风洞

NASA風洞與飛機模型.

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。

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

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[1]。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。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。

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