风洞

风洞（英語：Wind tunnel）是空气动力学的研究工具。风洞是一种产生人造氣流的管道，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、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。

美國太空總署風洞與麥道MD-11飛機模型。

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，莱特兄弟为研究飛機及得到正确的飛行资料，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和風工程（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

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，可放进整架飛机。

風洞模型實驗

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。

參見

• 美國國家航空諮詢委員會
• 卡门旋涡
• 中国空气动力研究与发展中心

參考文獻

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.}