風洞，是能人工產(chǎn)生和控制氣流，以模擬飛行器或物體周圍氣體的流動，并可量度氣流對物體的作用以及觀察物理現(xiàn)象的一種管道狀試驗設(shè)備，它是進行空氣動力試驗最常用、最有效的工具。

那么，“風洞”到底是干什么的？

0.6米×0.6米連續(xù)式跨聲速風洞。

一、風洞與風洞試驗

風洞是利用人工產(chǎn)生的氣流來模擬飛行器飛行環(huán)境的一種管道狀試驗設(shè)備。

風洞試驗，就是根據(jù)相對運動原理和相似理論，在風洞中測量飛行器縮比模型的空氣動力特性，并研究相應(yīng)的流動現(xiàn)象與流動機理。風洞試驗要遵循幾何相似、流動相似等一系列相似準則。馬赫數(shù)、雷諾數(shù)是其中最重要的相似參數(shù)，直接影響風洞試驗結(jié)果的準確性。

5.5米x4米航空聲學風洞開展C919全機模型氣動噪聲測量試驗。

●馬赫數(shù)（Ma）

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。

●雷諾數(shù)（Re）

雷諾數(shù)=慣性力/粘性力，用于表征飛行器飛行時受到的粘性力，反映氣流對飛行器表面的粘性阻滯作用。

二、風洞名稱中的尺寸及其意義

風洞名稱中通常會使用尺寸，例如1.2米×1.2米跨超聲速風洞中的“1.2米×1.2米”，指的是風洞試驗段橫截面尺寸為1.2米（寬）×1.2米（高）。

風洞試驗段尺寸決定了試驗模型的大小。一般風洞試驗模型尺寸比真實飛行器尺寸小得多，當模型尺寸太小時，飛行器上的幾何細節(jié)和小部件難以模擬。風洞越大，試驗模型尺寸就越大，模型保真度就越高，試驗數(shù)據(jù)就越可靠。但是風洞尺寸越大，建設(shè)難度越大、運行成本就越高，這就要求權(quán)衡模擬準確度、可行性與經(jīng)濟性，合理確定風洞尺寸。

在2米×2米超聲速風洞開展導彈標模試驗。

為此，世界主要空氣動力研究機構(gòu)，都對風洞尺寸進行統(tǒng)一規(guī)劃，按大、中、小尺寸配套，成體系地進行建設(shè)。其中，小型風洞主要用于基礎(chǔ)研究和先進氣動技術(shù)探索，多學科研究及CFD驗證；中型風洞主要用于中小型飛行器選型、校核和定型試驗，先進氣動技術(shù)的驗證；大型風洞主要用于大型飛行器的選型、校核和定型試驗等。

三、風洞的分類

馬赫數(shù)是風洞試驗必須模擬的相似參數(shù)，風洞通常按照來流馬赫數(shù)進行分類。

● 低速風洞（Ma＜0.4）：

主要用于開展飛機起飛/著陸，低速飛行器、建筑、車輛、橋梁等空氣動力試驗研究。

● 高速風洞（?0.4≤Ma＜5?）：

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

● 超高速風洞（Ma≥5）：

主要用于開展各種航天飛行器空氣動力試驗研究。

?3米x2米結(jié)冰風洞開展飛機平尾部件結(jié)冰試驗

風洞按照驅(qū)動方式還可分為連續(xù)式和暫沖式。

● 連續(xù)式風洞：

由風扇壓縮機系統(tǒng)驅(qū)動氣流在風洞回路中運動。優(yōu)點是運行時間長，運行成本較低；缺點是技術(shù)較為復雜，建設(shè)成本較高。

● 暫沖式風洞：

由預先壓縮的高中壓氣源驅(qū)動或真空罐抽吸形成流動。其優(yōu)點是建設(shè)技術(shù)相對簡單，建設(shè)成本低；缺點是：運行時間短，運行成本高。

此外，根據(jù)用途不同，風洞還可分為常規(guī)風洞和特種試驗設(shè)備，典型的特種試驗設(shè)備包括結(jié)冰風洞、聲學風洞、電弧風洞、激波管、彈道靶等。

0.3米低溫引導風洞

四、空氣動力學研究?“ 三種手段 ” 及其相互關(guān)系

風洞試驗、數(shù)值計算和模型飛行試驗，是研究空氣動力學的三大手段。

● 風洞試驗：

根據(jù)相對運動原理和相似理論，在風洞中測量飛行器縮比模型的空氣動力特性，并研究相應(yīng)的流動現(xiàn)象與流動機理。

優(yōu)點：能夠真實反映流動物理過程，可獲得較為真實的試驗數(shù)據(jù)，可嚴格重復；

缺點：試驗條件與真實飛行條件不完全一致，存在洞壁干擾、支架干擾、模型失真等誤差源。

2米×2米超聲速風洞

● 數(shù)值計算：

求解流體動力學方程組（NS方程或其簡化模型），獲取飛行器繞流流場參數(shù)，分析流動現(xiàn)象與機理，并通過表面積分獲取空氣動力特性。

優(yōu)點：成本低、效率高，可模擬極限條件；

缺點：存在物理模型、計算方法等誤差源。