航天科技-航天风洞的工作原理

“风洞”是一种根据运动的相对性原理制成的管道形状的试验设备，主要由洞体、驱动系统和测量控制系统组成。风洞试验通常通过驱动系统生成气流，而测控系统则负责调节与控制这些气流，使得流经风洞试验段的物体能够模拟并重现真实的空气动力学环境。这样可以测量相关数据，并据此研究物体在大气条件下的运动特性。

航空航天器设计的革新者

起初，风洞技术主要用于航空航天领域。在飞行器的研发过程中，大量的模拟飞行试验是必不可少的环节，然而实际的飞行测试既不经济也未必可行。因此，风洞作为地面测试的解决方案应运而生，它能够在地面上提供一个模拟“飞行天空”的环境。在设计飞机、火箭时，工程师们会将模型放入风洞中，通过改变气流速度、角度等参数来观察模型受到的气动效应，以此来优化设计，确保飞行器能够更加稳定地飞行。每一架先进的飞行器在风洞中经历数千乃至上万次的试验研究后，才能最终升空。

风洞是推动航空航天飞行器发展的国家重器，每一代风洞技术都决定了相应飞行器的研制水平，彰显了一个国家的科研实力。

JF-12和JF-22两台超高速激波风洞

2012年，我国成功研制了JF-12复现风洞，其总长度达到265米，成为了当时国际上规模最大、整体性能最为先进的激波风洞。2023年，JF-22超高速风洞顺利通过验收，该风洞全长167米，能够模拟40至90公里高空的环境，最高可达到每秒10公里的速度。这两个风洞设施使我国成为唯一能够在高超声速领域内全面覆盖所有“飞行走廊”实验需求的国家。借助这些激波风洞实验平台，我国将致力于滑翔式飞行器、天地往返飞行器以及多级入轨飞行器的研究，推动我国航空航天事业稳步向前。

从天空到地面：航天风洞技术的应用扩展

时至今日，风洞不仅演化出多种多样不同的形式，其应用范围也日益广泛，特别是体育科学领域。在体育比赛中，运动员与空气之间的相对运动会产生风，进而形成阻力，减小这种阻力有助于提高运动员的成绩。而运动员在真实场地进行训练面临诸多挑战，以跳台滑雪为例，运动员每次前往跳台就需要花费十几到二十分钟的时间，还需等待适宜的风向，遇到天气变化，则需要在跳台上长时间等待，甚至临时取消训练。即使天气条件理想，一位运动员一天也只能进行10到15次跳跃，每次飞行时间仅为几秒钟。因此，运动员利用航天风洞来克服天气限制和受伤风险以强化训练效果变得越来越普遍。

“训练神器”：精进动作表现

风洞辅助训练系统

通过风洞产生的气流，可以模拟运动员的实际运动速度，此时使用传感器能够精确测量运动员在不同动作姿态下的空气阻力变化。哪怕运动员只是轻微地调整身体角度或手部位置，这些变化引起的阻力差异也会被记录下来，并在电子显示屏上呈现出来。借助这些数据，运动员和教练可以识别出哪些姿势具有更低的风阻效果。确定了最佳姿势之后，运动员们就可以通过重复训练来巩固这种姿态，从而形成稳定的肌肉记忆。除用于训练外，风洞还可测试运动服装、设备器材的风阻特性，帮助改进装备设计。

综合风洞实验室示意图

目前，我国已建设了一座用于体育综合训练的开口回流式（带驻室）风洞，其最大风速可达42米/秒，相当于14级强台风的强度。这座风洞能够涵盖冰雪运动所需的全部风速区间，满足如滑雪、滑冰、雪橇等多项冰雪运动的模拟需求，帮助我国体育健儿在多项国际赛事上摘金夺银。

从航天器的设计到运动员成绩的提升，风洞技术正以其独特的方式影响着我们的世界。未来，随着更多先进技术的发展融合，风洞技术必将展现出更加广阔的应用前景，继续在多个领域发光发热。