移動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（Traversing system）是一種能夠在三維空間中實(shí)現(xiàn)高精度定位功能的設(shè)備，如圖1所示，在風(fēng)洞測(cè)試段內(nèi)移動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)通常以天平轉(zhuǎn)盤(pán)中心為系統(tǒng)原點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)X,Y,Z三個(gè)方向的移動(dòng)和定位，其可定位的三維空間范圍主要集中在轉(zhuǎn)盤(pán)上部空間。該系統(tǒng)底部留有安裝接口，主要用于為多種流體測(cè)試儀器（如：熱線探針、壓力探頭、麥克風(fēng)等）提供精準(zhǔn)定位，如此便可測(cè)得汽車(chē)周?chē)蝻L(fēng)洞中指定位置的流場(chǎng)信息。
圖1. 風(fēng)洞移動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)
一. 移動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介
圖2為中汽中心氣動(dòng)-聲學(xué)風(fēng)洞移動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，主要包括：①Y-rail ②X-beam ③ X-carriage ④ Z-carriage ⑤ Z-arm ⑥ rotational unit ⑦驅(qū)動(dòng)電機(jī) ⑧控制系統(tǒng)。
圖2. 中汽中心氣動(dòng)-聲學(xué)風(fēng)洞移動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)
圖3. 移動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)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(gè)系統(tǒng)近30噸重量都是通過(guò)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(gè)移動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的Y軸，Y向可移動(dòng)范圍為-7m~7m。Y-rail的安裝精度對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)所能達(dá)到的測(cè)量精度十分關(guān)鍵，為此Y-rail采用多段軌道的設(shè)計(jì)方案，每段軌道又由多個(gè)可實(shí)現(xiàn)X/Y/Z三個(gè)方向微調(diào)的構(gòu)件組成，如此在安裝的過(guò)程中需要根據(jù)平整度測(cè)量結(jié)果不斷調(diào)整每個(gè)構(gòu)件的位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在如此大的跨度范圍內(nèi)仍能保證mm級(jí)的平整度。
2. X-beam：X-beam是移動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中尺寸最大、重量最重的一根鋼梁，在滿(mǎn)足剛性要求的前提下需要使其重量最小化以提高系統(tǒng)固有頻率，其方向與氣流的方向平行，可看做是整個(gè)移動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的X軸。X-beam懸掛在Y-rail上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在X-beam上，如此在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用下X-beam可以實(shí)現(xiàn)在Y-rail上的移動(dòng)，即Y向的移動(dòng)，移動(dòng)范圍為-7m~7m。
3. X-carriage：X-carriage是依附在X-beam上的活動(dòng)部件，上面裝有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)作用下x-carriage可以實(shí)現(xiàn)在X-beam的移動(dòng)，即X向移動(dòng)，移動(dòng)范圍：-5m~15m(以轉(zhuǎn)盤(pán)中心為0點(diǎn))。
4. Z-carriage：Z-carriage依附在X-carriage上，上面裝有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在驅(qū)動(dòng)電機(jī)作用下Z-carriage可以在X-carriage上實(shí)現(xiàn)垂向移動(dòng)，即z向移動(dòng)，移動(dòng)范圍為5m。
5. Z-arm：Z-arm連接在Z-carriage，可隨Z-carriage一起移動(dòng)。測(cè)試時(shí)Z-arm是需要進(jìn)入到流場(chǎng)的部件，為了盡可能的減少其對(duì)流場(chǎng)的擾動(dòng)，Z-arm特意設(shè)計(jì)成流線型，如此氣流流過(guò)Z-arm表面時(shí)可最大程度的保持層流狀態(tài)，減少因流動(dòng)分離而產(chǎn)生的擾動(dòng)和噪聲。此外Z-arm的材質(zhì)為碳纖維，可以在保證足夠剛性的前提下減輕重量，進(jìn)而保證系統(tǒng)的固有頻率能維持在一個(gè)較高的水平。Z-arm的底部預(yù)留有安裝接口，流體測(cè)試儀器可以直接安裝在Z-arm底部。
6. rotational unit：rotational unit可看做是對(duì)移動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)自由度的一個(gè)擴(kuò)展，如圖3所示，它可以實(shí)現(xiàn)俯仰角（+/-30°）、偏航角（+/-90°）、滾轉(zhuǎn)角（+/-90°）的調(diào)整。使用時(shí)rotational unit安裝在z-arm底部，各種探針可安裝rotational unit上，對(duì)汽車(chē)周?chē)鲌?chǎng)如車(chē)輪附近、汽車(chē)底部等不易到達(dá)的位置進(jìn)行測(cè)量時(shí)，rotational unit的便捷性便會(huì)體現(xiàn)出來(lái)。
圖4. rotational unit
總體上講，要實(shí)現(xiàn)高精度定位整個(gè)移動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)需要具有足夠的剛性，尤其是在起風(fēng)有氣流擾動(dòng)的情況下，仍能保證沒(méi)有大的偏移量，同時(shí)也要盡可能地提高系統(tǒng)的固有頻率（提高剛性，減少系統(tǒng)重量），避免發(fā)生共振。一般氣流的頻率在10Hz以?xún)?nèi)，本系統(tǒng)的固有頻率在12Hz以上。
以下是中汽中心氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞移動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)：
二、移動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在風(fēng)洞中的應(yīng)用
下面簡(jiǎn)單列舉一下移動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)與各種測(cè)試儀器配合使用去獲得風(fēng)洞流場(chǎng)信息的幾個(gè)應(yīng)用案例。
1. 如圖5所示【1】，在移動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)上安裝這種總壓探針，可以測(cè)量流場(chǎng)某一截面上的壓力分布情況。
圖5. 測(cè)量流場(chǎng)某一截面上的壓力信息
2. 如圖6所示【1】，將熱線風(fēng)速儀探針安裝到移動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)上，可以進(jìn)行一些瞬態(tài)流場(chǎng)信息的測(cè)量。
圖6. 流場(chǎng)湍流度信息測(cè)量
3. 如圖7所示【1】，移動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)配合多孔探針使用可進(jìn)行氣流偏角的測(cè)量。
圖7. 流場(chǎng)中氣流偏角的測(cè)量
4. 如圖8所示【2】，對(duì)于輪胎附近氣流比較紊亂的地方，可以選用能測(cè)量較大氣流偏角的多孔探針進(jìn)行壓力測(cè)量。
圖8. 輪胎周?chē)鲌?chǎng)測(cè)量
5. 如圖9所示【3】，在移動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)底部也可以安裝這種同時(shí)集成了多個(gè)探針的耙子，可同時(shí)測(cè)量多個(gè)點(diǎn)的壓力，大大提高了測(cè)試效率。
圖9. Probe Rake.
參考文獻(xiàn)：
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