風洞試驗是什么？

風洞試驗是一種讓空氣在風洞中橫向流過單根圓管的強迫對流實驗，是用于掌握研究對流換熱的實驗布置與處理及綜合處理實驗數據的一般方法。

依據運動的相對性原理，將飛行器等的模型或實物固定在地面人工環境中，人為制造氣流流過，以此模擬空中各種復雜的飛行狀態，研究氣體流動及其與模型的相互作用，獲取試驗數據。

風洞試驗的基本原理是相對性原理和相似性原理。根據相對性原理，飛機在靜止空氣中飛行所受空氣動力，與飛機靜止不動、空氣以同樣速度反方向吹來，作用相同。但飛機迎風面積大，直接讓如此大的氣流以飛行速度吹過來動力消耗驚人。根據相似性原理，可將飛機做成幾何相似的小尺度模型，氣流速度在一定范圍內也可低于飛行速度，其試驗結果能推算出真實飛行時的空氣動力。

風洞試驗有多種分類，包括測力實驗、測壓實驗、傳熱實驗、動態模型實驗和流態觀測實驗等。測力實驗利用風洞天平測量作用在模型上的空氣動力和力矩，有全模型和部件的縱向和橫向測力實驗、噴流實驗、靜氣動彈性實驗、外掛物測力和投放軌跡實驗等。測壓實驗測量風洞洞壁、模型表面和氣流中各點的壓力參數。傳熱實驗測定氣流沿模型繞流引起的對模型表面氣動加熱情況。動態模型實驗確定模型對氣流相對運動和模型上氣動力隨時間變化，包括顫振實驗、抖振實驗、動穩定性實驗、操縱面嗡鳴實驗、非定常壓力測量等。流態觀測實驗借助物理和化學手段使氣流可見，便于觀察和研究。

風洞試驗優點眾多，能準確控制實驗條件，受氣候和時間影響小，實驗項目多樣且精度高，安全、效率高、成本低，因此在空氣動力學研究、飛行器研制、工業空氣動力學等領域廣泛應用。

風洞試驗雖有優勢，但也存在不足。如邊界效應或邊界干擾，可通過把風洞試驗段做大、縮小模型尺度或采用“自修正風洞”技術來克服。支架干擾可嘗試“磁懸模型”技術來改善。還有常見的相似準則不滿足問題，如亞跨聲速風洞的雷諾數不夠，可通過增大模型和風洞尺度、增大空氣密度或壓力、降低氣體溫度等方法來提高雷諾數。

（圖/文/攝：太平洋汽車 整理于互聯網）