風(fēng)洞（wind tunnel）即風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，是以人工的方式產(chǎn)生并且控制氣流，用來模擬飛行器或?qū)嶓w周圍氣體的流動情況，并可量度氣流對實(shí)體的作用效果以及觀察物理現(xiàn)象的一種管道狀實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它是進(jìn)行空氣動力實(shí)驗(yàn)最常用、最有效的工具之一。下面就跟360常識網(wǎng)一起具體看看最高速風(fēng)洞等相關(guān)內(nèi)容。
最高速風(fēng)洞
北京時(shí)間11月19日，根據(jù)香港媒體報(bào)道，目前中國正在修建世界上最高速的風(fēng)洞，以滿足于中國高超音速武器研發(fā)項(xiàng)目的急迫需求。據(jù)悉，此風(fēng)洞可以模擬每秒秒速達(dá)12公里的高超音速飛行條件。知道嗎，從中國這里飛到美國西海岸，用這種高超音速飛行器的話僅需要14分鐘。
根據(jù)負(fù)責(zé)建設(shè)風(fēng)洞的科學(xué)家趙偉介紹，因?yàn)槟壳爸袊毙栌心軡M足于高超音速武器的研發(fā)項(xiàng)目，因此科研人員的目標(biāo)是在2020年的時(shí)候能夠順利建造完成這個(gè)設(shè)備，并且能夠順利運(yùn)行。這種風(fēng)洞可以復(fù)現(xiàn)出高超音速飛行的環(huán)境，能讓人在地面上就發(fā)現(xiàn)相關(guān)問題，從而減少高超音速飛行器試飛失敗的風(fēng)險(xiǎn)，對于推動高超音速技術(shù)的工程應(yīng)用有種重大意義。
目前，全球擁有最先進(jìn)高超音速風(fēng)洞的是美國，他們的LENS-X設(shè)備，其速度達(dá)到每秒10公里，是音速的30倍。在2011年美國測試一架名為HTV-2的無人飛行器時(shí)，其速度可以達(dá)到20馬赫，只不過高超音速飛行的狀態(tài)只持續(xù)了幾分鐘，就墜入了太平洋。而高超音速飛行器定的標(biāo)準(zhǔn)是其飛行速度可以達(dá)到五倍音速以上的飛行器。
而中國在今年三月的時(shí)候，進(jìn)行了針對高超音速滑翔飛行器WU-14（也被稱為DF-ZF）的第7次測試，其速度在5馬赫到10馬赫之間。目前很多國家都開始了關(guān)于高超音速飛行器的樣機(jī)制作，包括俄羅斯、印度和澳大利亞等國家，據(jù)悉高超音速飛行器的制作出來之后可以用于發(fā)射導(dǎo)彈，并可攜帶核武器。因此被各國重視，目前美國和中國已經(jīng)開始了高超音速競賽。
北京航空航天大學(xué)教授吳大方告訴記者，修建的這個(gè)世界上最高速的風(fēng)洞將會是世界上最強(qiáng)大和先進(jìn)的高超音速飛行器地面測試設(shè)施之一，它的功能是非常值得期待的。
吳大方曾在2013年發(fā)明了高超音速飛行器的隔熱材料因此獲得了國家級獎項(xiàng)，他還參與了高超音速巡航導(dǎo)彈、近空飛行器、高速無人機(jī)和其他可用于人民解放軍的武器的研發(fā)，他表示，中國之所以擁有多個(gè)高超音速風(fēng)洞，是為了確保高超音速武器測試的高成功率。
風(fēng)洞歷史
世界上公認(rèn)的第一個(gè)風(fēng)洞是英國人韋納姆(E.Mariotte)于1869～1871年建成，并測量了物體與空氣相對運(yùn)動時(shí)受到的阻力。它是一個(gè)兩端開口的木箱，截面45.7厘米×45.7厘米，長3.05米。美國的O.萊特和W.萊特兄弟在他們成功地進(jìn)行世界上第一次動力飛行之前，于1900年建造了一個(gè)風(fēng)洞，截面40.6厘米×40.6厘米，長1.8米，氣流速度40～56.3千米/小時(shí)。1901年萊特兄弟又建造了風(fēng)速12米/秒的風(fēng)洞，為他們的飛機(jī)進(jìn)行有關(guān)的實(shí)驗(yàn)測試。
風(fēng)洞的大量出現(xiàn)是在20世紀(jì)中葉。到目前為止，中國已經(jīng)擁有低速、高速、超高速以及激波、電弧等風(fēng)洞。
風(fēng)洞是空氣動力學(xué)研究和試驗(yàn)中最廣泛使用的工具。它的產(chǎn)生和發(fā)展是同航空航天科學(xué)的發(fā)展緊密相關(guān)的。風(fēng)洞廣泛用于研究空氣動力學(xué)的基本規(guī)律，以驗(yàn)證和發(fā)展有關(guān)理論，并直接為各種飛行器的研制服務(wù)，通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)來確定飛行器的氣動布局和評估其氣動性能。現(xiàn)代飛行器的設(shè)計(jì)對風(fēng)洞的依賴性很大。例如50年代美國B-52型轟炸機(jī)的研制，曾進(jìn)行了約10000小時(shí)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，而80年代第一架航天飛機(jī)的研制則進(jìn)行了約100000小時(shí)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。
設(shè)計(jì)新的飛行器必須經(jīng)過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。風(fēng)洞中的氣流需要有不同的流速和不同的密度，甚至不同的溫度，才能模擬各種飛行器的真實(shí)飛行狀態(tài)。風(fēng)洞中的氣流速度一般用實(shí)驗(yàn)氣流的馬赫數(shù)(M數(shù))來衡量。風(fēng)洞一般根據(jù)流速的范圍分類：M<0.3的風(fēng)洞稱為低速風(fēng)洞，這時(shí)氣流中的空氣密度幾乎無變化；在0.3<M<0.8范圍內(nèi)的風(fēng)洞稱為亞音速風(fēng)洞，這時(shí)氣流的密度在流動中已有所變化；0.8<M<1.2范圍內(nèi)的風(fēng)洞稱為跨音速風(fēng)洞；1.2<M<5范圍內(nèi)的風(fēng)洞稱為超音速風(fēng)洞；M≥5的風(fēng)洞稱為高超音速風(fēng)洞。風(fēng)洞也可按用途、結(jié)構(gòu)型式、實(shí)驗(yàn)時(shí)間等分類。
因?yàn)轱L(fēng)洞的控制性佳，可重復(fù)性高，現(xiàn)今風(fēng)洞廣泛用于汽車空氣動力學(xué)和風(fēng)工程的測試，譬如結(jié)構(gòu)物的風(fēng)力荷載和振動、建筑物通風(fēng)、空氣污染、風(fēng)力發(fā)電、環(huán)境風(fēng)場、復(fù)雜地形中的流況、防風(fēng)設(shè)施的功效等。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于風(fēng)洞中，再以儀器量測模型所受之風(fēng)力或風(fēng)速。一些研究也指出風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)之結(jié)果與現(xiàn)地風(fēng)場的觀測的結(jié)果相近，故風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是研究許多風(fēng)工程問題最常用的方法。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)亦可用來驗(yàn)證數(shù)值模型的有效性，找到較佳的模式參數(shù)。
全世界的風(fēng)洞總數(shù)已達(dá)千余座，最大的低速風(fēng)洞是美國國家航空航天局艾姆斯中心的國家全尺寸設(shè)備(NFSF)，實(shí)驗(yàn)段尺寸為24.4×36.6米2,足以實(shí)驗(yàn)一架完整的真飛機(jī)；雷諾數(shù)最高的大型跨音速風(fēng)洞是美國蘭利中心的國家跨音速設(shè)備(NTF)，它是一座實(shí)驗(yàn)段尺寸為2.5×2.5米2的低溫風(fēng)洞，采用了噴注液氮的技術(shù)，用以降低實(shí)驗(yàn)氣體溫度，從而使風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的雷諾數(shù)達(dá)到或接近飛行器的實(shí)際飛行值。現(xiàn)代最大的高馬赫數(shù)、高雷諾數(shù)氣體活塞式風(fēng)洞還配有先進(jìn)的測量顯示儀器和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。風(fēng)洞的發(fā)展趨勢是進(jìn)一步增加風(fēng)洞的模擬能力和提高流場品質(zhì)，消除跨音速下的洞壁干擾，發(fā)展自修正風(fēng)洞。
