風洞實驗

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風洞實驗是中國的一個科技名詞。

語言一發即逝，不留痕跡。當人類意識到需要把說出的話記下來時，就發明了文字。在世界範圍內，曾經獨立形成的古老文字除我們的漢字外，還有埃及的聖書字、兩河流域的楔形文字、古印度的印章文字以及中美洲的瑪雅文。後來，這些古老文字的命運各不相同，或因某種歷史原因而消亡，如瑪雅文；或因文字的根本變革而遭廢棄，如楔形文、聖書字，只漢字沿用至今，而且古今傳承的脈絡清晰可見，成了中華民族文化的良好載體。

目錄

名詞解釋

風洞實驗指在風洞中安置飛行器或其他物體模型，研究氣體流動及其與模型的相互作用，以了解實際飛行器或其他物體的空氣動力學特性的一種空氣動力實驗方法。

原理

風洞實驗的理論依據是運動相對性原理和流動相似性原理。根據相對性原理，飛機在靜止空氣中飛行所受到的空氣動力，與飛機靜止不動、空氣以同樣的速度反方向吹來，兩者的作用是一樣的。但飛機迎風面積比較大，如機翼翼展小的幾米、十幾米，大的幾十米（波音747是60米），使迎風面積如此大的氣流以相當于飛行的速度吹過來，其動力消耗將是驚人的。根據相似性原理，可以將飛機做成幾何相似的小尺度模型，只要保持某些相似參數一致，試驗的氣流速度在一定範圍內也可以低于飛行速度，並可以根據試驗結果推算出真實飛行時作用于飛機的空氣動力。

優點

風洞實驗儘管有局限性，但有如下四個優點：①能比較準確地控制實驗條件，如氣流的速度、壓力、溫度等；②實驗在室內進行，受氣候條件和時間的影響小，模型和測試儀器的安裝、操作、使用比較方便；③實驗項目和內容多種多樣，實驗結果的精確度較高；④實驗比較安全，而且效率高、成本低。因此，風洞實驗在空氣動力學的研究、各種飛行器的研製方面，以及在工業空氣動力學和其他同氣流或風有關的領域中，都有廣泛應用。

要求

風洞實驗的理論依據是流動相似原理。由於風洞尺寸、結構、材料、模型、實驗氣體等方面的限制，風洞實驗要作到與真實條件完全相似是不可能的。通常的風洞實驗，只是一種部分相似的模擬實驗。因此，在實驗前應根據實際內容確定模擬參數和實驗方案，並選用合適的風洞和模型。模型的設計和製造是風洞實驗的一個關鍵。模型應滿足如下要求：形狀同實物幾何相似或符合所研究問題的需要（如內部流動的模擬等）；大小能保證在模型周圍獲得所需的氣流條件；表面狀態（如光潔或粗糙程度、溫度、人工邊界層過渡措施等）與所研究的問題相適應；有足夠的強度和剛度，支撐模型的方式對實驗結果的影響可忽略或可作修正；能滿足使用測試儀器的要求；便於組裝和拆卸。此外，某些實驗還對剛度、質量分布有特殊要求。模型的材料在低速風洞中一般是高強度木材或增強塑料，在高速和高超聲速風洞中常用碳鋼、合金鋼或高強度鋁合金。有些實驗根據需要還採用其他材料。模型通常都是縮尺的，也有全尺寸的，有時還可以按一定要求局部放大。對於幾何對稱的實物，還可以利用其對稱性做成模擬半個實物的模型。

對風洞實驗結果通常須進行處理和分析。其主要內容是：將測量值換算成所需的空氣動力學特性數據；分析綜合各個實驗環節可能引入的誤差；對實驗結果作出物理解釋和數學說明；根據模型流動和實物流動的差別，修正實驗結果。模型流動和實物流動的差別主要有：由風洞和模型造成的模擬失真，如雷諾數的差別、進氣和噴流的模擬失真等；其次是風洞洞壁和模型支架的干擾影響；還有風洞流場的非均勻性、湍流度和噪聲影響等。其中有些可以通過計算或者實驗進行修正，更重要的是要注意積累使用風洞實驗結果的經驗。

分類

流體力學方面的風洞實驗的主要分類有測力實驗、測壓實驗、傳熱實驗、動態模型實驗和流態觀測實驗等。測力和測壓實驗是測定作用於模型或模型部件（如飛行器模型中的一個機翼等）的氣動力及表面壓強分布，多用於為飛行器設計提供氣動特性數據。傳熱實驗主要用於研究超聲速或高超聲速飛行器上的氣動加熱現象。動態模型實驗包括顫振、抖振和動穩定性實驗等 ，要求模型除滿足幾何相似外還能模擬實物的結構剛度、質量分布和變形。流態觀測實驗廣泛用於研究流動的基本現象和機理。高速計算機在在以上風洞實驗中的應用極大地提高了實驗的自動化、高效率和高精度的水平。

測力和測壓實驗

測力實驗是利用風洞天平（見風洞測試儀器）測量作用在模型上的空氣動力和力矩的風洞實驗。它是風洞實驗中最重要的實驗項目之一。測力實驗主要有：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。