风洞的介绍

风洞

风洞，简单地说，就是根据运动的相对性原理，用以模拟各种飞行器在空中飞行的庞大试验设备。风洞是我国航空航天飞行器的“摇篮 ”，所有的飞机、火箭、卫星、导弹、飞船都是被风洞“吹”上天空的。

阳春3月，记者走进我国自主设计建造的亚洲最大的立式风洞，领略风洞里独特的风景。

置身人造“天空”

秦岭之巅还残雪点点，山脚之下已是桃花吐艳。汽车驶过一段蜿蜒的山路，眼前景象豁然开朗：翠绿的山林间，一座5层高的建筑拔地而起。

“我们到了，这就是亚洲最大的立式风洞。”听到陪同人员介绍，记者感到有些失望，因为眼前的景象与想象中完全不一样。新建成的立式风洞不算高大，也不显得很威武，甚至不如城市里常见的摩天大楼。

从外表看，与普通房屋唯一不同的是，该建筑身上“背 ”着一根粗大的铁管。技术人员对记者介绍：“可不能小瞧这铁家伙，它是产生气流的主要通道。”

其实，风洞普通的外表下有着神奇的“心脏”。步入其中，记者发现这片人造“天空 ”完全是用高科技的成果堆砌而成。

风洞建设是一个涉及多学科、跨专业的系统集成课题，囊括了包括气动力学、材料学、声学等20余个专业领域。整个立式风洞从破土动工到首次通气试验仅用了2年半，创造了中国风洞建设史上的奇迹。

大厅里，螺旋上升的旋梯簇拥着两节巨大的管道，好不壮观！与其说它是试验设备，不如说是风格前卫的建筑艺术品。

一路参观，记者发现该风洞“亮点”多多：实现了两个摄像头同时采集试验图像，计算机自动判读处理；率先将世界最先进的中压变频调速技术用于风洞主传动系统控制，电机转速精度提高50%……

负责人介绍说，立式风洞是我国庞大风洞家族中最引人瞩目的一颗新星，目前只有极少数发达国家拥有这种风洞。

感受“风”之神韵

风，来无影去无踪，自由之极。可在基地科研人员的手中，无影无踪无所不在的风被梳理成循规蹈矩、各种强度、各种“形状 ”的气流。

记者赶得巧，某飞行器模型自由尾旋改进试验正在立式风洞进行。

何谓尾旋？它是指飞机在持续的失速状态下，一面旋转一面急剧下降的现象。在人们尚未彻底了解它之前，尾旋的后果只有一个：机毁人亡。资料显示，1966年至1973年，美国因尾旋事故就损失了上百架F-4飞机。

控制中心里，值班员轻启电钮，巨大的电机开始转动。记者不由自主地用双手捂住耳朵，以抵挡将要到来的“惊雷般的怒吼”。可没想到，想象中的巨响没有到来，只有空气穿流的浅唱低吟。30米/秒、50米/秒……风速已到极至，记者站在隔音良好的试验段旁，却没有领略到“大风起兮”的意境。

你知道50米/秒风速是什么概念？胜过飓风！值班员告诉记者，如果把人放在试验段中，可以让你体验被风吹起、乘风飞翔的感觉。

我国首座立式风洞已形成强大的试验能力。负责人告诉记者：该型风洞除可完成现有水平式风洞中的大多数常规试验项目，还能完成飞机尾旋性能评估、返回式卫星及载人飞船回收过程中空气动力稳定性测试等。

资料链接

世界上公认的第一个风洞是英国人于1871年建成的。美国的莱特兄弟于1901年建造了风速12米／秒的风洞，从而发明了世界上第一架飞机。风洞的大量出现是在20世纪中叶。到目前为止，我国已经拥有低速、高速、超高速以及激波、电弧等风洞。

群山连绵，植被茂密。从外表看，很难想象山里有洞，洞里卧虎藏龙。这些人工开凿的巨大山洞绵延数公里，横贯几座山，构成了目前中国也是亚洲最大的风洞群，包括低速风洞群、高速风洞群和超高速风洞群，分别应用于不同的研究试验范围。

2.4米×2.4米的大型风洞，是亚洲最大的跨声速风洞。走进这个世界级的大风洞，只见一枚国产新型导弹模型正在接受严格的气动试验。站在现代化的测试大厅，聆听着滚滚风雷的咆哮，看着试验数据在大屏幕上不断跳动，记者的血液一下子沸腾起来。

风洞试验，简单讲就是依据运动的相对性原理，将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中，人为制造气流流过，以此模拟空中的各种复杂飞行状态，获取试验数据。这是现代飞机、导弹、火箭等武器研制、定型的“必由之路 ” 。

在高速风洞研究所的陈列室里，一排排“长征”系列运载火箭，各种新型作战飞机，各种战略、战术导弹的模型，看得人眼花缭乱。研究所负责人告诉记者，空气动力学是航空、航天工业的基础学科。风洞试验作为它的主要研究手段，其水平高低与一个国家的尖端科技、尤其是国防军事实力的强弱紧密相关。

因此，世界发达国家都非常重视发展空气动力试验研究机构。据了解，德国在1907年就成立了“哥廷根空气动力试验院”，并在此后不惜巨资修建了一批低速、高速、超高速和特种风洞，在世界上率先研制出喷气式飞机、弹道导弹；美国于1915年就成立了国家空气动力研究机构。

新中国从零开始发展航空航天事业时，风洞成为制约技术发展的“瓶颈 ” 。当发达国家拥有了高性能的飞机、导弹时，中国自己研制的飞机、设计的导弹只有花大量外汇，拿到别国的风洞去做试验，还要看别人的脸色行事。而今天，任何先进的导弹、飞机，都可以在中国自己的风洞里拿到出厂的“通行证”。仅去年，中心的高速风洞研究所就先后试验解决了数百个技术问题，吹风试验5次打破历史最高纪录。

风洞人告诉记者，这些先进装备都是从这里的风洞“吹”出去的。他们说，那还只是“当年勇”，此刻我们所在的2.4米×2.4米风洞，是1997年12月首次通气试验宣告建成的。在这座大型风洞里，任何导弹、战机的模拟状态都更加接近实际飞行，可获得更为准确的试验数据。目前，我军的新型导弹、战机，都将首先从这里起飞，去精确命中目标、去自由翱翔蓝天。

太空飞船首先在这里遨游“苍穹 ”

大大小小的“神舟”飞船返回舱模型在记者面前摆了一大片，数一数，足足有100多个。那边还放着今年5月刚刚发射升空的“海洋”一号和“风云 ”一号卫星模型。

这是在中心的超高速风洞研究所。在宽敞明亮的试验大厅里，该所负责人告诉记者，航天技术是大国地位和国防实力的展示，而所有的航天飞行器，包括“ 神舟”飞船及其逃逸塔、返回舱等，都先要在风洞里“遨游太空”。尤其是飞船返回舱，在返回地球的过程中要穿越大气层，受到摩擦产生的高温及风、雨、雷、**响，因而不仅其外型设计要经过“吹风 ”，其防热材料的选择也需经过多次风洞试验。

记者看到，经过加工制作的“神舟”返回舱模型，被科研人员送进电弧风洞，进行“热环境烧蚀”模拟试验。洞内高达几千摄氏度的高温气流，将模型外壳的防热材料烧成了明显的“蜂窝 ”状。技术人员介绍说，返回舱外壳的防热材料不仅要耐高温，而且对其烧蚀后的形状、均匀度等都有苛刻的要求。为选择最佳材料，这里已反复进行了上千次的试验。

矗立在另一边的激波风洞和1.2米×1.2米风洞，也是完成飞船返回舱试验的 “功勋风洞”。激波风洞是国内最大的、可在短时间运行的脉冲型超高速气动力、气动热试验设备，能模拟6~16倍音速的高速飞行器飞行环境，为飞行器在太空中飞行的空气动力特性研究提供准确数据。在1.2米×1.2米风洞中，“神舟”飞船、返回舱、逃逸塔等大量模型经历了数千次的气动试验、获取了数万个技术参数。通过反复提取试验数据、多次修改设计方案，才迎来中华“神舟 ”飞天的辉煌一刻。

4月1日，记者曾在“神舟”飞船着陆场目击“神舟”三号返回舱着陆，亲眼看到悬挂返回舱的90多根伞绳依次排列，没有一点缠绕。现场的专家称，不仅返回舱外壳材料的烧蚀达到最佳状态，着陆姿态也达到了最佳状态，说明飞船的空气动力试验达到了很高水平。

可以预见，在不久的将来，从这洞中飞出的“神舟”四号、“神舟 ”五号… …也将在茫茫太空写下神奇的篇章。

跻身国民经济主战场

漫步大大小小的风洞群，记者的目光被一座8米×6米、长达237米的庞然大物所吸引———这就是亚洲尺寸最大的低速风洞。这条盘踞在大山沟里的“巨龙” ，曾荣登国家科技进步奖的金榜。我国的东方明珠电视塔、西安仿古塔、成都万人体育馆等著名高层建筑，就是从这里获得“准生证”的。

低速风洞研究所的负责人告诉记者，利用空气动力学研究手段，对高层建筑、复杂外形建筑及桥梁等的风载风振现象进行风洞模拟试验，可以为抗风、抗振设计提供可靠的依据。

据说，对建筑物的第一次“风动 ”警告来自30多年前的美国。1971年，由美国著名桥梁专家设计建造的第一座斜拉索桥在强台风中扭曲折断。

1979年，中心承接了对红水河铁路桥模型的风洞试验，揭开了我国民用建筑抗风研究第一页，风洞的应用范围自此由单一的军工产品，拓展到广阔的国民经济主战场。

在这里的试验大厅里，摆放着上海东方明珠电视塔、北京新首都机场候机楼、厦门海沧大桥等许多精巧漂亮的建筑模型。技术人员说，东方明珠塔在设计之初，就在低速风洞中进行了上千次模型吹风试验，并修改了设计。1994年8月，一场强台风袭击我国东南沿海地区，许多高层建筑在风中倒塌，而东方明珠塔却安然无恙。北京新首都机场楼经风洞试验后发现，大楼一侧出现负压，修改设计后才破土动工。厦门海沧大桥是厦门市有史以来建设的最大一座桥，中心对该桥的模型进行了全面气动试验，对设计提出明确修改意见，确保深受台风灾害之苦的厦门人民用上放心桥。

磁悬浮高速列车、新一代中型载货汽车也是从这里启程的。我国的解放牌和东风牌中型载货汽车，造型曾几十年不变，其气动阻力系数比国外同类汽车要高出20%，燃料消耗要多出10%。“八五”期间，东风汽车技术中心与空气动力研究中心合作攻关，经4年努力设计出了新车型，其气动阻力和耗油量指数分别接近和达到国际先进水平。

亚洲雄风笑迎新挑战

前些年，对于中国的空气动力研究成就，曾闹过一场颇具戏剧性的“国际误会”———当国际上确认中国已拥有相当水平的空气动力研究设施时，美国人一口咬定是苏联帮着干的，而俄罗斯人则坚信是美国暗中帮的忙。若干年后，他们才不得不承认，这是中国人自力更生创造的奇迹。

20世纪60年代，一群来自北京、沈阳、哈尔滨的知识精英，来到这片深山沟，开始了艰苦的创业。如今，这里已建起亚洲最大的风洞群，拥有低速、高速和超高速等各类风洞，具备各种飞机、导弹、卫星、运载火箭及太空飞船等航空航天飞行器的空气动力研究试验能力。世界著名空气动力学家、法国宇航院院长奥里维尔博士来此参观后感叹：“我确信，这是一项能使中国走向巨大成功的世界性成就！ ”

然而，中国风洞人丝毫没有自满。在空气动力中心的几天里，记者发现所有 “风洞人”都在紧张忙碌着。科研一线的技术人员介绍说，随着现代军事科技的飞速发展，各种新式武器装备迅速出台亮相，我们的风洞群已难以完全适应新装备发展的需要。因此，一场大规模的技术改造正在这里展开。

记者看到，某新型导弹在经过改进的风洞环境中，正进行新一轮的试验。它要经过风、雨、雷、电、火、沙等各种条件下的严格考验。

一座座风洞，一座座丰碑。近年来，空气动力研究中心靠人才建洞，在建洞中育人，培养出一大批年轻的高素质人才。在这里，记者时时能感受到拼搏者的自豪、奉献者的胸怀和开拓者的蓬勃朝气。

在世界航空航天领域，中国“风洞人”将闯出一片更加广阔的发展空间。

中国研发的JF12激波风洞是国家重大科研装备项目之一，建于2012年。其是一项利用自主研发的爆轰驱动技术，成就出目前世界最强的超级风洞，速度特别快，速度快到能模拟40公里高空9倍音速的飞行环境。这意味着从北京到纽约，现在需要14小时直接能够缩短到2小时。受其启发，德国与美国NASA 将原来的风洞设计方案也改为正向爆轰驱动，高焓激波风洞。所谓风洞，其实就是产生人造气流的管道，用此来模拟飞行器等物体在自然环境中的气流运动，能够同时观察和量度气流对物体的作用。风洞对于飞行器的作用举足轻重，从高铁到飞机再到火箭和导弹，都要经过风洞的洗礼。可以说，没有风洞，就没有间断飞行器。而目前中国就是世界上除美国外，唯一能独立建造?风洞群?的国家。我国JF12激波风洞管以265米的长度，在国际同行眼里是个超级巨龙。而且JF12的试验时间高达100毫秒，为一般风洞3倍以上，温度直达3000摄氏度。?JF12激波风洞是专门为五倍音速以上的超高速飞行器试验所制造的。一般的风洞遵循自由活塞式驱动原理，而JF12为了更高水平的爆轰驱动技术，让风速高达10马赫，可复现25-40公里高空、5至9倍声速的高超声速飞行条件。而飞行器一旦能达到如此速度，就能把国际旅行秒变国内旅行。而且，模拟带发动机工作的高超声速发动机本身需要的实验时间至少几十毫秒，而国外风洞只能做到30毫秒上下，但JF12能达到100毫秒试验时间。如此技术，简直就是奇迹本身。