风洞

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风洞英语Wind tunnel)是空气动力学的研究工具。风洞是一种产生人造气流管道,用于研究空气流经物体所产生的气动效应。风洞除了主要应用于汽车飞行器導彈(尤其是巡弋飛彈空對空飛彈等)设计领域,也适用于建築物、高速列车、船舰的空气阻力、耐热与抗压试验等。

历史[编辑]

莱特兄弟风洞复制品

1871年,弗朗西斯·赫伯特·韦纳姆约翰·布朗宁设计并建造了世界上第一座风洞

1901年,莱特兄弟为研究飛機及得到正确的飛行资料,发明了风洞隧道进行测试[1]。1902年莱特兄弟以风洞隧道的测试与前两架滑翔机的经验,建造第三架滑翔机,为当时最大的双翼滑翔机,并在机尾加装垂直尾翼,以防止转向时发生翻转,并进行了上千次的试飞。而最终在1903年发明了世界上第一架带有动力的载人飞行器——莱特飞行器

1945年,第二次世界大战尚未结束时,德国设计并开始建造一个实验段直径1米,最高风速达10马赫的连续式高超音速风洞。战争结束后被美国缴获,美国仿制并作了适当修改后,一直到1961年才在阿诺德中心建立最高风速达12马赫的高超音速风洞。

因為風洞的控制性佳,可重複性高,現今風洞廣泛用於汽車空氣動力學風工程(Wind Engineering)的測試,譬如結構物的風力荷載(Wind load)和振動、建築物通風(Building ventilation)、空氣污染(Air pollution)、[[風力發電]或[風能]](Wind energy)、環境風場(Pedestrian level wind)、複雜地形中的流況、防風設施(Wind break)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於風洞中,再以儀器量測模型所受之風力或風速。一些研究也指出風洞實驗之結果與現地風場的觀測(field observation)的結果十分接近,故風洞實驗是研究許多風工程問題最常用的方法。風洞實驗數據亦可用來驗證數值模式,找到較佳的模式參數。

类型[编辑]

按气流速度區分,风洞可以分为亚音速风洞和超音速风洞两类。通常小型风洞采用高速风扇提供风力,其风速都在每小时1200公里之内。而中型与大型风洞采用预先储存的气体,在短暂的几秒、甚至几毫秒中释放,形成威力巨大的冲击风力。例如在美国和俄罗斯的大型风洞,可放进整架飛机。

按用途區分,风洞可以分为航空用風洞和環境風洞(Environmental wind tunnel)两類。通常航空風洞的試驗段短,風速剖面均勻,用於新型飛機之測試。環境風洞的試驗段長,風速剖面屬邊界層分佈,風速範圍接近自然界風速,又稱為大氣邊界層(Atmospheric boundary layer)風洞,用於風工程之研究。

外部連接[编辑]

參考文獻[编辑]

  • Holmes, J.D. Wind Loading on Structures. London: Spon Press. 2001. 
  • Barlow, J.B. Rae, W.H. and Pope, A. Low speed wind tunnel testing. John Wiley & Sons, Inc. 1999. }