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聊聊汽车模型制作在空气动力学研发过程中的那些事

2019-01-25 15:47:19·  来源:中国汽研汽车风洞技术  
 
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汽车风洞作为空气动力学性能开发的重要工具,在汽车研发早期造型设计阶段,可以通过制作汽车模型进行风洞试验实现较好的空气动力学性能,这对整车后期空气动力学
汽车风洞作为空气动力学性能开发的重要工具,在汽车研发早期造型设计阶段,可以通过制作汽车模型进行风洞试验实现较好的空气动力学性能,这对整车后期空气动力学性能的达标是非常有利的,将大大降低后期的开发工作量,从总体上节省主机厂的开发时间和开发成本。本期将为您介绍汽车模型制作的相关知识。
 
在汽车研发过程中,经过设计构思草图和效果图阶段,汽车设计师会将选定的设计效果图交给油泥模型师或数字模型师进行汽车缩比模型的制作。
 
缩比模型是设计效果图的立体表现形式,不仅能弥补平面画面对车身造型表现所缺少的实体感,也能用来开展初期的缩比模型风洞试验。
缩比模型通常采用3:8、1:4、1:5、1:10、1:20等比例。为了节约时间和成本,主机厂通常会使用油泥进行缩比模型雕塑,因为油泥模型更易于修改,便于汽车造型的不断优化;缩比模型内部多使用木胎或其他硬质填充物。
油泥模型师进行模型细节修改
 
比例为1:4的汽车油泥模型
 
在油泥模型制作过程中,汽车设计师通常需要全程跟踪指导,以确保油泥模型能够符合自己的设计意图。
 
在完成缩比油泥模型制作后,建议有试验条件和实力的主机厂进行缩比模型风洞试验,以进行相应的汽车造型修改与优化。在综合考虑汽车空气动力学性能与模型外观美学、工艺、结构等因素后,主机厂会挑选最具备成功可能性的设计方案进行全尺寸汽车模型的制作。
 
全尺寸汽车模型的制作是造型设计过程中任务最繁重、最细致的阶段,此项工作应取得工程与技术开发工程师的密切配合,以保证设计概念在技术上的可行性。全尺寸汽车模型车身表面多使用油泥、碳纤维、玻璃纤维或硬泡沫等材料;其他部位常用的材料包括:各种木料、钢材、塑料,可借用的各种车身零部件等。
 
在制作全尺寸汽车模型阶段,常会对原始设计概念图做一些质的改进,因为在全尺寸条件下才有可能真实的检验、审查各部分的比例、反光等造型效果,以及操纵和上下方便性等;此阶段还需要通过风洞试验对造型局部做系列优化,使之趋于最佳气动形体。用于风洞试验的全尺寸汽车模型通常要求可以体现整车外表面细节、发动机舱及内部零部件细节、车身底部细节、车轮悬架细节等。
 
有时主机厂还需要最终把内外模型合并成能真实感受、考察实车内外造型的“概念样车”(Mock-up),甚至装上动力总成和一些底盘件,以便对运动中的车身外形进行考察和展出。
 
在制作了全尺寸汽车模型或Mock-up的基础上,就可以进行造型方案的最终审定,如获通过,则标志着车身造型“冻结”。至此造型阶段全部完成,汽车研发进入工程设计阶段。
汽车模型底部细节
 
传统的汽车模型制作方法有两种。第一种方法是完全由油泥模型师进行人工雕刻完成模型制作,这样以来,一些汽车外型的细节必须用造型粘土来解决。这种方法费时费力而且无法保证模型尺寸和质量,据统计完全通过人工雕刻制作一个整车模型大约需要3个月左右的时间,因此这种方法目前已不被大多数主机厂所采用。
 
第二种方法,由数字模型师通过3D软件将汽车设计效果图变成3维数字模型,或通过3D扫描将修改过的汽车模型变成3维数字模型,然后再通过CNC(计算机数字控制)铣床铣削出基本模型,此时再由油泥模型师根据设计师的要求对铣削所得模型进行局部修改。这种二合一的方法制作一个整车模型只需要1个月甚至更少的时间。
 
近年来,汽车模型的制作方法发生了巨大变化。CNC铣床与3D打印机的配合使用,使得模型制作过程更加经济、模型细节更加精确。比如:汽车模型底盘、散热器格栅、后视镜、轮罩以及保险杠等都可以通过3D打印机快速生产。3D打印机制作的汽车部件可以更加充分的展示造型细节,从而大大提高造型评价的直观性和准确性,更有助于工程师对造型做出正确、快速的判断。
 
如今,3D打印机已成为汽车模型制作技术领域的重要工具。尽管购买高质量的3D打印机相当昂贵,但由于汽车模型部件的制作节省了大量时间,更多主机厂在权衡之下还是会选择购置。
3D打印机生产的轮辋盖
 
3D打印机生产的后视镜
 
3D打印机生产的散热器格栅
 
展  望
随着国内风洞试验资源不断增多,汽车模型的使用率和需求率都会进一步增大,如何快速、高效的完成汽车模型的生产制作也将成为行业关注的热点问题。随着3D打印技术的不断成熟,汽车模型的制作更加快捷和便利,在汽车研发早期,使用汽车模型进行风洞试验也必将成为更多主机厂的选择。可以预见的是,新车型的研发速度和空气动力学性能都将大大提升!
 
建在重庆的中国汽研汽车风洞中心2019年中投入使用后,将具备汽车模型制作的软硬件能力,将为广大客户提供从模型制作到风洞试验再到气动性能优化提升的一体化技术服务,敬请期待!