作者:芮厘 来源:中国科学报 发布时间:2013-11-8
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风洞:托起航空业的巨人
 
■芮厘
 
1955年1月8日中国第一座风洞FL5低速风洞在哈尔滨军事工程学院建成,由哈尔滨军事工程学院教授马明德主持设计并建造。
 
风洞(wind tunnel),是能人工产生和控制气流,以模拟飞行器或物体周围气体的流动,并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道状实验设备,它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具。
 
而风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用,随着工业空气动力学的发展,在交通运输、房屋建筑、风能利用等领域更是不可或缺的。
 
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。
 
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。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3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,德国就开始设计并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。
 
1915年生于北京北洋政府交通部一个科长级官员家庭的马明德,由于良好的家庭教育,得以在1934年考取上海交通大学机械系,并自费赴美留学。逐渐成就了他成为中国“风洞之父”的道路。
 
1953年1月,马明德到刚刚成立不久的中国第一所综合性军事工程技术高等学府——哈尔滨军事工程学院报到。当他被任命为空军工程系空气动力教研室副主任时,自愿兼任空气动力实验室主任,他坚信风洞实验室是研究空气动力学和设计飞机的极重要手段。并终于在1955年主持设计并建造了中国的第一座风洞。
 
而此时,世界上,战斗机的最大速度已经接近音速,美、德等国家已经拥有了超音速风洞。马明德也在考虑大型跨音速风洞的建设问题,并安排同事到民主德国及苏联访问学习。
 
1963年9月,在马明德的指导下,哈军工将一座从民主德国购进近音速风洞改造成为跨音速,成为中国高等院校的第一座大型跨音速风洞。
 
风洞的大量出现是在20世纪中叶。到目前为止,中国已经拥有低速、高速、超高速以及激波、电弧等风洞。
 
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的测试,譬如结构物的风力荷载和振动、建筑物通风、空气污染、风力发电、环境风场、复杂地形中的流况、防风设施的功效等。
 
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的结果与现地风场的观测结果相近,因此风洞实验是研究许多风工程问题最常用的方法。
 
《中国科学报》 (2013-11-08 第11版 真相)
 
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