吹一吹，“洞”中练本事

樱子

在交通工具家族里，不管是地上跑的，还是天上飞的，要想让好设计变成真，就必须通过一场大考。有没有真本事，在这一关里，一试便可知。这场大考的考场在哪儿？就在风洞实验室。

叫“洞”不是洞

别看大家平时“风洞”“风洞”叫得欢，其实这没有洞穴啥事，风洞是有着管道模样的实验设备，目前在空气动力实验中，它是人们用的最多也最有效的一种工具。去风洞里走一遭就好比是让物体参加一次专项模拟测验，模拟的是真实环境中可能存在的气流状况，通过动力装置人为控制气流，给物体设置几种“考题”，物体顺利“答题”后才能通过测验。

世界上公认的第一个风洞是英国人韦纳姆于1869～1871年建造的，他用一个长约3米、两端开口的木箱，去测量物体迎面遇上空气时受到的阻力。1900年，美国的莱特兄弟为自己研制的飞机建造了一个风洞，它能制造出速度为40～56.3千米/小时的气流，为世界上第一次动力飞行实验做出了贡献。

请个替身去测试

自打莱特兄弟发明了世界上第一架飞机之后，航空业逐渐发展起来，而空气动力研究又是航空航天事业发展的基础，所以，风洞技术也得以奠定，并且变得越来越现代化。在试飞之前，飞机需要频繁地上考场，经历密集的风洞测试。可是飞机的块头太大了，真正去风洞里的其实并不是真的飞机，而是它的替身——飞机的迷你模型。

飛机模型来到风洞后，会被固定在风洞的测试段，人们根据飞机真实飞行时的气流情况来设定管道里的气流。在这个过程中，测试仪器们会记录和测量模型受到的压力、阻力、升力，以及加热特性、气动性能等各种数据，为后续的飞机研制工作提供重要依据。

风洞里的数据会说话

可是，问题来了，模型始终是模型，它能代替真飞机去风洞里做测试，可不能代替真飞机去飞行、执行任务呀。洞壁干扰、支架干扰、模型失真，这都会让试验数据产生误差。为了保证风洞试验数据的有效性，人们还要对数据进行一系列修正，而修正这些数据也还是需要风洞帮忙，诸如后续开展的动力影响试验、气动弹性试验等一系列风洞试验，就是用来修正之前获取的数据的。

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风洞试验数据中人们最常看的指标有两种：

马赫数（Ma）

马赫数是速度与音速的比值，用来反映飞行器飞行时周围空气的压缩程度。

雷诺数（Re）

雷诺数是流体力学中的概念，用于反映气流对飞行器表面的粘性阻滞作用。

五花八门的风洞

听说航空航天器都去风洞被“吹来吹去”之后，一辆概念设计SUV便开始暗自庆幸了——幸亏自己是汽车族的一员，用不着上天，肯定不用参加这样的考试。哪知道，它很快就接到了去参加风洞测试的通知。其实，不光是汽车，我们生活里的磁悬浮列车、 “和谐号”高铁、东方明珠塔、杭州湾跨海大桥，它们谁跟空气动力学没有紧密联系呢？它们也都曾经是风洞实验室的“考生”。

目前，世界各国建成的生产型风洞大约有300余座。这其中有为低速飞行器、建筑、车辆、桥梁等进行空气动力试验研究的低速风洞，有为各种航空飞行器研究服务的跨声速风洞和超声速风洞，还有对各种航天飞行器进行空气动力试验研究的超高速风洞。根据用途的不同，风洞还分为常规风洞和特种风洞，比如结冰风洞、声学风洞、电弧风洞、体育专业风洞等。专门为汽车建造的汽车风洞也有模型风洞、实车风洞和环境风洞等不同类型。

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结冰风洞

2013年我国建成了属于自己的结冰风洞，成为世界上第三个可以开展民机全研制过程结冰风洞试验的国家，不用再把飞机开到国外去开展结冰凤洞试验了。结冰风洞试验可以让设计师们获得飞机的结冰位置和结冰冰型等数据，为飞机防结冰、除冰提供安全设计的依据。

运动员有了个好“教练”

这么多种类的风洞当中，体育专业风洞直接为人体服务，显得有些特殊。首先它的外形就与众不同。因为运动员大多站立着进行运动，与之相适应，体育专业风洞一般高而且窄，跟又宽又矮的飞机、汽车风洞大相径庭。其次，因为人的运动速度比较慢，所以体育专业风洞测试的风速也比较低。

我国已经拥有一系列尺寸、功能不同的体育专业风洞，能够帮助多种体育竞赛项目的运动员开展科学训练，优化他们的运动姿势、运动装备，帮他们提高比赛成绩等。例如河北省涞源县建立的跳台滑雪风洞实验室，它可以满足运动员从滑行、起跳和飞行的所有训练需求。在风洞中，运动员在安全绳的牵引下腾空而起，每次可以连续做2～3分钟的飞行训练，练一次就相当于实地跳台几十次，提高了训练效率不说，还能大大降低发生意外的风险。通过风洞中专门研发的仪器，教练们可以实时观察风速、升力、阻力等，从而更加准确地发现训练中的问题。

除此之外，风洞还可以测试对比不同运动姿态、不同队列给运动装备带来的风阻力，帮设计师开发出风阻更小的运动装备。它也可以评估赛道比赛时的风力，结合气象数据对赛道重点区域的风速、风向等关键环境要素进行评估。风洞简直就是运动员的全能助手，

新一代“大国重器”

现在，不少国家都把建设超高速风洞作为重要目标之一，因为未来战场上的得力战将，比如超音速侦察机、轰炸机和巡航导弹等厉害武器，都需要超高速风洞试验。在这方面，我们中国勇立潮头。我国已经建成的JF12复现风洞是全球第一座可复现超高声速飞行条件的超大型超高声速风洞，它长265米，可复现25～40千米高空、5～9倍声速的超高声速飞行条件，有效实验时间达到130毫秒，是美国的4倍，在国际上享有“超级巨龙”的美名。而正在建设中的JF22激波风洞，堪称新一代的“大国重器”。它一旦建成，中国在风洞技术上就能领先西方国家20～30年啦。

激波风洞——依靠激波将气体压缩后膨胀引爆来产生超高温和超高音速气流，这是我国自主研发的一项爆轰技术。