首发 | 风洞可以“吹出”尖端武器

简单地说，风洞（Wind Tunnel）就是通过人工产生和控制的气流吹向物体，来模拟物体周围的气流情况和物体在大气环境中的运行规律，进而复现相关物理现象的一种管道状的试验研究设备或工具。在当今的科学研究和工程实践中，风洞是开展物体空气动力试验、进行理论验证及和产品设计研发必备的最有效的设备之一。

风洞主要分洞体、驱动系统和测控系统三大部分。洞体前部是形成定向和均匀气流的稳定段以及对气流起加速作用的收缩管（喷管），中部为对物体开展观察和测量工作的实验段，后部是可降低气流速度、减少风能损失的扩压段以及向外排出气流的排流段（如果是节能和抗扰性好的闭环封闭型风洞，则应为将气流导回风洞入口的回流段）。

风洞尽管诞生于飞机等航空飞行器的发展早期，其进步也始终与航空和航天紧密相关，但随着科技的发展驱动和需求牵引，如今它却在很多其他领域都有着重要应用。我们日常生活中见到或用到的一些物体，比如城市中直冲云端的摩天大楼、运动会场馆上高耸的火炬塔、空旷原野或山坡上直立的风能发电用扇叶、公路上跨度大而高的立交桥或跨海大桥和大长度斜拉索桥，还有运送人员货物的汽车、船舶、飞机、高速列车等，它们在建造或制造过程中大都要经历风洞试验，以了解风阻的大小、气流的扰动、流场的形状、姿态的受力、升力的变化等各种气动和运动情况以及声场分布情况，为它们的结构和外形设计以及降噪消噪和性能改进采集数据、确定方案。

此外，为了科学地指导运动员训练，达成“更高、更快、更强”的运动目标，很多现代体育运动项目，比如短跑、跳远、跳高、游泳、赛艇、帆船、自行车、速度滑冰、跳台滑雪、高山滑雪等奥运项目以及跳伞、滑翔、冲浪、赛车（汽车赛和摩托车赛）等比赛项目，经常也要用风洞进行气动环境的模拟和体验，并为优化运动装备、强化运动员技能技巧、改进运动员的动作姿态提供数据，最终帮助运动员提升竞赛成绩。而且受跳伞运动的启发，由风洞甚至还催生出了一些新兴的娱乐项目，并用于影视作品（特别是科幻类的）的拍摄，比如风靡全球的“风洞飞行”娱乐项目，由著名影星成龙主演的《十二生肖》电影中“瓦奴阿图”火山口场景的逼真营造或复现等。

▲滑雪运动风洞实验

▲跳伞运动风洞试验

风洞在国防和军事领域就更为重要，它除了用于士兵特种训练（如跳伞、滑翔、翼装飞行等），开发、设计和改进特战装备（如伞具、滑翔器具、单兵飞行器具等）外，还是很多武器装备研究和试验的核心设备之一，因为诸如战斗机、航天器、舰艇、火箭、导弹等尖端武器，要求运动速度更快、机动能力更好、静音水平更高、生存能力更强，它们所面临的气动环境要复杂严酷得多，必须利用风洞模拟各种气流和风力来进行试验，观察气动现象和运动特性及噪声来源等情况，了解在它们表面所形成的涡流、静压、动压、噪声等相关参数，判断阻力和升力情况及带来的影响，推算运动性能和验证气动布局，为创新、改进、优化和完善外形设计、减阻降噪、强化武器装备性能提供数据支持。在一般情况下，战机和导弹等高速、高机动武器，大都要经历成百上万小时的风洞试验，才能“百炼成钢”。比如，目前世界上最先进的美国F-22五代战机，它在结构和外形确定之前，仅风洞试验时间就达1.2万多小时，这期间进行了几十种空气阻力系数计算的试验。正因为如此，说战机、导弹等一类尖端武器，是在风洞中“吹出来”的应该毫不为过。事实上，人们对此也早已形成了共识。

▲美国X-48B飞行器在做风洞试验

▲美国雷神公司增程式AIM-120中距空空导弹的风洞试验

▲美国NASA艾姆斯风洞