飛行器的“搖籃”

　　風(fēng)洞是進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的一種主要設(shè)備，幾乎絕大多數(shù)的空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)都在各種類型的風(fēng)洞中進(jìn)行。風(fēng)洞的原理是使用動(dòng)力裝置在一個(gè)專門設(shè)計(jì)的管道內(nèi)驅(qū)動(dòng)一股可控氣流，使其流過安置在實(shí)驗(yàn)段的靜止模型，模擬實(shí)物在空氣中的運(yùn)動(dòng)。測(cè)量作用在模型上的空氣動(dòng)力，觀測(cè)模型表面及周圍的流動(dòng)現(xiàn)象。根據(jù)相似理論將實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理成可用于實(shí)物的相似準(zhǔn)數(shù)。最常見的是低速風(fēng)洞。決定一架飛機(jī)或其他飛行器的飛行性能，如速度、高度等，除飛機(jī)重量、發(fā)動(dòng)機(jī)推力等要素外，最重要的因素是作用于飛機(jī)的空氣動(dòng)力。空氣動(dòng)力主要決定于飛機(jī)的外形。在設(shè)計(jì)和研制飛機(jī)時(shí)，首先是設(shè)計(jì)其外形，由此就可以確定作用于飛機(jī)的空氣動(dòng)力并推算飛行性能。但是，這個(gè)工作只能做在最前，不能在飛機(jī)造出來(lái)以后。確定飛機(jī)空氣動(dòng)力的實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要是風(fēng)洞。人們把風(fēng)洞和風(fēng)洞試驗(yàn)叫作航空航天的先行官是恰如其分的。
　　德國(guó)早在1907年就成立了哥廷根空氣動(dòng)力試驗(yàn)院，并在1955—1975年20年間，不惜巨資修建了71座低速、高速、超高速和特種風(fēng)洞，在世界上率先研制出噴氣式飛機(jī)、彈道導(dǎo)彈；美國(guó)于1915年就成立了國(guó)家空氣動(dòng)力研究機(jī)構(gòu)，20世紀(jì)80年代推出的“星球大戰(zhàn)”計(jì)劃，技術(shù)上也是以世界上最先進(jìn)和龐大的風(fēng)洞群為保障的，并牢牢占據(jù)了世界航空航天領(lǐng)域的“霸主”地位。
　　當(dāng)發(fā)達(dá)國(guó)家有了強(qiáng)大的空軍和不斷升天的飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星時(shí)，中國(guó)還在為買來(lái)的飛機(jī)苦苦思索：它到底能飛多高？作戰(zhàn)半徑有多大？爬行極限是多少？買來(lái)的飛機(jī)性能只有靠試飛員冒著生命危險(xiǎn)去摸索；設(shè)計(jì)的運(yùn)載火箭只能作實(shí)際試驗(yàn)；自己研制的飛機(jī)只能花大把外匯，拿到別人的風(fēng)洞里去作試驗(yàn)……一個(gè)數(shù)據(jù)、一個(gè)試驗(yàn)都要花很多外匯，要看別人的臉色行事，還不一定準(zhǔn)確?？梢哉f，沒有自己的風(fēng)洞，已成為當(dāng)年制約我國(guó)航空航天業(yè)以及其他國(guó)防工業(yè)發(fā)展的瓶頸。
　　風(fēng)洞科技含量非常高，涵蓋力學(xué)、數(shù)學(xué)、結(jié)構(gòu)、化學(xué)、電氣、儀表、焊接、工藝等二十多個(gè)學(xué)科知識(shí)。風(fēng)洞主要分為高速風(fēng)洞群、低速風(fēng)洞群與超高速風(fēng)洞群，分別應(yīng)用于不同的研究試驗(yàn)范圍。我國(guó)的風(fēng)洞出于當(dāng)時(shí)形勢(shì)的需要，主要安置在巨大的人工山洞里。山洞綿延數(shù)公里，都是人工開鑿的，其難度可想而知。人工山洞堅(jiān)固性能抗8級(jí)以上地震。
　　風(fēng)洞不僅適用于國(guó)防軍事工業(yè)，還更多地應(yīng)用于民用。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，低速風(fēng)洞在民用航空、風(fēng)能利用、建筑、環(huán)保等方面也起著巨大的作用。
　　利用空氣動(dòng)力學(xué)研究手段，對(duì)高層建筑、復(fù)雜外形建筑及橋梁等的風(fēng)載風(fēng)振現(xiàn)象進(jìn)行風(fēng)洞模擬試驗(yàn)，可以為抗風(fēng)、抗振設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。
　　汽車、火車以及橋梁、大型建筑等都要利用風(fēng)洞進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，研究如何設(shè)計(jì)外形，降低阻力，提高穩(wěn)定性，如磁懸浮高速列車、我國(guó)的解放牌和東風(fēng)牌中型載貨汽車、上海東方電視塔、北京新首都機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓等，也是先在風(fēng)洞中用模型做了大量地面風(fēng)載試驗(yàn)后，才能投入批量生產(chǎn)和安全興建。中國(guó)國(guó)家大劇院模型表面風(fēng)荷載也進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)。1994年8月，一場(chǎng)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)襲擊我國(guó)東南沿海地區(qū)，許多高層建筑在風(fēng)中倒塌，而東方明珠塔卻安然無(wú)恙。北京新首都機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓經(jīng)風(fēng)洞試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，大樓一側(cè)出現(xiàn)負(fù)壓，修改設(shè)計(jì)后才破土動(dòng)工。廈門海滄大橋是廈門市有史以來(lái)建設(shè)的最大一座橋，設(shè)計(jì)中心對(duì)該橋的模型進(jìn)行了全面氣動(dòng)試驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)提出明確修改意見，確保深受臺(tái)風(fēng)災(zāi)害之苦的廈門人民用上放心橋。磁懸浮高速列車、新一代中型載貨汽車也是從這里啟程的。
　　編輯/劉鵬