美国为什么能够造好飞机？拥有全世界最大的风洞

 

Original 2017-05-23 云上的空母 云上的空母

飞行器的外形再好看，没有经过风洞试验，一切都是耍流氓。风洞是一种用于产生人造气流的管状通道，旨在研究空气流经物体时所产生的气动效应。用于测试的物体，通常叫做风洞模型，被置于管状通道的中间。美国的航空工业之所以能源源不断的产出好飞机，同拥有世界上最强的风洞有着很大的关系。

世界上第一座密封式风洞是由弗朗西斯·赫伯特·韦纳姆和约翰·布朗宁在1871年研制的，距今已有140多年历史。而真正将风洞应用于飞行器的测试是在1901年，由莱特兄弟实现。当今世界最大的风洞也是美国的，位于NASA的艾姆斯研究中心。

图为艾姆斯研究中心的最大风洞被用于火星科学实验室的下一代探测器的降落伞测试，请注意人和降落伞的尺寸对比。从1939年12月20日开始建造，于1944年才完工，风洞的规格为80×40英尺。当时，负责运营这座风洞设施的美国国家航空顾问委员会（NACA）的艾姆斯航空实验室，也就是现在NASA的艾姆斯研究中心。

全球最大的风洞其实有两个，统称为国家全尺寸空气动力学综合设施（NFAC），现在由美国空军的阿诺德工程研发中心负责运营。在这里，既可以进行空气动力学试验，也拥有任何其他地方都没有的声学测试设备。

20世纪40年代建造的风洞对美国作出了巨大的贡献，但国家和地方的航空部门认为它已不能满足需求，测试风速应该达到230英里/小时（370千米/小时），体积也须扩大。美国没有选择重新建造一座风洞，而在20世纪70年代为这座风洞增加一个80英尺高（24.38米）、120英尺宽（36.57米）的风洞，预计改造成本相当于建造一个全新风洞设施的10倍。

改造工作始于1978年11月，到1980年6月的时候，这座风洞已总共进行超过600次研究测试。但为了实施改造，80×40英尺风洞曾经临时关停过一段时间。而且在1982年，该风洞设施在测试时曾经遭遇一些损坏。

直到1987年11月12日，改装工作才完工，两座风洞被共同命名为国家全尺寸空气动力学综合设施。在这座综合测试设施的附近，还有一座户外空气动力学研究设施，主要用于在飞机进入风洞前的评估。

经过改装之后，最大可以提供300节（560千米/小时）的测试风速。在这座设施中的80×120英尺风洞，为美国进行相关研究提供了极大的便利。风洞内的6台巨型风扇全功率运转，总共需要104兆瓦的电力，相当于给22.5万人的小城市供电了。

为什么风洞的尺寸如此重要呢？如果风洞太小，就只能进行缩比风洞模型试验，或者是将飞机进行拆分，对各个子部件实施测试，非常的麻烦。但有了如此大的风洞之后，美国就可以进行战斗机的全尺寸试验，它甚至能容纳全尺寸的波音-737飞机。

依靠艾姆斯风洞，全尺寸战斗机无需拆分，就能实施测试。通过测试获得的参数，可以帮助降低其阻力，并改善它们的着陆性能。战斗机在着陆的时候，发生险情的概率要高于其他状态，因此获得可靠的参数并改进性能就显得尤为重要。

美国将这座巨型风洞用于空气动力学、力学、模型噪声、全尺寸飞机及其构件的研究。新飞行器的空气动力学特征将在这里进行测试，且非常强调计算方法的准确性。此外，这里也负责研究先进旋翼机与机身的空气力学边界。

依靠这座风洞，可以判定稳定性和控制的偏差，且能确定新飞机的静态和动态特征。在这里大多数全尺寸飞机的升学特征都能够测试出来，而且可以找到噪声源，并研究出减小噪声的方法。

在这里，除了平衡系统、测量变送器和热电偶温度传感器等常用的测试设备之外，还拥有激光测速仪和投影测试设备，可帮助判定风洞模型或飞机升力界面周围的空气流向和流速。

作为世界上最大的风洞，它主要用于测量普通固定翼飞机、旋翼飞机和垂直起降飞机的中高速空气动力学特征。在这里测试过的飞机包括F-18、XV-15、80%的F-35战斗机风洞模型、全尺寸UH-60A黑鹰直升机、V-22鱼鹰飞机等等，对美国航空业做出的贡献是不可估量的。

2003年，该风洞设施曾经停止运营过一段时间。但仅仅两年之后，美国空军就得到命令，重新启用这座风洞，将其用于高精度旋翼飞机的测试。在经过维护和修理之后，国家全尺寸空气动力学综合设施再次投入运营。虽然计算机建模技术的发展，对风洞的依赖有所降低，但由于该设施可提供高精度的数据，所以在未来仍将扮演极其重要的角色。

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