风洞

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的管道，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（尤其是巡弋飞弹、空对空飞弹等）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。

美国太空总署风洞与麦道MD-11飞机模型。

历史

莱特兄弟风洞复制品

1871年，弗朗西斯·赫伯特·韦纳姆和约翰·布朗宁设计并建造了世界上第一座风洞^[1]

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^[2]。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。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和风工程（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）、风力发电或风能（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

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1,200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

• 美国国家航空谘询委员会
• 卡门旋涡
• 中国空气动力研究与发展中心

参考文献

1. Wragg, David W. A Dictionary of Aviation first. Osprey. 1973: 281. ISBN 9780850451634.
2. Dodson, MG. An Historical and Applied Aerodynamic Study of the Wright Brothers' Wind Tunnel Test Program and Application to Successful Manned Flight. US Naval Academy Technical Report. 2005,. USNA-334 [2009-03-11]. （原始内容存档于2011-09-05）. （页面存档备份，存于互联网档案馆）

• 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.}