风洞

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NASA风洞与麦道MD-11飞机模型.

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导弹(尤其是巡航导弹空对空导弹等)设计领域,也适用于建筑物、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,莱特兄弟为研究飞机及得到正确的飞行资料,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。

因为风洞的控制性佳,可重复性高,现今风洞广泛用于汽车空气动力学风工程(Wind Engineering)的测试,譬如结构物的风力荷载(Wind load)和振动、建筑物通风(Building ventilation)、空气污染(Air pollution)、风力发电风能(Wind energy)、环境风场(Pedestrian level wind)、复杂地形中的流况、防风设施(Wind break)的功效等。这些问题皆可以利用几何相似的原理,将地形、地物以缩尺模型放置于风洞中,再以仪器量测模型所受之风力或风速。一些研究也指出风洞实验之结果与现地风场的观测(field observation)的结果十分接近,故风洞实验是研究许多风工程问题最常用的方法。风洞实验数据亦可用来验证数值模式,找到较佳的模式参数。

类型[编辑]

按气流速度区分,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,可放进整架飞机。

风洞模型实验

按用途区分,风洞可以分为航空用风洞和环境风洞(Environmental wind tunnel)两类。通常航空风洞的试验段短,风速剖面均匀,用于新型飞机之测试。环境风洞的试验段长,风速剖面属边界层分布,风速范围接近自然界风速,又称为大气边界层(Atmospheric boundary layer)风洞,用于风工程之研究。

参见[编辑]

外部链接[编辑]

参考文献[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. }