一.前言近几年来，暴露的旋转车轮的空气动力学特性已经在试验和计算领域引起了人们的极大的兴趣，人们已经注意到暴露的赛车的车轮阻力，相对于整车阻力已达到35

近几年来，暴露的旋转车轮的空气动力学特性已经在试验和计算领域引起了人们的极大的兴趣，人们已经注意到暴露的赛车的车轮阻力，相对于整车阻力已达到35％到50％之间。但是由于将空气动力学阻力与车轮和路面相互作用的复杂阻力的分离几乎无法实现，所以升力的定量问题很困难。这篇论文所得到的结论，分别从定性和定量的角度，分析和比较了旋转和不旋转的车轮流场特性上存在的物理差别。

由于以往的研究强调了正确的车轮与地面接触的必要性，因此本研究选择了英国杜伦大学(Durham University)的0.85 m x 0.55m带活动地面(MGP)或滚动路面的开式射流风洞作为研究设施(图1)。

本研究使用了一个气动轮胎总成。该轮胎实际上是一个标准的小型赛车前轮，之所以选择它，是因为它的纵横比与一级方程式赛车的前轮非常匹配。

由于气动力与地面反作用力难以分离，传统的力平衡测量方法难以实现。杜伦大学设计和开发了一个无线电遥测系统，使地面压力数据能够从一个旋转的竞赛车轮传送到执行数据采集的主机上。

无线)是一种单向数据传输装置，传输速率可达19.2kbps，相当于每秒1200个压力样本。该系统由两个主要部分组成:车载遥测板和车外遥测板。车载遥测板由电池供电，位于车内;车载遥测板与数据采集卡界面，由标准直流电源供电。

图3无线显示了整个仪器系统的示意图，并演示了遥测系统如何与实验室主机连接。D/A和基准触发器连接到振幅PC30-PGH测井卡模拟通道，时钟速度2MHz，可记录8个12位差分通道。该卡还具有数字输入/输出通道，用于4位数字地址信息。参考触发器提供每转一圈的车轮位置脉冲，用于数据后处理阶段，以便根据车轮位置对数据进行正确分组。表面压力数据记录在1600Hz，并使用一组匹配的250Hz二阶模拟滤波器提供抗混叠。

采用刺头直径3.5mm、刺长50mm的5孔探针进行流场研究。探头为前向锥体型。所有结果均采用标定图或查表法。采用一套相同的传感器技术108LP10D压力感测器进行点压力测量，并在硅流体微压力计上同时校准。图5所示为所穿越xy平面的流向位置，该平面位于车轮旋转轴下游2.5直径处。

流场研究是在距轮轴下游2.5直径处进行的。图6和图7分别为定轮和旋转轮在z = 2.5D处的总压时均线对比两幅等高线图可以看出，相对于旋转轮(x/D = +/- 0.3, y/D =0.12)，静止轮有两个较低的压力区域(x/D = +/- 0.6, y/D =0.1)，这有助于解释与静止轮相关的较高阻力。静止尾流比旋转轮更高、更窄的尾流低得多、宽得多。这些图与压力分布很好地相关，因为较晚的分离位置会导致流沿着车轮顶部的自由流流动，反之，与旋转车轮的早期分离会导致更高的尾迹。

图8和8分别示出了固定轮和旋转轮的流向涡度（x）的时间平均等值线图。这两个图显示静止轮后的涡流更强，这对应于更高的能量吸收，因此已经提到了更高的阻力。旋转车轮尾流中的涡流彼此更接近并且处于稍高的位置。这可能是由于车轮旋转引起的向上冲洗效应。

图10和11分别示出了静止轮和旋转轮在z = 2.5D时的尾流中的时间平均速度矢量图。乍一看，这些图看起来几乎相同，两个图都显示了两个区域，其中流动顺时针和逆时针旋转。

静止的车轮压力分布显示基础压力低于旋转壳体的基础压力，并且由于流动被附着直到大约230度，因此在车轮顶部存在负压。在车轮下游进行流场调查（z = 2.5D）。结果表明，固定轮比旋转壳体具有更宽，更低的尾流，并且存在两个较低压力区域。流动涡度等值线图显示旋转轮壳中的涡流要弱得多。压力分布和流场调查的结果与流动的关键特征非常一致。