飛機(jī)在試飛之前必須要經(jīng)過密集的風(fēng)洞測試，才能確定其氣動性能，測量出飛機(jī)模型表面的壓力、壓強(qiáng)和流場，這樣一來才能夠獲得飛機(jī)的各種數(shù)據(jù)，包括阻力、升力、加熱特性等等，使得后續(xù)飛機(jī)的研制工作事半功倍。風(fēng)洞的作用如此重要，以至于有人說飛機(jī)是“吹出來的”。

　　風(fēng)洞即風(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。

　　風(fēng)洞試驗(yàn)簡單來說，是根據(jù)運(yùn)動的相對性原理，將飛機(jī)模型固定在地面，人為制造氣流流過，模擬真實(shí)飛行時飛機(jī)周圍的空氣流動情況，以研究飛機(jī)與空氣流動的相互作用，了解飛機(jī)的空氣動力學(xué)特性。

　　世界上公認(rèn)的*個風(fēng)洞是英國人韋納姆于1869-1871年建成，并測量了物體與空氣相對運(yùn)動時受到的阻力。它是一個兩端開口的木箱，截面45.7厘米×45.7厘米，長3.05米。

　　1900年，美國的萊特兄弟建造了一個風(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。為他們成功地進(jìn)行世界上*次動力飛行奠定了基礎(chǔ)。1901年，萊特兄弟又建造了一個風(fēng)速12米/秒的風(fēng)洞，繼續(xù)為他們的飛機(jī)進(jìn)行有關(guān)的實(shí)驗(yàn)測試。

　　我國建造風(fēng)洞的歷史可以追溯到1936年。當(dāng)年建造的*個風(fēng)洞，在戰(zhàn)爭時被日軍炸毀了，隨后建造的風(fēng)洞依然難逃厄運(yùn)，為的就是遏制中國空氣動力研究，而空氣動力研究正是航空航天發(fā)展的基礎(chǔ)，風(fēng)洞試驗(yàn)的難度和重要性由此可見一斑。

　　好在中國風(fēng)洞起步晚，步子卻不小。1968年錢學(xué)森、郭永懷倡議，在四川組建氣動中心。目前，中國空氣動力研究與發(fā)展中心已經(jīng)成為我國規(guī)模*、綜合實(shí)力較好的風(fēng)洞試驗(yàn)基地，是中國*空氣動力試驗(yàn)、研究和開發(fā)中心，也是亞洲*風(fēng)洞群。包括低速、高速、超高速以及激波、電弧等風(fēng)洞，具備開展低速試驗(yàn)、高速試驗(yàn)、噪聲試驗(yàn)、結(jié)冰試驗(yàn)等一系列試驗(yàn)的能力。

　　其中，用于解決飛機(jī)飛行降噪問題的航空聲學(xué)風(fēng)洞，背景噪聲只有75.6分貝，目前是國際*水平。此外，還包括亞洲首座大型結(jié)冰風(fēng)洞、首次在2.4米風(fēng)洞建立了工程實(shí)用的虛擬飛行試驗(yàn)平臺、首次發(fā)現(xiàn)了漩渦破裂區(qū)域存在多螺旋結(jié)構(gòu)等。

　　中國空氣動力研究與發(fā)展中心為我國武器裝備發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出了重大貢獻(xiàn)。從“殲-10”“梟龍”戰(zhàn)機(jī)和“神舟”系列飛船，到磁懸浮、“和諧號”高速列車;從高達(dá)300多米的東方明珠塔，到橫跨30多公里海面的杭州灣跨海大橋，都在這里進(jìn)行過風(fēng)洞試驗(yàn)。2010年5月，發(fā)展中心啟動科研試驗(yàn)新區(qū)建設(shè)。

　　多種新型飛機(jī)在科研試驗(yàn)新區(qū)首次實(shí)現(xiàn)了模型飛行試驗(yàn)，上百萬組數(shù)據(jù)分類入庫，中心目前已全面具備了風(fēng)洞試驗(yàn)、數(shù)值計(jì)算和模型飛行三大手段。我國C919大型客機(jī)的許多風(fēng)洞試驗(yàn)都是在這里開展的。

　　風(fēng)洞試驗(yàn)并不像看起來那樣簡單，“仿真性”是解決一切試驗(yàn)共同的難題。飛機(jī)在不同飛行階段，遭遇各種氣候條件，只要有試驗(yàn)需求，就要能夠在風(fēng)洞里面模擬出來相應(yīng)的空氣流動情況。

　　要控制空氣這個看不見摸不著的東西，難度著實(shí)不小。飛機(jī)飛行時，空氣可是沒有邊界的，那在風(fēng)洞這個有邊界的地方，如何模擬沒有邊界的氣流?飛機(jī)飛在空中是騰空而起，在風(fēng)洞中卻是支在一個架子上，氣流受支架影響，其周邊的氣流會不會發(fā)生改變?這些問題的解決都必須靠風(fēng)洞試驗(yàn)的數(shù)據(jù)來說話。

　　說到風(fēng)洞試驗(yàn)，離不開空氣動力學(xué)上兩個非常重要的概念：一是馬赫數(shù)(Ma)。馬赫數(shù)是風(fēng)洞試驗(yàn)必須模擬的相似參數(shù)，風(fēng)洞通常按照來流馬赫數(shù)進(jìn)行分類。馬赫數(shù)馬赫數(shù)=飛行速度/聲速，用于表征飛行器的飛行速度，反映飛行器飛行時周圍空氣的壓縮程度。按照馬赫數(shù)的大小，風(fēng)洞分為低速風(fēng)洞(Ma<0.4)：主要用于開展飛機(jī)起飛、著陸等空氣動力試驗(yàn)研究。

　　高速風(fēng)洞(0.4≤Ma<5)：高速風(fēng)洞又可細(xì)分為跨聲速風(fēng)洞(0.4≤Ma<1.4)和超聲速風(fēng)洞(1.4≤Ma<5)，主要用于各種航空飛行器空氣動力試驗(yàn)研究。

　　超高速風(fēng)洞(Ma≥5)：主要用于開展各種航天飛行器空氣動力試驗(yàn)研究。二是雷諾數(shù)(Re)。雷諾數(shù)=慣性力/粘性力，用于表征飛機(jī)飛行時受到的粘性力，反映氣流對飛機(jī)表面的粘性阻滯作用。

　　飛機(jī)操縱面嗡鳴實(shí)驗(yàn)，對馬赫數(shù)的大小很敏感。嗡鳴是飛機(jī)作跨聲速飛行時由于翼面上的激波、波后的邊界層分離和操縱面偏轉(zhuǎn)的相互作用而產(chǎn)生的單自由度不穩(wěn)定運(yùn)動。發(fā)生嗡鳴會降低操縱效率甚至使操縱失效，嚴(yán)重時將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的疲勞破壞。通過嗡鳴實(shí)驗(yàn)，可以確定飛機(jī)操縱面振動的性質(zhì)，提供排除振動的方法和確定剛度指標(biāo)。

　　飛機(jī)結(jié)冰一直是飛行安全的大敵。實(shí)踐表明，飛機(jī)結(jié)冰是飛機(jī)安全飛行的致命弱點(diǎn)之一，在世界軍、民用飛機(jī)失事案例中占60%以上。以往，我們國家的飛機(jī)都要到國外去開展結(jié)冰風(fēng)洞試驗(yàn)，2013年，我國終于建成了自己的結(jié)冰風(fēng)洞，成為世界上第三個可以開展民機(jī)全研制過程結(jié)冰風(fēng)洞試驗(yàn)的國家。通過結(jié)冰風(fēng)洞試驗(yàn)，設(shè)計(jì)師們可以獲得在不同氣象條件下飛機(jī)的結(jié)冰位置和結(jié)冰冰型等，從而確定結(jié)冰容限及必須防除冰的表面，為飛機(jī)防除冰提供安全設(shè)計(jì)的依據(jù)。

　　噪聲水平是民機(jī)的重要技術(shù)指標(biāo)。氣動噪聲風(fēng)洞試驗(yàn)是飛機(jī)研制重要的地面試驗(yàn)項(xiàng)目，是評估飛機(jī)的適航符合性、舒適性、環(huán)保性以及聲隱身等性能的重要依據(jù)。2019年5月20日，我國型號研制首次8米低速風(fēng)洞(FL-10風(fēng)洞)氣動噪聲試驗(yàn)在航空工業(yè)氣動院順利完成，宣告我國正式形成8米量級低速風(fēng)洞氣動噪聲試驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

　　風(fēng)洞在建造之初便預(yù)留了消聲室空間，通過風(fēng)扇低噪聲設(shè)計(jì)、動力段降噪、消聲拐角導(dǎo)流片等多種手段，確保風(fēng)洞自身具有低背景噪聲特性。消聲室長49米、寬33米、高26米，是目前國內(nèi)規(guī)模*的消聲室，也是國內(nèi)技術(shù)難度、實(shí)施難度*的大型消聲室。

　　風(fēng)洞試驗(yàn)測取的數(shù)據(jù)并不能完全代表真實(shí)情況，需要進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)修正，才能獲得壓力分布這些后續(xù)設(shè)計(jì)必需的分析數(shù)據(jù)。而這是真正考驗(yàn)飛機(jī)設(shè)計(jì)師水平的地方。因此，現(xiàn)代飛機(jī)還必須開展高雷諾數(shù)風(fēng)洞試驗(yàn)、動力影響試驗(yàn)、氣動彈性風(fēng)洞試驗(yàn)等一系列用于數(shù)據(jù)修正的風(fēng)洞試驗(yàn)，建立起一套從“風(fēng)洞數(shù)據(jù)”到“真實(shí)數(shù)據(jù)”的修正模型，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性。

　　靜氣動彈性風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是測量模型剛度對氣動特性影響的實(shí)驗(yàn)。通常風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中的模型都是用強(qiáng)度和剛度較大的金屬制作的，而飛機(jī)的剛度比模型低得多。因此，需制造一種由金屬作骨架、用輕木或塑料作填料、能模擬飛機(jī)各部件彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度的彈性模型，把它放在風(fēng)洞中作模擬飛行條件的高動壓實(shí)驗(yàn)，測量對模型剛度的影響，修正剛體模型實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。

　　可見，飛機(jī)的設(shè)計(jì)對風(fēng)洞的依賴性很大。風(fēng)洞試驗(yàn)作為飛機(jī)氣動設(shè)計(jì)的重要手段，其最廣為人知的作用就是飛機(jī)的氣動布局設(shè)計(jì)。從*架飛機(jī)約20個小時的風(fēng)洞試驗(yàn)，到現(xiàn)在一般飛機(jī)型號所需的上萬小時風(fēng)洞試驗(yàn)，風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)一直伴隨著飛機(jī)研制技術(shù)的發(fā)展而不斷提高，重要性也愈加凸顯。

　　因此，在學(xué)術(shù)界，風(fēng)洞被稱為“航空航天飛行器的搖籃”，流傳著“有什么樣的風(fēng)洞，才能有什么樣的飛機(jī)、飛船、火箭、導(dǎo)彈”的說法。同時，風(fēng)洞也被世界各國視為重要的戰(zhàn)略資源。例如，50年代美國B-52型轟炸機(jī)的研制，曾進(jìn)行了約1萬小時的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，而80年代*架航天飛機(jī)的研制則進(jìn)行了約10萬小時的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。

　　我國C919大型客機(jī)氣動布局設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了綜合減阻5%的目標(biāo)，風(fēng)洞試驗(yàn)功不可沒。C919的氣動布局是“常規(guī)布局”，但要實(shí)現(xiàn)這個“常規(guī)布局”也不是簡單的事兒。“差之毫厘，謬以千里”這句古話用在飛機(jī)氣動布局設(shè)計(jì)上再合適不過。

　　拿飛機(jī)氣動設(shè)計(jì)的核心——機(jī)翼設(shè)計(jì)來說，機(jī)翼剖面哪怕差個幾毫米，對于飛機(jī)整個氣動性能都有巨大影響，發(fā)動機(jī)吊在機(jī)翼的不同位置也頗多講究。飛機(jī)的氣動外形不存在“照葫蘆畫瓢”，每個型號都有獨(dú)特的氣動外形，飛機(jī)的主制造商對飛機(jī)的氣動外形擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。

　　面向未來，風(fēng)洞還承擔(dān)著載人航天、火箭、航空發(fā)動機(jī)等眾多啟動數(shù)據(jù)的測量和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)，作為科技較量的制高點(diǎn)，我國空氣動力研究能力將穩(wěn)居*梯隊(duì)。

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