风洞
风洞（英语：Wind tunnel）是空气动力学的研究工具。风洞是一种产生人造气流的管道，用于研究空气流经物体所产生的气动效应。风洞除了主要应用于汽车、飞行器、导弹（尤其是巡航导弹、空对空导弹等）设计领域，也适用于建筑物、高速列车、船舰的空气阻力、耐热与抗压试验等。
历史 编辑
1871年，弗朗西斯·赫伯特·韦纳姆和约翰·布朗宁设计并建造了世界上第一座风洞[1]
1901年，莱特兄弟为研究飞机及得到正确的飞行资料，发明了风洞隧道进行测试[2]。1902年莱特兄弟以风洞隧道的测试与前两架滑翔机的经验，建造第三架滑翔机，为当时最大的双翼滑翔机，并在机尾加装垂直尾翼，以防止转向时发生翻转，并进行了上千次的试飞。最终在1903年发明了世界上第一架带有动力的载人飞行器——莱特飞行器。
1945年，第二次世界大战尚未结束时，德国设计并开始建造一个实验段直径1米，最高风速达10马赫的连续式高超音速风洞。战争结束后被美国缴获，美国仿制并作了适当修改后，一直到1961年才在阿诺德中心建立最高风速达12马赫的高超音速风洞。
因为风洞的控制性佳，可重复性高，现今风洞广泛用于汽车空气动力学和风工程（Wind Engineering）的测试，譬如结构物的风力荷载（Wind load）和振动、建筑物通风（Building ventilation）、空气污染（Air pollution）、风力发电或风能（Wind energy）、环境风场（Pedestrian level wind）、复杂地形中的流况、防风设施（Wind break）的功效等。这些问题皆可以利用几何相似的原理，将地形、地物以缩尺模型放置于风洞中，再以仪器量测模型所受之风力或风速。一些研究也指出风洞实验之结果与现地风场的观测（field observation）的结果十分接近，故风洞实验是研究许多风工程问题最常用的方法。风洞实验数据亦可用来验证数值模式，找到较佳的模式参数。
类型 编辑
按气流速度区分，风洞可以分为亚音速风洞和超音速风洞两类。通常小型风洞采用高速风扇提供风力，其风速都在每小时1,200公里之内。而中型与大型风洞采用预先储存的气体，在短暂的几秒、甚至几毫秒中释放，形成威力巨大的冲击风力。例如在美国和俄罗斯的大型风洞，可放进整架飞机。
按用途区分，风洞可以分为航空用风洞和环境风洞（Environmental wind tunnel）两类。通常航空风洞的试验段短，风速剖面均匀，用于新型飞机之测试。环境风洞的试验段长，风速剖面属边界层分布，风速范围接近自然界风速，又称为大气边界层（Atmospheric boundary layer）风洞，用于风工程之研究。
参见 编辑
参考文献 编辑
- ^ Wragg, David W. A Dictionary of Aviation first. Osprey. 1973: 281. ISBN 9780850451634.
- ^ Dodson, MG. An Historical and Applied Aerodynamic Study of the Wright Brothers' Wind Tunnel Test Program and Application to Successful Manned Flight. US Naval Academy Technical Report. 2005,. USNA-334 [2009-03-11]. （原始内容存档于2011-09-05）.
- Holmes, J.D. Wind Loading on Structures. London: Spon Press. 2001.
- Barlow, J.B. Rae, W.H. and Pope, A. Low speed wind tunnel testing. John Wiley & Sons, Inc. 1999.}