编者按：今天，4月24日，是第七个“中国航天日”。今年的航天日主题为：“航天点亮梦想”。从即日起，本公众号将正式开启“航天点亮梦想”主题月活动的“科普分享”大门，陆续推出来自中国科学院各研究所和中国科学院大学师生们的科普文章，让我们一起通过科学家及未来科学家们的视角，探究科学的奥秘，宣扬崇尚科学、敢于创新的理想信念。今天是“科普分享”第一辑：《风洞那些事儿》和《从风洞到校园》。欢迎阅读！

   1. 起飞

   我们的话题，就从“飞”开始。“飞”一直以来都是人类的梦想，而最早让这个梦想变为现实的人，是莱特兄弟。

 

 

   1903年12月17日，莱特兄弟制造的第一架飞机“飞行者1号”在美国北卡莱纳州试飞成功，开辟了航空史的新纪元。

   2. 鲜为人知的试验

   在莱特兄弟起飞的道路上，人尽皆知的是他们从小就对机械装配和飞行有着浓厚的兴趣，他们曾从事过自行车修理和制造行业。但鲜为人知的是，在这次试飞之前的1900年，他们就专门建造了一个长度1.8米的风洞，气流速度达到每小时40千米至56.3千米。为了试验和改进机翼，兄弟二人又在第二年（1901年）建了一个风速每秒可达到12米的风洞，并在其中研究、比较了200种以上的机翼形状。

   3. 风洞是个啥？

   风洞（wind tunnel），即风洞实验室，是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力试验最常用、最有效的工具之一。

 

   说得直白一点，风洞就是一个“特殊实验室”，飞机、火车这些交通工具的设计制造，都要先过风洞试验这一关。

   4. 风洞能干啥？

   在航空飞行器发展早期，对空气动力问题的探究促使了风洞的诞生。

   风洞是空气动力学研究和试验中最广泛使用的工具，它的产生和发展是同航空航天科学的发展和飞行器的研制紧密相关的。风洞广泛用于研究空气动力学的基本规律，以验证和发展有关理论，并直接为各种飞行器的研制服务，通过风洞实验来确定飞行器的气动布局和评估其气动性能。

   现代飞行器的设计对风洞的依赖性很大。如今研发出来的新型航空飞行器都会在大型风洞里面进行测试，因为它能模拟一般的交通工具以及各种航空飞行器在实际运行中可能遇到、甚至可能根本不存在的风，从材料、结构和气动等多个性能方面进行产品质量和安全验证。例如50年代美国B-52型轰炸机的研制，曾进行了约10000小时的风洞实验，而80年代第一架航天飞机的研制则进行了约100000小时的风洞实验。

   5. 风速有多快？

   风洞中的气流需要有不同的流速和不同的密度，甚至不同的温度，才能模拟各种飞行器的真实飞行状态。风洞中的气流速度一般用实验气流的马赫数(M数)来衡量。

   根据流速的范围，风洞一般可以分为：

   （1）低速风洞（M＜0.4），主要用于开展飞机的起飞、着陆、低速飞行以及建筑物、车辆、桥梁等空气动力试验研究。

   （2）高速风洞（0.4≤M＜5），主要用于各种飞行器空气动力试验研究。

   其中，在0.4≤M<0.8范围内的风洞称为亚声速风洞；0.8<M<1.2范围内的风洞称为跨声速风洞；1.2<M<5范围内的风洞称为超声速风洞。

   （3）高超声速风洞（M≥5），主要用于开展各种航天飞行器空气动力试验研究。

 

 

   6. 高超声速风洞

   马赫数大于5的高超声速风洞，主要用于返回舱、航天飞机、导弹以及各类新型高超声速飞行器的模型实验。

   实验项目通常有气动力、压力、传热测量和流场显示，还有动稳定性、低熔点模型烧蚀、质量引射和粒子侵蚀测量等。高超声速风洞主要有常规高超声速风洞、低密度风洞、激波风洞、热冲风洞等形式。