汽車尾流速度測量的虛擬儀器系統
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隨著高速公路的蓬勃發展，汽車車速不斷提高，汽車氣動阻力對燃油消耗的影響日益凸現出來。氣動阻力的85%是壓差阻力，同時壓差阻力91%來自汽車尾部（其值隨車身長短不同而異）；而汽車尾流結構對汽車空氣動力特性具有決定性影響。為此，進行汽車尾流速度測量，搞清尾流結構進而改善汽車空氣動力特性對開發低阻力汽車，降低汽車燃油消耗有重要意義[1]。
在進行尾流試驗研究過程中，我們發現傳統的測試儀器是功能固定且封裝好的，專用于某項具體試驗或任務，且價格昂貴。開發測試系統時，對設計人員的要求非常高：要求掌握測試儀器底層硬件知識，必須有廣泛的計算機編程知識，并能編寫硬件的驅動程序。從而導致了傳統測試系統開發周期長、靈活性很差。為了縮短速度測試系統開發時間，并方便以后用戶對其進行維護、擴展和升級，在熱線風速計的基礎上，我們引入虛擬儀器的概念，為汽車尾流速度測量開發出專用的虛擬儀器系統。
2 熱線風速計
熱線風速計的出現是流體力學試驗技術進步的新突破。它使汽車空氣動力學試驗研究獲得了研究非定常流特別是湍流的有力工具。盡管20 世紀60 年代出現了激光測速技術，試驗研究發現測量湍流參量時，激光測速常因丟失粒子信號而導致測量結果不可靠[2]，并且由于激光測速儀價格和維持費用昂貴，在湍流場研究的應用范圍上遠不如熱線技術廣泛。今后熱線技術仍將是汽車湍流，特別是汽車尾流場速度測量的主要手段。
對不可壓縮氣流強迫對流傳熱而言，Nu 數僅與雷諾數和熱線的物理和工作狀態有關[3]。為了方便起見，用熱線風速計測量風速U 時我們通常采用如下公式：
在熱線恒溫工作時，熱線的熱電阻Rw =常數。因 IRw = e，故可把（1）式改寫成
3 虛擬儀器的概念
LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種圖形化編程語言，利用功能圖標來創建應用程序，也即創建虛擬儀器（VI，Virtual Instrument）。虛擬儀器即是其操作和外觀均仿照示波器或萬用表等物理儀器并實現同樣功能的程序軟件。在基于文本語句的編程語言中指令語句決定了程序執行；在LabVIEW 中由數據流決定程序的執行，編程時根據數據流進行編程。
論文在LabVIEW 平臺上開發了汽車尾流速度測量虛擬儀器系統，該系統包括測速校準和測速兩個子系統。
4 熱線測速校準子系統
汽車外流場屬于不可壓的連續流動，熱線測速的靜態校準方程的表達式采用式（2）。在熱線測速校準子系統中，我們將n 作為變量對待，因而也就不必用專門的線化器硬件來線性化熱線的輸出電壓。我們直接通過軟件編程來實現：連續變換n 的值進行不同的指數擬合，并用擬合曲線與試驗數據之間的均方誤差（mse）大小來判斷擬合質量的優劣。這也體現了虛擬儀器的優越性：開發過程簡便，節省時間和開支。
4.1 子系統硬件構成
熱線測速校準子系統的硬件構成如圖1，由圖可知，硬件結構為兩部分：一部分是熱線風速計電路， 產生熱線電路輸出電壓e；另一部分是皮托管部分，產生相應的壓差（動壓）的電信號Ep。
圖1 熱線測速校準子系統的硬件結構
4.2 子系統虛擬儀器構成
熱線風速計測速校準子系統的軟件構成和用戶界面分別如圖2、3。
圖2 熱線風速計測速校準系統虛擬儀器結構圖 圖3 熱線風速計測速校準系統虛擬儀器用戶界面
（1）進行數據采集參數設置，數據采集系統可設置信號增益放大倍數、采樣頻率、信號掃描次數、以及被測量信號的上限與下限等。在計算機不溢出的條件下可任意改變測量虛擬儀器的測量信號的范圍，這點是傳統測試儀器望塵莫及的。
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