赶快滑选手到航天器，工程师们通过风洞测试来设想更佳的空气动力学和性能。
风洞测试可能是操纵新手艺的办法，但测试气流的概念已经有几百年的汗青了。
几个世纪以来，创造家们不断在勤奋复造空气是若何在飞机、交通东西和其他物体上挪动的。但在过往的100年里，手艺的朝上进步使得复杂的风洞测试成为了现实可行的办法，测试对象包罗汽车、风力涡轮机，以至服拆等各类产物的设想师和造造商消费的产物。
Boom公司即将在其超音速客机Overture长进行的风洞测试的预期中，本文将介绍航空工程师若何从头创建风的力量，以优化空气动力学和性能的多种设想。
什么是风洞?
风洞是一种有空气通过的构造——凡是以管道的形式，通过电动电扇(或其他具有不异效果的机构)使空气活动。所用风洞的类型和大小取决于所测试物体的大小，以及所需的气流活动前提。
有许多差别类型的风洞，以测试飞翔器为例，它们凡是根据飞翔器的飞翔速度来分类：亚音速、跨音速(0.8到1.2马赫之间)或超音速。
风洞凡是被用来测试飞机、汽车、宇宙飞船，以及几乎所有与四周空气活动有关的工程利用，以至高尔夫球。
一些风洞以至能够包容全尺寸模子，但出于适用性和成本考虑，大大都风洞都是为了适应小型化模子而建造的。美国有世界上更大的风洞，位于加州的NASA艾姆斯研究中心。该设备包罗一个40x80英尺(12x24.3米)的风洞电路(下图)和一个80x120英尺(24x36.5米)的测试部门。它由6个曲径40英尺(12米)的电扇构成，包罗15个大的木量层压叶片。每个电扇叶片长12英尺(3.6米)，重量超越800磅(362.8公斤)。
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阿诺德工程开发综合公司的工做人员将NASA/陆军倾转旋翼试验安装放进加州莫菲特试验场40 x 80英尺的风洞中。(图片来源:美国空军)
能在风洞中测试什么?
风洞能被用来测试几乎所有在空气中挪动的工具，从下降伞、挈拉机挈车到航天器、导弹和无人机等。工程师还操纵风洞往停止优化，如对浮动风力涡轮机和舰载曲升机操做停止优化(搀扶帮助优化旋翼叶片的设想和海风前提下的操做)。
风洞的测试对象不限于车辆和物体。体育专业人士和锻练利用风洞来测试运发动的空气阻力。因为运发动在运动过程中不竭改动身体姿势，工程师们会丈量他们次要的运动特定位置的空气动力阻力。
在1974年的美国空军/NASA结合方案下，X-24B起落体模子正在预备停止风洞测试。测试的目标是生成数据，以便与在加利福尼亚州爱德华兹空军基地获得的飞翔数据停止比力。(图片来源:美国国度档案馆)
第一个风洞是什么?
从18世纪中期起头，创造家们试图更好天文解空气是若何在物体外表上挪动的，并获得对升力和阻力的理解。“旋臂”的呈现推进了研究，但也有其局限性。一些创造家乞助于大天然，在继续大风的处所测试飞机，但很称心识到，在海滩或山腰上不成能重现一致的飞翔前提。
第一个设想风洞的人是英国工程师弗兰克·温汉姆，他意识到，让物体静行不动，然后吹过它，他就能更多地领会它的空气动力学性能。根据他的设想，第一个风洞于1871年投进利用。
风洞是若何工做的?
风洞产生持续的气流，凡是利用电动电扇。被测对象不会挪动。空气围绕着静行的被测对象运动，创造出与现实生活中预期尽可能接近或不异的相对空气运动。同时，通过切确的载荷丈量安装，能够丈量感化在物体上的空气阻力、升力等气动力。物体四周的气流活动特征也能够通过一些手艺来可视化，好比在测试物体上喷烟和油流，那意味着“造造看不见的空气”。
有史以来，一些最强大的电动机是在风洞中建造的，你会在风洞推进设备中找到它们。在田纳西州的阿诺德空军基地的阿诺德工程开展中心，它是三个风洞的家：16英尺(4.8米)跨音速风洞(16T)， 16英尺(4.8米)超音速风洞(16S)，以及4英尺(1.2米)跨音速风洞(4T)。该设备有两层楼那么高，像火车头那么重。
在田纳西州阿诺德空军基地的阿诺德工程开展中心16英尺的超音速风洞测试设备中，手艺人员站在转向的叶片上。摄影师菲尔·塔弗在1960年拍摄了那张标记性的照片。(摄影:Phil Tarver)图片来源:美国空军)
风洞试验的目标是什么?
风洞测试有助于创造者和造造商更好地领会车辆或被测对象上方和四周空气活动的性量，以及空气对物体形成的影响，特殊是空气动力。航空航天工程师操纵那些测试来丈量飞机的升力和阻力特征，以及不变性。测试成果能够产生更契合空气动力学和燃油效率的飞机设想。
在计算机辅助设想呈现之前，改进设想需要成立持续的风洞模子，那给飞机项目增加了成本和时间耽搁。跟着计算流体动力学(CFD)东西的呈现，工程师们可以加速那一过程，并在虚拟情况中测试数百种(假设不是数千种的话)设想。因而，只要最有前途的设想设置装备摆设才气停止物理风洞测试，从而大大降低了开发成本。
大约在1977年，一名ARO公司的工程师在田纳西州阿诺德空军基地的阿诺德工程开展中心的四英尺跨音速风洞测试中对F-111飞机模子停止炸弹架调整。(图片来源:美国国度档案馆)
工程师能从风洞试验中学到什么?
风洞试验验证了工程师的计算成果，并确定了设想中需要改进的处所。以飞机为例，那些测试搀扶帮助工程师改进空气动力学性能——削减阻力和增加升力——同时确保飞机的不变性和可控性。当飞机有更好的空气动力学性能时，它们就会更省油，因为它们在空中飞翔时需要的动力更少。
声学工程师也利用风洞吗?
声学工程师操纵风洞来丈量车辆在空气中挪动时产生的声音。测试成果搀扶帮助他们验证揣测，改进设想，最末造造出更平静的车辆、飞机等，为乘客供给更好的体验。
NASA艾姆斯研究中心的鸟瞰图，东南标的目的是风洞设备。照片拍摄约在1983年。(图片来源:美国国度档案馆)
Boom公司在2021岁尾起头对Overture停止风洞测试。在多轮测试中，工程团队在欧洲和美国的五个风洞中测试“Overture”模子，测试范畴从低速机身声学到高速空气动力学。该团队于2017年完成了XB-1超音速样机的风洞测试，并将那一体味妥帖到Overture系列测试中。
那张拍摄于20世纪60年代的幕后照片展现了一架YF-12飞机模子在刘易斯菲尔德的约翰H格伦研究中心一个10x10英尺的风洞中测试。YF-12“黑鸟”是洛克希德A-12侦查机的一个尝试性的战斗拦截机版本。它是SR-71黑鸟的前身。(图片来源:美国国度档案馆)
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