吹一吹，“洞”中練本事

櫻子

在交通工具家族里，不管是地上跑的，還是天上飛的，要想讓好設計變成真，就必須通過一場大考。有沒有真本事，在這一關里，一試便可知。這場大考的考場在哪兒？就在風洞實驗室。

叫“洞”不是洞

別看大家平時“風洞”“風洞”叫得歡，其實這沒有洞穴啥事，風洞是有著管道模樣的實驗設備，目前在空氣動力實驗中，它是人們用的最多也最有效的一種工具。去風洞里走一遭就好比是讓物體參加一次專項模擬測驗，模擬的是真實環境中可能存在的氣流狀況，通過動力裝置人為控制氣流，給物體設置幾種“考題”，物體順利“答題”后才能通過測驗。

世界上公認的第一個風洞是英國人韋納姆于1869～1871年建造的，他用一個長約3米、兩端開口的木箱，去測量物體迎面遇上空氣時受到的阻力。1900年，美國的萊特兄弟為自己研制的飛機建造了一個風洞，它能制造出速度為40～56.3千米/小時的氣流，為世界上第一次動力飛行實驗做出了貢獻。

請個替身去測試

自打萊特兄弟發明了世界上第一架飛機之后，航空業逐漸發展起來，而空氣動力研究又是航空航天事業發展的基礎，所以，風洞技術也得以奠定，并且變得越來越現代化。在試飛之前，飛機需要頻繁地上考場，經歷密集的風洞測試。可是飛機的塊頭太大了，真正去風洞里的其實并不是真的飛機，而是它的替身——飛機的迷你模型。

飛機模型來到風洞后，會被固定在風洞的測試段，人們根據飛機真實飛行時的氣流情況來設定管道里的氣流。在這個過程中，測試儀器們會記錄和測量模型受到的壓力、阻力、升力，以及加熱特性、氣動性能等各種數據，為后續的飛機研制工作提供重要依據。

風洞里的數據會說話

可是，問題來了，模型始終是模型，它能代替真飛機去風洞里做測試，可不能代替真飛機去飛行、執行任務呀。洞壁干擾、支架干擾、模型失真，這都會讓試驗數據產生誤差。為了保證風洞試驗數據的有效性，人們還要對數據進行一系列修正，而修正這些數據也還是需要風洞幫忙，諸如后續開展的動力影響試驗、氣動彈性試驗等一系列風洞試驗，就是用來修正之前獲取的數據的。

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風洞試驗數據中人們最常看的指標有兩種：

馬赫數（Ma）

馬赫數是速度與音速的比值，用來反映飛行器飛行時周圍空氣的壓縮程度。

雷諾數（Re）

雷諾數是流體力學中的概念，用于反映氣流對飛行器表面的粘性阻滯作用。

五花八門的風洞

聽說航空航天器都去風洞被“吹來吹去”之后，一輛概念設計SUV便開始暗自慶幸了——幸虧自己是汽車族的一員，用不著上天，肯定不用參加這樣的考試。哪知道，它很快就接到了去參加風洞測試的通知。其實，不光是汽車，我們生活里的磁懸浮列車、 “和諧號”高鐵、東方明珠塔、杭州灣跨海大橋，它們誰跟空氣動力學沒有緊密聯系呢？它們也都曾經是風洞實驗室的“考生”。

目前，世界各國建成的生產型風洞大約有300余座。這其中有為低速飛行器、建筑、車輛、橋梁等進行空氣動力試驗研究的低速風洞，有為各種航空飛行器研究服務的跨聲速風洞和超聲速風洞，還有對各種航天飛行器進行空氣動力試驗研究的超高速風洞。根據用途的不同，風洞還分為常規風洞和特種風洞，比如結冰風洞、聲學風洞、電弧風洞、體育專業風洞等。專門為汽車建造的汽車風洞也有模型風洞、實車風洞和環境風洞等不同類型。

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結冰風洞

2013年我國建成了屬于自己的結冰風洞，成為世界上第三個可以開展民機全研制過程結冰風洞試驗的國家，不用再把飛機開到國外去開展結冰鳳洞試驗了。結冰風洞試驗可以讓設計師們獲得飛機的結冰位置和結冰冰型等數據，為飛機防結冰、除冰提供安全設計的依據。

運動員有了個好“教練”

這么多種類的風洞當中，體育專業風洞直接為人體服務，顯得有些特殊。首先它的外形就與眾不同。因為運動員大多站立著進行運動，與之相適應，體育專業風洞一般高而且窄，跟又寬又矮的飛機、汽車風洞大相徑庭。其次，因為人的運動速度比較慢，所以體育專業風洞測試的風速也比較低。

我國已經擁有一系列尺寸、功能不同的體育專業風洞，能夠幫助多種體育競賽項目的運動員開展科學訓練，優化他們的運動姿勢、運動裝備，幫他們提高比賽成績等。例如河北省淶源縣建立的跳臺滑雪風洞實驗室，它可以滿足運動員從滑行、起跳和飛行的所有訓練需求。在風洞中，運動員在安全繩的牽引下騰空而起，每次可以連續做2～3分鐘的飛行訓練，練一次就相當于實地跳臺幾十次，提高了訓練效率不說，還能大大降低發生意外的風險。通過風洞中專門研發的儀器，教練們可以實時觀察風速、升力、阻力等，從而更加準確地發現訓練中的問題。

除此之外，風洞還可以測試對比不同運動姿態、不同隊列給運動裝備帶來的風阻力，幫設計師開發出風阻更小的運動裝備。它也可以評估賽道比賽時的風力，結合氣象數據對賽道重點區域的風速、風向等關鍵環境要素進行評估。風洞簡直就是運動員的全能助手，

新一代“大國重器”

現在，不少國家都把建設超高速風洞作為重要目標之一，因為未來戰場上的得力戰將，比如超音速偵察機、轟炸機和巡航導彈等厲害武器，都需要超高速風洞試驗。在這方面，我們中國勇立潮頭。我國已經建成的JF12復現風洞是全球第一座可復現超高聲速飛行條件的超大型超高聲速風洞，它長265米，可復現25～40千米高空、5～9倍聲速的超高聲速飛行條件，有效實驗時間達到130毫秒，是美國的4倍，在國際上享有“超級巨龍”的美名。而正在建設中的JF22激波風洞，堪稱新一代的“大國重器”。它一旦建成，中國在風洞技術上就能領先西方國家20～30年啦。

激波風洞——依靠激波將氣體壓縮后膨脹引爆來產生超高溫和超高音速氣流，這是我國自主研發的一項爆轟技術。