綿陽(yáng)風(fēng)洞群中的2.4米跨聲速風(fēng)洞巨大的圓形導(dǎo)流孔，高度超過兩層樓。

航空風(fēng)洞（windtunnel）是研制各種飛機(jī)導(dǎo)彈、宇宙飛船等航空航天器的必備設(shè)施，通過人工產(chǎn)生和控制氣流，以模擬飛行器或物體周圍氣體的流動(dòng)，并可量度氣流對(duì)物體的作用以及觀察物理現(xiàn)象來研究航天器的氣動(dòng)特性，它是進(jìn)行空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)最有效的工具。

按氣流速度分，風(fēng)洞有亞音速風(fēng)洞和超音速風(fēng)洞兩類。

　　小型風(fēng)洞采用高速風(fēng)扇提供風(fēng)力，其風(fēng)速都在每小時(shí)1200千米之內(nèi)。而中型與大型風(fēng)洞采用事先儲(chǔ)存的氣體在短暫的幾秒，甚至幾毫秒中釋放，形成威力巨大的沖擊風(fēng)力。測(cè)試的對(duì)象越是先進(jìn)高級(jí)，其檢測(cè)的難度越大，風(fēng)洞的規(guī)模也越大。例如美國(guó)和俄羅斯，他們的風(fēng)洞內(nèi)可放進(jìn)整架飛機(jī)，不像其他國(guó)家的中小型風(fēng)洞只能螞蟻啃骨頭似地以零代整分別測(cè)試。美國(guó)為了檢測(cè)當(dāng)前最昂貴的F一22隱形戰(zhàn)斗機(jī)的特殊的菱形機(jī)身，動(dòng)用了22種不同的風(fēng)洞檢測(cè)，得出機(jī)身表面每平方米的阻力系數(shù)僅為0．034。而美國(guó)的航天飛機(jī)“哥倫比亞號(hào)”反反復(fù)復(fù)做各種不同的風(fēng)洞儉測(cè)達(dá)3萬多小時(shí)，點(diǎn)點(diǎn)滴滴絲毫無誤，確保了其飛行的安全與正常運(yùn)轉(zhuǎn)。然而建立一個(gè)大型風(fēng)洞耗資非常巨大，美國(guó)在1968年建設(shè)的一個(gè)大型風(fēng)洞，就耗費(fèi)了5.5億美元巨資，風(fēng)洞是高科技設(shè)施，施工難度大，例如2．4米超音速風(fēng)洞，僅在基礎(chǔ)施工中便需澆注8000多噸水泥，打進(jìn)地下的水泥柱多達(dá)700多個(gè)，最粗的達(dá)33米，其安裝設(shè)備的難度也非常之高。

　　風(fēng)洞檢測(cè)除了應(yīng)用于航空、航天器之外，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)其他領(lǐng)域里也同樣大顯身手。例如用于各種材料的抗壓抗熱試驗(yàn)，汽車、高速列車、船只的空氣阻力、耐熱與抗壓試驗(yàn)等等。

位于四川省綿陽(yáng)市安縣的中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心是我國(guó)最大的空氣動(dòng)力學(xué)研究、試驗(yàn)機(jī)構(gòu)。主要運(yùn)用風(fēng)洞試驗(yàn)、數(shù)值計(jì)算和模型飛行試驗(yàn)三大手段，廣泛開展空氣動(dòng)力學(xué)、飛行力學(xué)和風(fēng)工程諸領(lǐng)域的研究工作。中心建有一個(gè)總體規(guī)模居世界第三、亞洲第一的風(fēng)洞群。其中2.4米跨聲速風(fēng)洞等8座為世界領(lǐng)先量級(jí)，可開展從低速到24倍超高聲速，從水下、地面到94公里高空范圍的氣動(dòng)試驗(yàn)研究。此外，這個(gè)中心還具有每秒14萬億次運(yùn)算能力的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及各類飛行器彷真計(jì)算的應(yīng)用軟件體系；具備飛機(jī)和飛艇帶飛、火箭助推的模型飛行試驗(yàn)和飛行力學(xué)研究能力，在無人飛行器的研制方面也取得重要成果。中心有一支實(shí)力雄厚的高科技隊(duì)伍，其中，中國(guó)科學(xué)院院士和工程院院士各1名，高級(jí)職稱300余人，出站博士后10人，博士50余人，碩士200余人，中青年專家5人。享受政府特殊津貼的科技人員90余人。中心設(shè)有研究生部，有博土學(xué)位和碩士學(xué)位授予權(quán)，設(shè)有力學(xué)學(xué)科博士后流動(dòng)站。

目前，我國(guó)已經(jīng)開展了47萬余次風(fēng)洞試驗(yàn)，成功解決了包括神舟載人飛船返回艙、逃逸飛行器的氣動(dòng)力和氣動(dòng)熱等大量關(guān)鍵技術(shù)，以及其他航空航天飛行器和武器裝備的關(guān)鍵氣動(dòng)問題。我國(guó)自行研制的各種航空航天飛行器和導(dǎo)彈、火箭都要在這里進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。

NF-3全機(jī)低速風(fēng)洞對(duì)“運(yùn)-8”飛機(jī)模型進(jìn)行吹風(fēng)試驗(yàn)

航空風(fēng)洞發(fā)展簡(jiǎn)史

世界上公認(rèn)的第一個(gè)風(fēng)洞是英國(guó)人于1871年建成的。美國(guó)的萊特兄弟于1901年建造了風(fēng)速12米／秒的風(fēng)洞，從而發(fā)明了世界上第一架飛機(jī)。風(fēng)洞的大量出現(xiàn)是在20世紀(jì)中葉。德國(guó)在1907年就成立了“哥廷根空氣動(dòng)力試驗(yàn)院”，并在此后不惜巨資修建了一批低速、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年成立了國(guó)家空氣動(dòng)力研究機(jī)構(gòu)。到目前為止，我國(guó)已建成配套齊全功能完備的各類風(fēng)洞140余座，在風(fēng)洞試驗(yàn)、數(shù)值計(jì)算、模型飛行試驗(yàn)等領(lǐng)域取得長(zhǎng)足進(jìn)步，空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)備、技術(shù)和人才均跨入國(guó)際先進(jìn)行列。

1936年,清華大學(xué)建造了中國(guó)第一座自行設(shè)計(jì)的風(fēng)洞。風(fēng)洞采用回流式，最大直徑為3米，試驗(yàn)段剖面為圓形，直徑1.5米。4月24日，風(fēng)洞第一次開車試驗(yàn)成功。該校王士倬等4人關(guān)于此風(fēng)洞的論文被評(píng)為1936年中國(guó)工程師學(xué)會(huì)論文第一獎(jiǎng)。1937年，該校在南昌建造成4．5米回流式大風(fēng)洞，圓形剖面試驗(yàn)段正常直徑為4．57米，可以縮小一半，也可放大到6米，最大氣流速度58米/秒。1947年至948年，該校在北平又設(shè)計(jì)制造了鐵殼風(fēng)洞，橢圓形剖面試驗(yàn)段尺寸為0．762平方米×1．016平方米,氣流速度約為40米～50米/秒。

在我國(guó)四川西北的群山深處，有一個(gè)總體規(guī)模居世界第三、亞洲第一的風(fēng)洞群，在世界上僅次于美國(guó)和前蘇聯(lián)。我國(guó)自行研制的各種航空航天飛行器，都要在這里進(jìn)行空氣動(dòng)力試驗(yàn)。中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心自主設(shè)計(jì)、建設(shè)了亞洲規(guī)模最大、功能最完備的風(fēng)洞群，擁有50余座配套的低速、高速、超高速氣動(dòng)力和氣動(dòng)熱試驗(yàn)設(shè)備和特種試驗(yàn)設(shè)備主要有：8m×6m/16m×12m、4m×3m低速風(fēng)洞和Φ3.2m亞聲速風(fēng)洞；Φ5m立式風(fēng)洞、2.4m×2.4m跨聲速風(fēng)洞、1.2m×1.2m跨超聲速風(fēng)洞、Φ0.5m高超聲速風(fēng)洞；Φ2m激波風(fēng)洞、Φ1m高超聲速風(fēng)洞、Φ0.3m高超聲速低密度風(fēng)洞、200m自由飛彈道靶等。

龐大的4米X3米風(fēng)洞菱形導(dǎo)流片

探訪綿陽(yáng)風(fēng)洞群

當(dāng)時(shí)因?yàn)楣ぷ麝P(guān)系，我?guī)缀跻娺^中國(guó)所有的頂級(jí)風(fēng)洞，包括大山里的那些風(fēng)洞，以及中科院的一些特殊風(fēng)洞。現(xiàn)在就挑一些有趣的風(fēng)洞，大家可能沒有聽說過的，講一講：
當(dāng)時(shí)我去參觀山里的一個(gè)風(fēng)洞，這是個(gè)不一般的風(fēng)洞，叫做高溫電弧風(fēng)洞，是用來模擬火箭飛行或高超聲速飛行器飛行的。風(fēng)洞本身并不大，這類模擬極端條件的風(fēng)洞都不大（大的風(fēng)洞都是低速風(fēng)洞，我見過的最大的可以放進(jìn)去兩輛汽車），但是奇怪的是哪個(gè)實(shí)驗(yàn)室的墻上的結(jié)構(gòu)鋼梁很奇怪，極其粗大，就這麼個(gè)一層樓的房子，好像沒有必要。結(jié)果一介紹，原來那是輸電“線”！高溫電弧風(fēng)洞要用電力來產(chǎn)生電弧，這些電線要傳輸上千乃至上萬安培的電流，注意不是上萬伏特，而是安培！要知道一般情況下，一安培就是不得了的電流了，那麼這幾千上萬安培的電流，通常意義上的“電線”根本承受不住，所以要用到這些很粗的鋼梁來做輸電“線”。這高溫電弧風(fēng)洞可是個(gè)很了不得的東西，世界上沒有幾家有。

給我們介紹的高工說，當(dāng)時(shí)歐洲有個(gè)搞阿利亞娜火箭研究的代表團(tuán)來交流，聽說我們有這個(gè)東東，非要看一看，因?yàn)樗麄儾幌嘈盼覀兡芨愠鲞@么個(gè)東西來。結(jié)果我們給他們看了，時(shí)間久遠(yuǎn)，那些個(gè)數(shù)據(jù)的量級(jí)我記不清了，反正是我們給他們看的那個(gè)風(fēng)洞，好像是某個(gè)瞬時(shí)功率六百千瓦的，他們（歐洲代表團(tuán)）極度震驚，因?yàn)槲覀儾坏校夜β时人麄冞€高！高工說歐洲人之前說到他們的那個(gè)風(fēng)洞的瞬時(shí)功率是四百千瓦，好像還挺得意的。這聽起來挺讓人高興佩服的?？墒鞘虑闆]完，高工指著另外一間實(shí)驗(yàn)室里的風(fēng)洞說，其實(shí)我們當(dāng)時(shí)把這臺(tái)風(fēng)洞給遮住了，沒給他們看，怕他們多問。你知道這臺(tái)風(fēng)洞的瞬時(shí)功率是多少麼？五萬千瓦！比歐洲人知道的足足高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)！沒辦法呀，歐洲就是發(fā)個(gè)通信衛(wèi)星什麼的，我們還要搞可以回收的衛(wèi)星，還有要再入大氣層后打到地上的洲際彈道導(dǎo)彈，那都是極度高溫高速的飛行，沒有這些個(gè)風(fēng)洞，能行嗎！有人老是說什麼造火箭沒有飛機(jī)難，呵呵，不懂就不要瞎說，這下明白了吧。

還有某網(wǎng)友說到的用高速攝影機(jī)來記錄的超聲速風(fēng)洞。這個(gè)我要澄清一下，明白超聲速風(fēng)洞的原理，要知道一些空氣動(dòng)力學(xué)的知識(shí)。超聲速風(fēng)洞不是在壓縮段實(shí)現(xiàn)超聲速的，反而是在擴(kuò)散段，呵呵，去找本空氣動(dòng)力學(xué)的書看看吧。用高速攝影機(jī)的那種風(fēng)洞，其實(shí)不能叫風(fēng)洞了，它實(shí)際上是一個(gè)大炮，用氫氣把模型從一頭打到另一頭，這種風(fēng)洞不是用來研究飛機(jī)的氣動(dòng)原理的，而是用來搞彈道導(dǎo)彈的。在高超聲速風(fēng)洞中，還有一種風(fēng)洞叫做激波風(fēng)洞，當(dāng)然，普通低超聲速飛行也有激波問題，但是和高超聲速飛行的激波問題不同，因?yàn)楦叱曀亠w行中產(chǎn)生的激波中空氣發(fā)生電離化，更加復(fù)雜。在用于飛機(jī)的氣動(dòng)研究的風(fēng)洞中，還有一種比較難搞的風(fēng)洞叫做跨音速風(fēng)洞，研究的是飛機(jī)從亞音速過渡到超音速的氣動(dòng)原理，這個(gè)水平很高，我當(dāng)時(shí)見到的高工們都很自豪。呵呵，十幾年過去了，不知那些中國(guó)的氣動(dòng)人都怎么樣了。

空天飛機(jī)氣動(dòng)外形風(fēng)洞試驗(yàn)

風(fēng)洞介紹

風(fēng)洞就是用來產(chǎn)生人造氣流(人造風(fēng))的管道。在這種管道中能造成一段氣流均勻流動(dòng)的區(qū)域，汽車風(fēng)洞試驗(yàn)就在這段風(fēng)洞中進(jìn)行。汽車風(fēng)洞中用來產(chǎn)生強(qiáng)大氣流的風(fēng)扇是很大的，比如奔馳公司的汽車風(fēng)洞，其風(fēng)扇直徑就達(dá)8.5m，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的電動(dòng)功率高達(dá)4000kW，風(fēng)洞內(nèi)用來進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)段的空氣流速達(dá)270km／h。建造一個(gè)這樣規(guī)模的汽車風(fēng)洞往往需要耗資數(shù)億美元，甚至10多億，而且每做一次汽車風(fēng)洞試驗(yàn)的費(fèi)用也是相當(dāng)大的。

　　低速風(fēng)洞的種類很多，除一般風(fēng)洞外，有專門研究飛機(jī)防冰和除冰的冰風(fēng)洞，研究飛機(jī)螺旋形成和改出方法的立式風(fēng)洞，研究接近飛行條件下真實(shí)飛機(jī)氣動(dòng)力性能的全尺寸風(fēng)洞，研究垂直短距起落飛機(jī)(V/STOL)和直升機(jī)氣動(dòng)特性的V/STOL風(fēng)洞，還有高雷諾數(shù)增壓風(fēng)洞等。為了研究發(fā)動(dòng)機(jī)外部噪聲，進(jìn)行動(dòng)態(tài)模型實(shí)驗(yàn)，一些風(fēng)洞作了改建以適應(yīng)聲學(xué)實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)要求。為了開展工業(yè)空氣動(dòng)力學(xué)研究，除了對(duì)航空風(fēng)洞進(jìn)行改造和增加輔助設(shè)備外，各國(guó)還建造了一批專用風(fēng)洞，如模擬大氣流動(dòng)的速度剖面、湍流結(jié)構(gòu)和溫度層結(jié)的長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)段和最小風(fēng)速約為0.2米/秒的大氣邊界層風(fēng)洞，研究全尺寸汽車性能、模擬氣候條件的汽車風(fēng)洞，研究沙粒運(yùn)動(dòng)影響的沙風(fēng)洞等。

8mx6m低速風(fēng)洞是目前亞洲最大的風(fēng)洞，圖為三臺(tái)風(fēng)洞電機(jī)，注意人員的身高比例。

低速風(fēng)洞

　實(shí)驗(yàn)段氣流速度在130米／秒以下(馬赫數(shù)≤0.4)的風(fēng)洞。世界上第一座風(fēng)洞是F.H.韋納姆于1869～1871年在英國(guó)建造的。它是一個(gè)兩端開口的木箱，截面45.7厘米×45.7厘米，長(zhǎng)3.05米。美國(guó)的O.萊特和W.萊特兄弟在他們成功地進(jìn)行世界上第一次動(dòng)力飛行之前，于1900年建造了一個(gè)風(fēng)洞，截面40.6厘米×40.6厘米,長(zhǎng)1.8米,氣流速度為40～56.3千米／小時(shí)。以后,許多國(guó)家相繼建造了不少較大尺寸的低速風(fēng)洞?；旧嫌袃煞N形式,一種是法國(guó)人A.-G.埃菲爾設(shè)計(jì)的直流式風(fēng)洞；另一種是德國(guó)人L.普朗特設(shè)計(jì)的回流式風(fēng)洞?，F(xiàn)在世界上最大的低速風(fēng)洞是美國(guó)國(guó)家航空和航天局(NASA)埃姆斯(Ames)研究中心的12.2米×24.4米全尺寸低速風(fēng)洞。這個(gè)風(fēng)洞建成后又增加了一個(gè)24.4米×36.6米的新實(shí)驗(yàn)段，風(fēng)扇電機(jī)功率也由原來25兆瓦提高到100兆瓦。低速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段有開口和閉口兩種形式,截面形狀有矩形、圓形、八角形和橢圓形等，長(zhǎng)度視風(fēng)洞類別和實(shí)驗(yàn)對(duì)象而定。60年代以來，還發(fā)展出雙實(shí)驗(yàn)段風(fēng)洞，甚至三實(shí)驗(yàn)段風(fēng)洞。圖2為中國(guó)氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心的8米(寬)×6米(高)、16米(寬)×12米(高)閉口串列雙實(shí)驗(yàn)段開路式風(fēng)洞示意圖。

中國(guó)氣動(dòng)積累驗(yàn)證風(fēng)洞測(cè)試

高速風(fēng)洞

　實(shí)驗(yàn)段內(nèi)氣流馬赫數(shù)為0.4～4.5的風(fēng)洞。按馬赫數(shù)范圍劃分，高速風(fēng)洞可分為亞聲速風(fēng)洞、跨聲速風(fēng)洞和超聲速風(fēng)洞。

亞聲速風(fēng)洞
　風(fēng)洞的馬赫數(shù)為0.4～0.7。結(jié)構(gòu)形式和工作原理同低速風(fēng)洞相彷，只是運(yùn)轉(zhuǎn)所需的功率比低速風(fēng)洞大一些。

1.2米×1.2米跨聲速風(fēng)洞。
跨聲速風(fēng)洞
　風(fēng)洞的馬赫數(shù)為0.5～1.3。當(dāng)風(fēng)洞中氣流在實(shí)驗(yàn)段內(nèi)最小截面處達(dá)到聲速之后，即使再增大驅(qū)動(dòng)功率或壓力，實(shí)驗(yàn)段氣流的速度也不再增加，這種現(xiàn)象稱為壅塞。因此，早期的跨聲速實(shí)驗(yàn)只能將模型裝在飛機(jī)機(jī)翼上表面或風(fēng)洞底壁的凸形曲面上，利用上表面曲率產(chǎn)生的跨聲速區(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這樣不僅模型不能太大，而且氣流也不均勻。后來研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)段采用開孔或順氣流方向開縫的透氣壁，使實(shí)驗(yàn)段內(nèi)的部分氣流通過孔或縫流出，可以消除風(fēng)洞的壅塞，產(chǎn)生低超聲速流動(dòng)。這種有透氣壁的實(shí)驗(yàn)段還能減小洞壁干擾，減弱或消除低超聲速時(shí)的洞壁反射波系。因模型產(chǎn)生的激波，在實(shí)壁上反射為激波,而在自由邊界上反射為膨脹波,若透氣壁具有合適的自由邊界，則可極大地減弱或消除洞壁反射波系。為了在各種實(shí)驗(yàn)情況下有效地減弱反射波，發(fā)展出可變開閉比（開孔或開縫占實(shí)驗(yàn)段壁面面積的比例）和能改變開閉比沿氣流方向分布的透氣壁。第一座跨聲速風(fēng)洞是美國(guó)航空咨詢委員會(huì)(NACA)在1947年建成的。它是一座開閉比為12.5％、實(shí)驗(yàn)段直徑為308.4毫米的開縫壁風(fēng)洞。此后跨聲速風(fēng)洞發(fā)展很快，到50年代就已建設(shè)了一大批實(shí)驗(yàn)段口徑大于1米的模型實(shí)驗(yàn)風(fēng)洞。

超聲速飛行器氣動(dòng)驗(yàn)證試驗(yàn)
超聲速風(fēng)洞

　洞內(nèi)氣流馬赫數(shù)為1.5～4.5的風(fēng)洞。風(fēng)洞中氣流在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段前經(jīng)過一個(gè)拉瓦爾管而達(dá)到超聲速。只要噴管前后壓力比足夠大，實(shí)驗(yàn)段內(nèi)氣流的速度只取決于實(shí)驗(yàn)段截面積對(duì)噴管喉道截面積之比。通常采用由兩個(gè)平面?zhèn)缺诤蛢蓚€(gè)型面組成的二維噴管。噴管的構(gòu)造型式有多種,例如:兩側(cè)壁和兩個(gè)型面裝配成一個(gè)剛性半永久性組合件并直接與洞體連接的固定噴管；由可更換的型面塊和噴管箱側(cè)壁組成噴管，并將噴管箱與洞體連接而成的固塊噴管；由兩塊柔性板構(gòu)成噴管型面，且柔性板的型面可進(jìn)行調(diào)節(jié)的柔壁噴管（圖3）。實(shí)驗(yàn)段下游的超聲速擴(kuò)壓器由收縮段、第二喉道和擴(kuò)散段組成(圖4),通過喉道面積變化使超聲速流動(dòng)經(jīng)過較弱的激波系變?yōu)閬喡曀倭鲃?dòng)，以減小流動(dòng)的總壓損失。第一座超聲速風(fēng)洞是普朗特于1905年在德國(guó)格丁根建造的,實(shí)驗(yàn)馬數(shù)可達(dá)到1.5。1920年A.布澤曼改進(jìn)了噴管設(shè)計(jì),得到了均勻超聲速流場(chǎng)。1945年德國(guó)已擁有實(shí)驗(yàn)段直徑約1米的超聲速風(fēng)洞。50年代，世界上出現(xiàn)了一批供飛行器模型實(shí)驗(yàn)的超聲速風(fēng)洞，其中最大的是美國(guó)的4.88米×4.88米的超聲速風(fēng)洞。

現(xiàn)在建設(shè)的許多風(fēng)洞，往往突破了上述亞聲速、跨聲速和超聲速單一速度的范圍，可以在一個(gè)風(fēng)洞內(nèi)進(jìn)行亞聲速、跨聲速和超聲速實(shí)驗(yàn)。這種風(fēng)洞稱為三聲速風(fēng)洞。中國(guó)氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心的1.2米×1.2米跨聲速、超聲速風(fēng)洞（圖5）是一座三聲速風(fēng)洞。60年代以來，提高風(fēng)洞的雷諾數(shù)受到普遍重視?？缏曀亠L(fēng)洞的模型實(shí)驗(yàn)雷諾數(shù)通常小于1×109，大型飛行器研制需要建造雷諾數(shù)更高（例如大于4×109）的跨聲速風(fēng)洞,因而出現(xiàn)了增高駐點(diǎn)壓力的路德維格管風(fēng)洞,用噴注液氮降低實(shí)驗(yàn)氣體溫度、提高雷諾數(shù)的低溫風(fēng)洞等新型風(fēng)洞。低溫風(fēng)洞具有獨(dú)立改變馬赫數(shù)、雷諾數(shù)和動(dòng)壓的能力，因此發(fā)展很快。

在十幾倍音速的高超聲速風(fēng)洞內(nèi)進(jìn)行的熱障檢驗(yàn)-材料處理試驗(yàn)，高強(qiáng)度鋼被吹融化。

高超聲速風(fēng)洞

　馬赫數(shù)大于5的超聲速風(fēng)洞。主要用于導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、航天飛機(jī)的模型實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目通常有氣動(dòng)力、壓力、傳熱測(cè)量和流場(chǎng)顯示，還有動(dòng)穩(wěn)定性、低熔點(diǎn)模型燒蝕、質(zhì)量引射和粒子侵蝕測(cè)量等。高超聲速風(fēng)洞主要有常規(guī)高超聲速風(fēng)洞、低密度風(fēng)洞、激波風(fēng)洞、熱沖風(fēng)洞等形式。

如要在風(fēng)洞中獲得更高M(jìn)數(shù)的氣流(例如M≥5),一般來說單靠上游高壓空氣的吹沖作用還不能產(chǎn)生足夠的壓力差，這時(shí)在風(fēng)洞下游出口處接上一只容積很大的真空容器，靠上沖下吸便可形成很大的壓差,從而產(chǎn)生M≥5的高超音速氣流。不過氣流在經(jīng)過噴管加速到高超音速的過程中會(huì)急劇膨脹，溫度會(huì)隨之急劇下降，從而引起氣體的自身液化。為避免液化或模擬需要的溫度，必須在高超音速風(fēng)洞中相當(dāng)于穩(wěn)定段處裝設(shè)加熱裝置。高超音速風(fēng)洞依加熱原理和用途的不同有多種型式。暫沖式常規(guī)高超音速風(fēng)洞（圖3）較為典型，它很像常規(guī)的超音速風(fēng)洞。其他型式的風(fēng)洞有激波風(fēng)洞、炮風(fēng)洞、熱沖風(fēng)洞、長(zhǎng)沖風(fēng)洞、氣體活塞式風(fēng)洞、電弧風(fēng)洞等（見超高速實(shí)驗(yàn)設(shè)備）。中國(guó)氣動(dòng)力研究和發(fā)展中心的高壓－引射驅(qū)動(dòng)的暫沖式常規(guī)高超音速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段直徑為0.5米。這個(gè)中心還建成一座實(shí)驗(yàn)段直徑為2米的激波風(fēng)洞。

常規(guī)高超聲速風(fēng)洞

　它是在超聲速風(fēng)洞的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。常規(guī)高超聲速風(fēng)洞的運(yùn)行原理與超聲速風(fēng)洞相似，主要差別在于前者須給氣體加熱。因?yàn)樵诮o定的穩(wěn)定段溫度下，實(shí)驗(yàn)段氣流靜溫隨馬赫數(shù)增加而降低，以致實(shí)驗(yàn)段氣流會(huì)出現(xiàn)液化。實(shí)際上，由于氣流膨脹過程很快，在某些實(shí)驗(yàn)條件下,存在不同程度的過飽和度。所以,實(shí)際使用的穩(wěn)定段溫度可比根據(jù)空氣飽和曲線得到的溫度低。根據(jù)不同的穩(wěn)定段溫度，對(duì)實(shí)驗(yàn)氣體采用不同的加熱方法。在通常情況下，氣體燃燒加熱器加熱溫度可達(dá)750開；鎳鉻電阻加熱器可達(dá)1000開;鐵鉻鋁電阻加熱器可達(dá)1450開；氧化鋁卵石床加熱器可達(dá)1670開；氧化鋯卵石床加熱器可達(dá)2500開；以高純度氮?dú)鉃閷?shí)驗(yàn)氣體的鎢電阻加熱器可達(dá)2200開；石墨電阻加熱器可達(dá)2800開。早期常規(guī)高超聲速風(fēng)洞常采用二維噴管。在高馬赫數(shù)條件下，喉道尺寸小，表面高熱流引起的熱變形使喉道尺寸不穩(wěn)定，邊界層分布也非常不均勻，都會(huì)影響氣流均勻性。所以，后期大多數(shù)高超聲速風(fēng)洞安裝了錐形或型面軸對(duì)稱噴管。錐形噴管加工容易,但產(chǎn)生錐型流場(chǎng),所以后來逐漸被型面噴管代替。在馬赫數(shù)大于7的情況下，對(duì)高溫高壓下工作的噴管喉道，一般用水冷卻。

　　常規(guī)高超聲速風(fēng)洞的典型氣動(dòng)性能以實(shí)驗(yàn)馬赫數(shù)和單位雷諾數(shù)來表征。以空氣作實(shí)驗(yàn)氣體的典型風(fēng)洞的實(shí)驗(yàn)馬赫數(shù)為5～14,每米雷諾數(shù)的量級(jí)為3×106。為進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)馬赫數(shù)和雷諾數(shù)，采用凝結(jié)溫度極低（4開）的氦氣作實(shí)驗(yàn)氣體，在室溫下馬赫數(shù)可達(dá)到25； 加熱到1000開時(shí)馬赫數(shù)可達(dá)到42。世界上第一座常規(guī)高超聲速風(fēng)洞是德國(guó)在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)建造的。這是一座暫沖式風(fēng)洞。馬赫數(shù)上限為10，實(shí)驗(yàn)段尺寸為1米×1米。德國(guó)戰(zhàn)敗，風(fēng)洞未能完全建成。戰(zhàn)后，美國(guó)建造了多座尺寸在0.45米以上的常規(guī)高超聲速風(fēng)洞，少數(shù)為連續(xù)式，大多為暫沖式。

直徑3.2米風(fēng)洞試驗(yàn)段，在對(duì)戰(zhàn)機(jī)模型進(jìn)行氣動(dòng)試驗(yàn)。
低密度風(fēng)洞

　形成稀薄(低密度)氣體流動(dòng)的高超聲速風(fēng)洞。它為研制航天器提供高空飛行的氣動(dòng)環(huán)境，也是研究稀薄氣體動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)工具。低密度風(fēng)洞主要進(jìn)行滑移流態(tài)和過渡流態(tài)下的實(shí)驗(yàn)，主要模擬克努曾數(shù)、馬赫數(shù)、物面平均溫度和滯止溫度（氣體速度變成零時(shí)的溫度）之比（約為0.06～1）等參數(shù),以及高溫低壓下的真實(shí)氣體效應(yīng)。低密度風(fēng)洞的原理和結(jié)構(gòu)同常規(guī)高超聲速風(fēng)洞相彷。同常規(guī)高超聲速風(fēng)洞相比，它有以下特點(diǎn)：穩(wěn)定段壓力和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ统叽缇^常規(guī)高超聲速風(fēng)洞成量級(jí)地減??；具有龐大的真空抽氣系統(tǒng)和優(yōu)良的風(fēng)洞密封性能；普遍采用深冷拉瓦爾管或小孔自由射流實(shí)驗(yàn)技術(shù)，以解決由于低雷諾數(shù)、高馬赫數(shù)而引起的噴管邊界層加厚問題，從而能在更大的克努曾數(shù)下獲得供實(shí)驗(yàn)用的、足夠尺寸的稀薄氣流區(qū)域；在相同的馬赫數(shù)下預(yù)防工作氣體液化的加熱要求較一般高超聲速風(fēng)洞為低。但在低密度風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中，由于氣流密度小，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ统叽缧。阅Ｐ偷臍鈩?dòng)力、熱、壓力等均甚微弱，測(cè)量技術(shù)難度大。電磁懸掛天平、電子束裝置等非接觸測(cè)量技術(shù)已用于有關(guān)測(cè)量。圖8為低密度風(fēng)洞示意圖。

1.4×1.4米風(fēng)洞試驗(yàn)段。

激波風(fēng)洞　

利用激波壓縮實(shí)驗(yàn)氣體，再用定常膨脹方法產(chǎn)生高超聲速實(shí)驗(yàn)氣流的風(fēng)洞。它由一個(gè)激波管和連接在它后面的噴管等風(fēng)洞主要部件組成。在激波管和噴管之間用膜片（第二膜片）隔開，噴管后面被抽成真空。圖9為反射型激波風(fēng)洞原理示意圖。激波風(fēng)洞的工作過程是：風(fēng)洞啟動(dòng)時(shí)主膜片先破開，引起驅(qū)動(dòng)氣體的膨脹，產(chǎn)生向上游傳播的膨脹波，并在實(shí)驗(yàn)氣體中產(chǎn)生激波。當(dāng)此激波向下游運(yùn)動(dòng)達(dá)到噴管入口處時(shí)，第二膜片被沖開，因而經(jīng)過激波壓縮達(dá)到高溫高壓的實(shí)驗(yàn)氣體即進(jìn)入噴管膨脹加速，流入實(shí)驗(yàn)段供實(shí)驗(yàn)使用。當(dāng)實(shí)驗(yàn)條件由于波系反射或?qū)嶒?yàn)氣體流完而遭到破壞時(shí)，實(shí)驗(yàn)就結(jié)束。激波風(fēng)洞的實(shí)驗(yàn)時(shí)間短，通常以毫秒計(jì)。激波風(fēng)洞的名稱是赫茲伯格于1951年提出的。它的發(fā)展與中、遠(yuǎn)程導(dǎo)彈和航天器的發(fā)展密切相關(guān)。50年代初至60年代中期，由于急需研究高超聲速飛行中出現(xiàn)的高溫真實(shí)氣體效應(yīng)，激波風(fēng)洞主要用于模擬高溫條件。

60年代中期以后，由于需要戰(zhàn)略彈頭在低空作機(jī)動(dòng)飛行，它即轉(zhuǎn)向于模擬高雷諾數(shù)，并于1971年首先實(shí)現(xiàn)了這種模擬的運(yùn)行。早期的激波風(fēng)洞采用直通型（入射激波在噴管入口處不反射而直接通過噴管）運(yùn)行，因而實(shí)驗(yàn)時(shí)間非常短（甚至短于1毫秒）,難以應(yīng)用，因此又發(fā)展出反射型激波風(fēng)洞。這種風(fēng)洞有不同的運(yùn)行方法，如適當(dāng)選擇運(yùn)行條件,通?？扇〉?～25毫秒的實(shí)驗(yàn)時(shí)間。激波風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)已確立為一種標(biāo)準(zhǔn)的高超聲速實(shí)驗(yàn)技術(shù)，并已成為高超聲速氣動(dòng)力數(shù)據(jù)的主要來源。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目通常是傳熱、壓力、氣動(dòng)力測(cè)量和流場(chǎng)顯示，此外還有電子密度測(cè)量等特殊項(xiàng)目?，F(xiàn)有激波風(fēng)洞運(yùn)行的最高參數(shù)是:驅(qū)動(dòng)壓力約為3400大氣壓（1大氣壓等于101325帕）；可以模擬6.7千米／秒的飛行速度；氣流馬赫數(shù)達(dá)24；雷諾數(shù)達(dá)108（當(dāng)馬赫數(shù)為8時(shí)）。

“殲十”在風(fēng)洞做試驗(yàn)。
熱沖風(fēng)洞

　利用電弧脈沖放電定容地加熱和壓縮實(shí)驗(yàn)氣體，產(chǎn)生高超聲速氣流的風(fēng)洞?；窘Y(jié)構(gòu)如圖10所示。運(yùn)行前儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)存電能，弧室充入一定壓力的氣體，膜片下游各部位被抽吸到真空狀態(tài)(一般不低于105帕)。運(yùn)行時(shí),儲(chǔ)存的電能以千分之一毫秒到幾十毫秒的時(shí)間在弧室內(nèi)通過電弧放電釋放，以加熱和壓縮氣體;當(dāng)弧室中壓力升高到某個(gè)預(yù)定值時(shí),膜片被沖破;氣體經(jīng)過噴管膨脹加速,在實(shí)驗(yàn)段中形成高超聲速氣流；然后通過擴(kuò)壓器排入真空箱內(nèi)。與常規(guī)高超聲速風(fēng)洞和激波風(fēng)洞不同，熱沖風(fēng)洞的實(shí)驗(yàn)氣流是準(zhǔn)定常流動(dòng)(見非定常流動(dòng)),實(shí)驗(yàn)時(shí)間約20～200毫秒；實(shí)驗(yàn)過程中弧室氣體壓力和溫度取決于實(shí)驗(yàn)條件和時(shí)間，與高超聲速風(fēng)洞和激波風(fēng)洞相比大約要低10～50％。所以要瞬時(shí)、同步地測(cè)量實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)段的氣流參量和模型上的氣動(dòng)力特性，并采用一套專門的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。

熱沖風(fēng)洞的研制開始于20世紀(jì)50年代初，略后于激波風(fēng)洞。原來是要利用火花放電得到一個(gè)高性能的激波管驅(qū)動(dòng)段，后來就演變成熱沖風(fēng)洞?！盁釠_”這個(gè)詞是R.W.佩里于1958年提出來的。熱沖風(fēng)洞的一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵是將材料燒損和氣體污染減少到可接受的程度。采取的措施有：以氮?dú)獯婵諝庾鳛閷?shí)驗(yàn)氣體;減小暴露在熱氣體中的弧室絕緣面積;合理設(shè)計(jì)析出材料燒損生成微粒的電極和喉道擋板結(jié)構(gòu)；適當(dāng)選取引弧用的熔斷絲；限制風(fēng)洞在弧室氣體溫度低于4000開下運(yùn)行等。熱沖風(fēng)洞的儲(chǔ)能裝置有電容和電感兩種方式。前者常用于儲(chǔ)存10兆焦耳以下的能量，后者多用于儲(chǔ)存5～100兆焦耳的能量。還有一種方式是電網(wǎng)直接供電，其能量一般為10兆焦耳量級(jí)，不同的電能利用方式要求有相應(yīng)的充電放電系統(tǒng)。熱沖風(fēng)洞的模擬范圍一般可以達(dá)到：馬赫數(shù)8～22，每米雷諾數(shù)1×105～2×108。長(zhǎng)達(dá)上百毫秒的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，不僅使它一次運(yùn)行能夠完成模型的全部攻角的靜態(tài)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，而且可以進(jìn)行風(fēng)洞的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量動(dòng)穩(wěn)定性，以及采用空氣作實(shí)驗(yàn)氣體（溫度一般在3000開以下）進(jìn)行高超聲速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)。

　　除上述風(fēng)洞外，高超聲速風(fēng)洞還有氮?dú)怙L(fēng)洞、氦氣風(fēng)洞、炮風(fēng)洞（輕活塞風(fēng)洞）、長(zhǎng)沖風(fēng)洞(重活塞風(fēng)洞)、氣體活塞風(fēng)洞、膨脹風(fēng)洞和高超聲速路德維格管風(fēng)洞等。產(chǎn)生人工氣流并能觀測(cè)氣流或氣流與物體之間相互作用的管道裝置。風(fēng)洞是空氣動(dòng)力學(xué)研究和試驗(yàn)中最廣泛使用的工具。它的產(chǎn)生和發(fā)展是同航空航天科學(xué)的發(fā)展緊密相關(guān)的。風(fēng)洞廣泛用于研究空氣動(dòng)力學(xué)的基本規(guī)律,以驗(yàn)證和發(fā)展有關(guān)理論,并直接為各種飛行器的研制服務(wù)，通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)來確定飛行器的氣動(dòng)布局和評(píng)估其氣動(dòng)性能。現(xiàn)代飛行器的設(shè)計(jì)對(duì)風(fēng)洞的依賴性很大。例如50年代美國(guó)B-52型轟炸機(jī)的研制,曾進(jìn)行了約10000小時(shí)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，而80年代第一架航天飛機(jī)的研制則進(jìn)行了約100000小時(shí)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。

“神舟”飛船救生系統(tǒng)在風(fēng)洞做試驗(yàn)?！　?br />直流式閉口實(shí)驗(yàn)段低速風(fēng)洞
　直流式閉口實(shí)驗(yàn)段低速風(fēng)洞是典型的低速風(fēng)洞。在這種風(fēng)洞中，風(fēng)扇向右端鼓風(fēng)而使空氣從左端外界進(jìn)入風(fēng)洞的穩(wěn)定段。穩(wěn)定段的蜂窩器和阻尼網(wǎng)使氣流得到梳理與和勻，然后由收縮段使氣流得到加速而在實(shí)驗(yàn)段中形成流動(dòng)方向一致、速度均勻的穩(wěn)定氣流。在實(shí)驗(yàn)段中可進(jìn)行飛機(jī)模型的吹風(fēng)實(shí)驗(yàn)，以取得作用在模型上的空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這種風(fēng)洞的氣流速度是靠風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速來控制的。中國(guó)氣動(dòng)力研究和發(fā)展中心已建成一座開路式閉口串列雙試段大型低速風(fēng)洞，第一實(shí)驗(yàn)段尺寸為12×16×25米3,最大風(fēng)速為25米/秒，第二實(shí)驗(yàn)段尺寸為8×6×25米3，最大風(fēng)速為100米/秒?；亓魇斤L(fēng)洞實(shí)際上是將直流式風(fēng)洞首尾相接，形成封閉回路。氣流在風(fēng)洞中循環(huán)回流，既節(jié)省能量又不受外界的干擾。風(fēng)洞也可以采用別的特殊氣體或流體來代替空氣，用壓縮空氣代替常壓空氣的是變密度風(fēng)洞，用水代替空氣的稱為水洞（見水槽和水洞）。

航天飛機(jī)在Ф0.5米風(fēng)洞做試驗(yàn)。

NASA蘭利（Langley）研究中心的風(fēng)洞在測(cè)試超音速客機(jī)使用的普拉特-惠特曼（Pratt Whitney）發(fā)動(dòng)機(jī)。NASA蘭利中心位于弗吉尼亞州漢普頓，是美國(guó)最大的氣動(dòng)研究機(jī)構(gòu)，擁有從亞聲速、跨聲速到高超聲速的風(fēng)洞試驗(yàn)設(shè)備20余座。包括0.3米跨聲速低溫風(fēng)洞（建于1973年）、4米×7米亞聲速風(fēng)洞（建于1970年）、噴流出口試驗(yàn)設(shè)備、低湍流度壓力風(fēng)洞（簡(jiǎn)稱LTPT，建于1940年）、國(guó)家跨聲速風(fēng)洞、統(tǒng)一規(guī)劃風(fēng)洞、0.8米M6高溫風(fēng)洞、0.5米M6CF4風(fēng)洞、0.5米M6風(fēng)洞、0.8米M10風(fēng)洞、3.7米低速風(fēng)洞、6.1米立式風(fēng)洞、0.5米超聲速風(fēng)洞、超聲速低擾動(dòng)風(fēng)洞、2.4米高溫風(fēng)洞、電弧加熱型超燃試驗(yàn)設(shè)備、燃燒加熱型超燃試驗(yàn)設(shè)備、直連式超燃試驗(yàn)設(shè)備和跨聲速動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞。

專用風(fēng)洞

　為了滿足各種特殊實(shí)驗(yàn)的需要，還可采用各種專用風(fēng)洞，冰風(fēng)洞供研究飛機(jī)穿過云霧飛行時(shí)飛機(jī)表面局部結(jié)冰現(xiàn)象。尾旋風(fēng)洞供研究飛機(jī)尾旋飛行特性之用。這種風(fēng)洞的實(shí)驗(yàn)段垂直放置，氣流上吹呈碟形速度分布，而且風(fēng)速可以迅速改變，能托住尾旋模型使其不致下墜。

　　風(fēng)洞是飛行器研制中必不可少的設(shè)備，風(fēng)洞的規(guī)模和完善往往反映航空航天科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。全世界的風(fēng)洞總數(shù)已達(dá)千余座，最大的低速風(fēng)洞是美國(guó)國(guó)家航空航天局艾姆斯中心的國(guó)家全尺寸設(shè)備(NFSF)，實(shí)驗(yàn)段尺寸為24.4×36.6米2,足以實(shí)驗(yàn)一架完整的真飛機(jī)；雷諾數(shù)最高的大型跨音速風(fēng)洞是美國(guó)蘭利中心的國(guó)家跨音速設(shè)備(NTF)，它是一座實(shí)驗(yàn)段尺寸為2.5×2.5米2的低溫風(fēng)洞，采用了噴注液氮的技術(shù)，用以降低實(shí)驗(yàn)氣體溫度，從而使風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的雷諾數(shù)達(dá)到或接近飛行器的實(shí)際飛行值?，F(xiàn)代最大的高馬赫數(shù)、高雷諾數(shù)氣體活塞式風(fēng)洞還配有先進(jìn)的測(cè)量顯示儀器和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。風(fēng)洞的發(fā)展趨勢(shì)是進(jìn)一步增加風(fēng)洞的模擬能力和提高流場(chǎng)品質(zhì)，消除跨音速下的洞壁干擾，發(fā)展自修正風(fēng)洞。計(jì)算機(jī)在風(fēng)洞中的廣泛使用和計(jì)算空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展將大大提高風(fēng)洞的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>

汽車風(fēng)洞

汽車風(fēng)洞中用來產(chǎn)生強(qiáng)大氣流的風(fēng)扇是很大的，比如奔馳公司的汽車風(fēng)洞，其風(fēng)扇直徑就達(dá)8.5m，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的電動(dòng)功率高達(dá)4000kW，風(fēng)洞內(nèi)用來進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)段的空氣流速達(dá)270km／h。建造一個(gè)這樣規(guī)模的汽車風(fēng)洞往往需要耗資數(shù)億美元，甚至10多億，而且每做一次汽車風(fēng)洞試驗(yàn)的費(fèi)用也是相當(dāng)大的。

　　汽車風(fēng)洞有模型風(fēng)洞、實(shí)車風(fēng)洞和氣候風(fēng)洞等，模型風(fēng)洞較實(shí)車風(fēng)洞小很多，其投資及使用成本也相對(duì)小些。在模型風(fēng)洞中只能對(duì)縮小比例的模型進(jìn)行試驗(yàn)，其試驗(yàn)精度也相對(duì)低些。實(shí)車風(fēng)洞則很大，建設(shè)費(fèi)用及使用費(fèi)用極高。目前世界上的實(shí)車風(fēng)洞還不多，主要集中在日、美、德、法、意等國(guó)的大汽車公司。氣候風(fēng)洞主要是模擬氣候環(huán)境，用來測(cè)定汽車的一般性能(如空洞性能等)的風(fēng)洞。國(guó)外的汽車公司在進(jìn)行汽車開發(fā)時(shí)，其車身大都是先制成l：1的汽車泥模，然后在風(fēng)洞中做試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)情況對(duì)車身各部分進(jìn)行細(xì)節(jié)修改，使風(fēng)阻系數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，再用三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)量車身外形，繪制車身圖紙，進(jìn)行車身沖壓模具的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等技術(shù)工作。

美國(guó)X-48B翼身融合概念機(jī)在NASA蘭利研究中心的全尺寸風(fēng)洞進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)

2.4米×2.4米風(fēng)洞噴流嘴。

成昆鐵路——卓絕壯烈的英雄史詩(shī)【一】
成昆鐵路——卓絕壯烈的英雄史詩(shī)【二】
成昆鐵路——卓絕壯烈的英雄史詩(shī)【三】
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