風洞
風洞（英語：Wind tunnel）是空氣動力學的研究工具。風洞是一種產生人造氣流的管道，用於研究空氣流經物體所產生的氣動效應。風洞除了主要應用於汽車、飛行器、導彈（尤其是巡航導彈、空對空飛彈等）設計領域，也適用於建築物、高速列車、船艦的空氣阻力、耐熱與抗壓試驗等。
歷史
編輯
1871年，弗朗西斯·赫伯特·韋納姆和約翰·布朗寧設計並建造了世界上第一座風洞[1]
1901年，萊特兄弟為研究飛機及得到正確的飛行資料，發明了風洞隧道進行測試[2]。1902年萊特兄弟以風洞隧道的測試與前兩架滑翔機的經驗，建造第三架滑翔機，為當時最大的雙翼滑翔機，並在機尾加裝垂直尾翼，以防止轉向時發生翻轉，並進行了上千次的試飛。最終在1903年發明了世界上第一架帶有動力的載人飛行器——萊特飛行器。
1945年，第二次世界大戰尚未結束時，德國設計並開始建造一個實驗段直徑1米，最高風速達10馬赫的連續式高超音速風洞。戰爭結束後被美國繳獲，美國仿製並作了適當修改後，一直到1961年才在阿諾德中心建立最高風速達12馬赫的高超音速風洞。
因為風洞的控制性佳，可重複性高，現今風洞廣泛用於汽車空氣動力學和風工程（Wind Engineering）的測試，譬如結構物的風力荷載（Wind load）和振動、建築物通風（Building ventilation）、空氣污染（Air pollution）、風力發電或風能（Wind energy）、環境風場（Pedestrian level wind）、複雜地形中的流況、防風設施（Wind break）的功效等。這些問題皆可以利用幾何相似的原理，將地形、地物以縮尺模型放置於風洞中，再以儀器量測模型所受之風力或風速。一些研究也指出風洞實驗之結果與現地風場的觀測（field observation）的結果十分接近，故風洞實驗是研究許多風工程問題最常用的方法。風洞實驗數據亦可用來驗證數值模式，找到較佳的模式參數。
類型
編輯按氣流速度區分，風洞可以分為亞音速風洞和超音速風洞兩類。通常小型風洞採用高速風扇提供風力，其風速都在每小時1,200公里之內。而中型與大型風洞採用預先儲存的氣體，在短暫的幾秒、甚至幾毫秒中釋放，形成威力巨大的衝擊風力。例如在美國和俄羅斯的大型風洞，可放進整架飛機。
按用途區分，風洞可以分為航空用風洞和環境風洞（Environmental wind tunnel）兩類。通常航空風洞的試驗段短，風速剖面均勻，用於新型飛機之測試。環境風洞的試驗段長，風速剖面屬邊界層分佈，風速範圍接近自然界風速，又稱為大氣邊界層（Atmospheric boundary layer）風洞，用於風工程之研究。
參見
編輯參考文獻
編輯- ^ 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]. （原始內容存檔於2011-09-05）. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- 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.}