气声学风洞，可使用加速的稳定气流，使之经过整个车身和局部，进而得到高速行驶状态下噪音控制能力，以及更贴近真实驾驶情况时的气流流动方向，最终对车辆整体或局部的空气动力学设计优化，综合提升车辆燃油经济性和驾乘舒适感。车轮会静止在测试台上，工程师会升高、降低、转换车头方向，以得到全面的阻力数据。

风洞已广泛用于赛车运动领域

可以想象，建造风洞实验室实际是绝对的高精尖项目，并且耗资巨大。实际上，在航空领域使用后，风洞和空气动力学起初是用于赛车运动上的，比如我们熟悉的红牛、法拉利、丰田车队等等均有自己的一个或多个风洞实验室，用于优化自己的赛车，并且这部分内容也属于高度机密。

烧钱的科研项目，并非所有人玩得起

关于赛车风洞实验室的建造费用，更多的厂商仅仅是公布了基础建设费。也就是说，这并不包括高昂的日常维护和改造费用，尽管如此，它依然是价格不菲的。比如法拉利建在博洛尼亚建造的带有金属滚道的风洞造价2200万美元，而索伯车队在瑞士建造的新风洞造价则高达4500万美元。相应的，早前还有米纳尔迪购买过二手的风洞实验室，成交价也超过了300万美元。

更多速度竞技运动都开始重视空气动力学

事实上，经过多年发展，风洞和空气动力学早已不再局限于航空航天和工业产品制造，在我们生活的更多层面也能看到它们的身影，比如滑雪比赛项目，就可以根据风洞的气流情况，改善运动员姿势，同时优化头盔、服装带来的不必要风阻，在比赛场上取得更好的成绩。也许，此时此刻，你未来将要购买的新型汽车就正在风洞实验室的平台上测试着。