飞行器的“摇篮”

风洞是进行空气动力学实验的一种主要设备，几乎绝大多数的空气动力学实验都在各种类型的风洞中进行。风洞的原理是使用动力装置在一个专门设计的管道内驱动一股可控气流，使其流过安置在实验段的静止模型，模拟实物在空气中的运动。测量作用在模型上的空气动力，观测模型表面及周围的流动现象。根据相似理论将实验结果整理成可用于实物的相似准数。最常见的是低速风洞。决定一架飞机或其他飞行器的飞行性能，如速度、高度等，除飞机重量、发动机推力等要素外，最重要的因素是作用于飞机的空气动力。空气动力主要决定于飞机的外形。在设计和研制飞机时，首先是设计其外形，由此就可以确定作用于飞机的空气动力并推算飞行性能。但是，这个工作只能做在最前，不能在飞机造出来以后。确定飞机空气动力的实验设备主要是风洞。人们把风洞和风洞试验叫作航空航天的先行官是恰如其分的。

德国早在1907年就成立了哥廷根空气动力试验院，并在1955—1975年20年间，不惜巨资修建了71座低速、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，20世纪80年代推出的“星球大战”计划，技术上也是以世界上最先进和庞大的风洞群为保障的，并牢牢占据了世界航空航天领域的“霸主”地位。

当发达国家有了强大的空军和不断升天的飞机、导弹、卫星时，中国还在为买来的飞机苦苦思索：它到底能飞多高？作战半径有多大？爬行极限是多少？买来的飞机性能只有靠试飞员冒着生命危险去摸索；设计的运载火箭只能作实际试验；自己研制的飞机只能花大把外汇，拿到别人的风洞里去作试验……一个数据、一个试验都要花很多外汇，要看别人的脸色行事，还不一定准确。可以说，没有自己的风洞，已成为当年制约我国航空航天业以及其他国防工业发展的瓶颈。

风洞科技含量非常高，涵盖力学、数学、结构、化学、电气、仪表、焊接、工艺等二十多个学科知识。风洞主要分为高速风洞群、低速风洞群与超高速风洞群，分别应用于不同的研究试验范围。我国的风洞出于当时形势的需要，主要安置在巨大的人工山洞里。山洞绵延数公里，都是人工开凿的，其难度可想而知。人工山洞坚固性能抗8级以上地震。

风洞不仅适用于国防军事工业，还更多地应用于民用。随着国家经济建设的发展，低速风洞在民用航空、风能利用、建筑、环保等方面也起着巨大的作用。

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。

汽车、火车以及桥梁、大型建筑等都要利用风洞进行反复试验，研究如何设计外形，降低阻力，提高稳定性，如磁悬浮高速列车、我国的解放牌和东风牌中型载货汽车、上海东方电视塔、北京新首都机场候机楼等，也是先在风洞中用模型做了大量地面风载试验后，才能投入批量生产和安全兴建。中国国家大剧院模型表面风荷载也进行了风洞试验。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。北京新首都机场候机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，设计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。

编辑/刘鹏

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