汽车工程中的风阻优化过程如何测量表面压力？

在汽车工程的风阻优化中，测量表面压力是理解气流行为、识别阻力来源（如分离区、涡流）和验证/改进设计的关键环节。以下是主要的测量方法：

1.压力传感器阵列（压力孔/压力点）

• 原理：在车身模型或实车的表面钻出微小孔（压力孔），通过细管（压力管）连接到压力传感器（通常位于模型内部或外部）。传感器测量孔口处的局部静压。
• 设备：

                  ❣️  压力孔：直径很小（通常<1mm），垂直于表面，边缘光滑以避免干扰气流。

                  ❣️ 压力管：内径小、刚性好的管路（如不锈钢管、尼龙管），连接压力孔和传感器，尽量减少延迟和信号失真。

                  ❣️ 压力传感器：通常使用微型电子压力传感器（如压阻式、电容式）。需要高精度、良好的温度稳定性和快速响应能力（尤其是动态测量）。传感器通常集成在多通道扫描阀系统中。

                  ❣️ 扫描阀：自动切换多个压力通道到少数几个高精度传感器的装置，降低成本和复杂性。

                  ❣️ 数据采集系统：记录传感器输出的电压信号，并将其转换为压力值（Pa或psi）。

• 优点：

                   👉  直接、精确：直接测量局部静压，精度高。

                   👉  高时间分辨率：适合测量 动态压力脉动 （如A柱、后视镜、尾流区的湍流）。

                   👉  成熟可靠：技术成熟，应用广泛。

• 缺点：

                   ✅  空间分辨率有限：  只能提供离散点的数据。要获得详细分布，需要在关键区域（如前保险杠、挡风玻璃基座、A柱、车顶、后窗、扰流板、尾部）密集布点，这非常耗时耗力。

                   ✅  模型/车身改造：  需要在模型或车身上钻孔、埋管，可能破坏结构或影响外观。

                   ✅  布线复杂：  大量管路和传感器布线复杂，可能干扰气流或增加模型重量/体积。

                   ✅  仅测静压：  通常只测量静压，总压和速度需要结合其他测量（如皮托管）或计算得出。

• 应用：是风洞实验（缩比模型和全尺寸）中最基础、最常用的表面压力测量方法。特别适用于需要高精度点测量或动态分析的部位。

2. 压力敏感漆

• 原理：在模型表面喷涂一层特殊的漆。这种漆包含：

                   💐  发光分子（发光团）：  在特定波长光（激发光）照射下会发出荧光或磷光。

                   💐  氧气敏感分子（猝灭剂）：  空气中的氧气会“猝灭”（减弱）发光强度。

• 工作机制：漆层暴露在气流中。模型表面的局部压力决定了扩散到漆层中的氧气浓度。 压力越高，氧气浓度越高，发光强度越低；压力越低，氧气浓度越低，发光强度越高。  因此，发光强度的空间分布直接反映了表面压力的分布。
• 设备：

                   💐 PSP涂层：针对不同速度范围（亚音速、跨音速）和精度要求有不同配方。

                   💐 激发光源：高强度LED灯或激光器，提供特定波长的光照射模型。

                   💐 高灵敏度相机：配备特定滤光片的科学级CCD或CMOS相机，用于捕捉漆层发出的光。通常需要拍摄参考图像（通常是在已知均匀压力下，如风洞启动前）和风洞运行时的数据图像。

                   💐 数据采集与处理系统：  控制光源和相机，并处理图像。通过比较参考图像和数据图像中每个像素的发光强度比，利用校准曲线将强度比转换为压力值，生成全场压力分布图。

• 优点：

                   ✨  全场测量：  提供整个喷涂表面的连续压力分布图，空间分辨率非常高（可达像素级别）。

                   ✨  非接触（模型表面）：  无需在模型表面钻孔或布置大量传感器管路（但需要喷涂）。

                   ✨  可视化直观：  压力云图非常直观，易于识别高压区、低压区、分离线、再附着线等流动特征。

                   ✨  适用于复杂曲面：  能轻松覆盖A柱、后视镜、车轮舱等复杂几何形状区域。

• 缺点：

                    🌹  精度相对较低：  绝对压力精度通常不如点传感器（尤其是低风速时），对温度变化敏感，需要精确的温度补偿和校准。

                    🌹  时间分辨率较低：  传统PSP响应较慢（秒级），不适合捕捉快速动态压力变化（虽然高速PSP技术正在发展）。

                    🌹  表面处理要求高：  喷涂需要专业技术和时间，漆层的光学特性（反射率、均匀性）和表面光洁度对结果有影响。

                    🌹  数据处理复杂：  需要复杂的图像处理、校准和温度校正。

                    🌹  成本高：  系统（相机、光源、涂层）初始成本较高。

• 应用：  在现代风洞中应用越来越广泛，特别适合在早期设计阶段快速获取大范围的详细压力分布，识别关键流动结构。常与点传感器互补使用。

SPI是来自意大利的压力测量系列产品品牌，它为汽车工程风阻优化过程中表面压力测量提供了大量助力，SPI系列产品其他技术协同工作：

总结：

压力传感器阵列提供高精度、高时间分辨率的离散点压力数据，是动态分析和关键点精确测量的金标准。压力敏感漆提供高空间分辨率的全场压力分布图，是可视化流动结构和快速评估大面积区域压力的强大工具。在汽车风阻优化的实践中，这两种技术常常互补使用 。点传感器用于验证关键位置的压力和进行动态分析，而PSP则用于获取全局视图和识别需要进一步用点传感器详细研究的区域。通过精确测量和理解表面压力分布，工程师能够更有针对性地优化车身造型，有效降低气动阻力。