[拼音]：fengdong

[外文]：wind tunnel

产生人工气流并能观测气流或气流与物体之间相互作用的管道装置。风洞是空气动力学研究和试验中最广泛使用的工具。它的产生和发展是同航空航天科学的发展紧密相关的。风洞广泛用于研究空气动力学的基本规律，以验证和发展有关理论，并直接为各种飞行器的研制服务，通过风洞实验来确定飞行器的气动布局和评估其气动性能。现代飞行器的设计对风洞的依赖性很大。例如50年代美国B-52型轰炸机的研制，曾进行了约10000小时的风洞实验，而80年代第一架航天飞机的研制则进行了约100000小时的风洞实验。

设计新的飞行器必须经过风洞实验。风洞中的气流需要有不同的流速和不同的密度，甚至不同的温度，才能模拟各种飞行器的真实飞行状态。风洞中的气流速度一般用实验气流的马赫数(M数)来衡量。风洞一般根据流速的范围分类：M＜0.3的风洞称为低速风洞，这时气流中的空气密度几乎无变化；在 0.3＜M＜0.8 范围内的风洞称为亚音速风洞，这时气流的密度在流动中已有所变化； 0.8＜M＜1.2 范围内的风洞称为跨音速风洞；1.2＜M＜5范围内的风洞称为超音速风洞;M≥5的风洞称为高超音速风洞。风洞也可按用途、结构型式、实验时间等分类。

低速风洞

直流式闭口实验段低速风洞（图1 ）是典型的低速风洞。在这种风洞中，风扇向右端鼓风而使空气从左端外界进入风洞的稳定段。稳定段的蜂窝器和阻尼网使气流得到梳理与和匀，然后由收缩段使气流得到加速而在实验段中形成流动方向一致、速度均匀的稳定气流。在实验段中可进行飞机模型的吹风实验，以取得作用在模型上的空气动力实验数据。这种风洞的气流速度是靠风扇的转速来控制的。中国气动力研究和发展中心已建成一座开路式闭口串列双试段大型低速风洞，第一实验段尺寸为12×16×25米³，最大风速为25米/秒，第二实验段尺寸为8×6×25米³，最大风速为100米/秒。

回流式风洞实际上是将直流式风洞首尾相接，形成封闭回路。气流在风洞中循环回流，既节省能量又不受外界的干扰。风洞也可以采用别的特殊气体或流体来代替空气，用压缩空气代替常压空气的是变密度风洞，用水代替空气的称为水洞（见水槽和水洞）。

亚音速、跨音速、超音速风洞

暂冲下吹式三音速风洞(图2 )是这种风洞的代表。这种风洞左端最上游为一压缩空气贮气罐，其中压强一般在 8个大气压以上。当隔断贮气罐与风洞的快速阀被打开时，压缩空气即经快速阀和调压阀而流入稳定段。调压阀能跟随贮气罐内的压力下降而自动地逐渐开大，使稳定段保持恒定的压强（以超音速实验来说，这类风洞一般能保持恒定压强约数十秒时间）。稳定段中的恒压气流经拉瓦尔喷管加速而达到超音速状态，以一定的马赫数(M＞1)进入实验段，以供超音速飞行器模型实验之用。气流流过实验段后，再由超音速扩压段和亚音速扩压段降速升压，并排放到外界大气中去。为了降低排气噪声，在排气口处设有消音塔。在进行跨音速实验时，由于模型上产生局部激波，风洞实验段的壁面必须做成多孔或开槽壁，以保证实验段气流的均匀性和消除壁面上的反射激波。中国建成的具有柔壁喷管的三音速风洞实验段尺寸为1.2×1.2米²，跨音速时采用部分排气在回流道内循环的下吹－引射工作方式，超音速时为下吹工作方式。

高超音速风洞

如要在风洞中获得更高 M数的气流(例如M≥5)，一般来说单靠上游高压空气的吹冲作用还不能产生足够的压力差，这时在风洞下游出口处接上一只容积很大的真空容器，靠上冲下吸便可形成很大的压差，从而产生M≥5的高超音速气流。不过气流在经过喷管加速到高超音速的过程中会急剧膨胀，温度会随之急剧下降，从而引起气体的自身液化。为避免液化或模拟需要的温度，必须在高超音速风洞中相当于稳定段处装设加热装置。高超音速风洞依加热原理和用途的不同有多种型式。暂冲式常规高超音速风洞（图3 ）较为典型，它很像常规的超音速风洞。其他型式的风洞有激波风洞、炮风洞、热冲风洞、长冲风洞、气体活塞式风洞、电弧风洞等（见超高速实验设备）。中国气动力研究和发展中心的高压－引射驱动的暂冲式常规高超音速风洞实验段直径为 0.5米。这个中心还建成一座实验段直径为2米的激波风洞。

专用风洞

为了满足各种特殊实验的需要，还可采用各种专用风洞，冰风洞供研究飞机穿过云雾飞行时飞机表面局部结冰现象。尾旋风洞供研究飞机尾旋飞行特性之用。这种风洞的实验段垂直放置，气流上吹呈碟形速度分布，而且风速可以迅速改变，能托住尾旋模型使其不致下坠。

风洞是飞行器研制中必不可少的设备，风洞的规模和完善往往反映航空航天科学技术的发展水平。全世界的风洞总数已达千余座，最大的低速风洞是美国国家航空航天局艾姆斯中心的国家全尺寸设备(NFSF)，实验段尺寸为24.4×36.6米²，足以实验一架完整的真飞机；雷诺数最高的大型跨音速风洞是美国兰利中心的国家跨音速设备(NTF)，它是一座实验段尺寸为2.5×2.5米²的低温风洞，采用了喷注液氮的技术，用以降低实验气体温度，从而使风洞实验的雷诺数达到或接近飞行器的实际飞行值。现代最大的高马赫数、高雷诺数气体活塞式风洞还配有先进的测量显示仪器和数据采集处理系统。风洞的发展趋势是进一步增加风洞的模拟能力和提高流场品质，消除跨音速下的洞壁干扰，发展自修正风洞。计算机在风洞中的广泛使用和计算空气动力学的发展将大大提高风洞的实验能力。（见彩图）

参考书目

1. 波普和哈珀著，彭锡铭等译：《低速风洞试验》，科学出版社，北京，1977。(A.Pope & J.J.Harper，Low-Speed Wind Tunnel Testing，John Wiley & Sons， New York，1966.)
2. 博普和戈因著，邓振瀛和李廷林译:《高速风洞试验》，科学出版社，北京，1980。(A.Pope & K.L.Goin，High-Speed Wind Tunnel Testing， John Wiley & Sons，New York，1965.)