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的管道，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、导弹（尤其是巡航导弹、空对空导弹等）设计领域，也适用于建筑物、高速列车、船舰的空气阻力、耐热与抗压试验等。

简介

       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。这种方法，流动条件容易控制，可重要依据是运动的相对性原理。实验时，常将模型或实物固定在风复地、经济地取得实验数据。

       为使实验结果准确，实验时的流动必须与实际流动状态相似，即必须满足相似律的要求。但由于风洞尺寸和动力的限制，在一个风洞中同时模拟所有的相似参数是很困难的，通常是按所要研究的课题，选择一些影响最大的参数进行模拟。

       此外，风洞实验段的流场品质，如气流速度分布均匀度、平均气流方向偏离风洞轴线的大小、沿风洞轴线方向的压力梯度、截面温度分布的均匀度、气流的湍流度和噪声级等必须符合一定的标准，并定期进行检查测定。

历史

       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[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（Wind Engineering）的测试，譬如结构物的风力荷载（Wind load）和振动、建筑物通风（Ventilation）、空气污染（Air pollution）、风力发电（Wind power）、环境风场（Pedestrian level wind）、复杂地形中的流况、防风设施（Wind break）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之结果与现地风场的观测(field observation)的结果相近，故风洞实验是研究许多风工程问题最常用的方法。风洞实验数据亦可用来验证数值模式，找到较佳的模式参数。

类型

       按气流速度区分，风洞可以分为亚音速风洞和超音速风洞两类。通常小型风洞采用高速风扇提供风力，其风速都在每小时1200千米之内。而中型与大型风洞采用预先储存的气体，在短暂的几秒、甚至几毫秒中释放，形成威力巨大的冲击风力。例如在美国和俄罗斯的大型风洞，可放进整架飞机。

       按用途区分，风洞可以分为航空用风洞和环境风洞(Environmental wind tunnel)两类。通常航空风洞的试验段短，风速剖面均匀，用于新型飞机之测试。环境风洞的试验段长，风速剖面属边界层分布，风速范围接近自然界风速，又称为大气边界层(Atmospheric boundary layer)风洞，用于风工程之研究。

结构

       风洞主要由洞体、驱动系统和测量控制系统组成，各部分的形式因风洞类型而不同。

       洞体：它有一个能对模型进行必要测量和观察的实验段。实验段上游有提高气流匀直度、降低湍流度的稳定段和使气流加速到所需流速的收缩段或喷管。实验段下游有降低流速、减少能量损失的扩压段和将气流引向风洞外的排出段或导回到风洞入口的回流段。有时为了降低风洞内外的噪声，在稳定段和排气口等处装有消声器。

驱动系统：

驱动系统共有两类，

       一类是由可控电机组和由它带动的风扇或轴流式压缩机组成。风扇旋转或压缩机转子转动使气流压力增高来维持管道内稳定的流动。改变风扇的转速或叶片安装角，或改变对气流的阻尼，可调节气流的速度。直流电动机可由交直流电机组或可控硅整流设备供电。它的运转时间长，运转费用较低，多在低速风洞中使用。使用这类驱动系统的风洞称连续式风洞，但随着气流速度增高所需的驱动功率急剧加大，例如产生跨声速气流每平方米实验段面积所需功率约为4000千瓦，产生超声速气流则约为16000～40000千瓦。

       另一类是用小功率的压气机事先将空气增压贮存在贮气罐中，或用真空泵把与风洞出口管道相连的真空罐抽真空，实验时快速开启阀门，使高压空气直接或通过引射器进入洞体或由真空罐将空气吸入洞体，因而有吹气、引射、吸气以及它们相互组合的各种形式。使用这种驱动系统的风洞称为暂冲式风洞。暂冲式风洞建造周期短，投资少，一般[[雷诺数]]较高，它的工作时间可由几秒到几十秒，多用于跨声速、超声速和高超声速风洞。对于实验时间小于 1秒的脉冲风洞还可通过电弧加热器或激波来提高实验气体的温度，这样能量消耗少，模拟参数高。

       测量控制系统：其作用是按预定的实验程序，控制各种阀门、活动部件、模型状态和仪器仪表，并通过天平、压力和温度等传感器，测量气流参量、模型状态和有关的物理量。随着电子技术和计算机的发展，20世纪40年代后期开始，风洞测控系统，由早期利用简陋仪器，通过手动和人工记录，发展到采用电子液压的控制系统、实时采集和处理的数据系统。

风洞实验室

中国川西大型风洞群

       中国川西大型风洞群试验能力进入世界先进行列，具有中国自主知识产权的磁悬浮模型今天在中国空气动力研究基地低速风洞通过试验鉴定。至此，该基地位于川西山区的亚洲最大风洞群已累计完成风洞试验50余万次，获得各级科技进步成果奖1403项，成为中国规模最大、手段齐备、综合实力最强的国家级空气动力试验、研究和开发机构，其综合试验能力跻身世界先进行列。

       改革开放以来，该基地依靠科技进步不断提升综合科研试验能力，先后建成以低速风洞和跨声速风洞为代表的52座风洞设备和专用设施，构成了亚洲最大的风洞群，拥有8座“世界级”风洞设备；建成峰值运算速度达每秒10万亿次的计算机系统，形成大、中、小配套，风洞试验、数值计算和模型飞行试验三大手段齐备，低速、高速、超高速衔接的设备群，能够进行从低速到24倍声速，从水下、地面到94公里高空范围，覆盖气动力、气动热、气动物理、气动光学等领域的空气动力试验。

       基地科研试验能力大幅跃升，为武器装备发展和国民经济建设作出重大贡献。从“歼-10”、“枭龙”战机和“神舟”系列飞船，到磁悬浮、“和谐号”高速列车；从高达300多米的东方明珠塔，到横跨30多公里海面的杭州湾跨海大桥，都在这里进行过风洞试验。至今，基地已累计取得国家级科技成果奖44项。

吉林风洞实验室

       吉林大学汽车风洞实验室是国内首家汽车风洞实验室，隶属于吉林大学汽车工程学院汽车空气动力学研究所。汽车风洞实验室筹建于1999年，2002年开工建设，实验室大楼于2003年完工投入使用。该实验室是目前国内唯一一个定位于进行专业汽车空气动力学试验研究的风洞实验室。

汕头大学风洞试验室

       汕头大学风洞试验室是广东省普通高等学校唯一的建筑工业风洞实验室，于 1996 年 11 月通过由结构风工程领域著名院士和教授组成的专家组的正式验收。风洞主试验段宽 3 米 、高 2 米 、长 20 米 ，最高风速达 45 米 / 秒。实验室配备有当前先进水平的测试设备，是国内同类风洞中最早使用进口高速电子扫描阀和进口高频底座天平等仪器的研究单位之一。

北京交通大学风洞实验室

       北京交通大学风洞实验室为双试验段回流式闭口风洞，具有先进的电子压力测量系统、控制系统和结构测振系统，隶属于国家级“985工程”优势学科创新平台。可用于建筑物、桥梁测压和风环境试验，以及其它工业空气动力学试验。风洞洞体平面尺寸为41.0m×18.8m，2010年年底正式投入使用。高速试验段尺寸为：3.0m× 2.0m× 15.0m，低速试验段尺寸为5.2m×2.5m×14.0m。高速试验段最大试验风速为40m/s。[3]

汽车风洞

       汽车风洞就是用来产生人造气流(人造风)的管道。在这种管道中能造成一段气流均匀流动的区域，汽车风洞试验就在这段风洞中进行。

汽车风洞-概述　　

       就是用来产生人造气流(人造风)的管道。在这种管道中能造成一段气流均匀流动的区域，汽车风洞试验就在这段风洞中进行。汽车风洞中用来产生强大气流的风扇是很大的，比如奔驰公司的汽车风洞，其风扇直径就达8.5m，驱动风扇的电动功率高达4000kW，风洞内用来进行实车试验段的空气流速达270km/h。建造一个这样规模的汽车风洞往往需要耗资数亿美元，甚至10多亿，而且每做一次汽车风洞试验的费用也是相当大的。 　　

       汽车风洞有模型风洞、实车风洞和气候风洞等，模型风洞较实车风洞小很多，其投资及使用成本也相对小些。在模型风洞中只能对缩小比例的模型进行试验，其试验精度也相对低些。实车风洞则很大，建设费用及使用费用极高。目前世界上的实车风洞还不多，主要集中在日、美、德、法、意等国的大汽车公司。

汽车风洞-技术发展历史　　

1871年英国人建成了世界上公认的第一个风洞。美国的莱特兄弟（O.Wright和W.wright）于1901年制造了试验段0.56米见方，风速12/s的风洞，进而在1903年发明了世界上第一架实用的飞机。风洞的大量出现是在20世纪中叶。 　　

1932年瑞士阿克雷特（G.Ackttet）建成了世界第一座超声速风洞，试验段面积0.4米×0·4米，马赫数(风速与声速之比）2，当时主要为了试验炮弹的气动力作用和研究超声速流动而设计。 　　

1956年为了适应跨超声速飞行器的发展，美国建成世界最大的跨超声速风洞，试验段面积488米×4.88米，马赫数0.8-4.88，功率为16.1万Kw。 　　

1958年，美国航天局建成试验段直径0.56米，马赫数可高达18-22的高超声速风洞。1980年，美国将一座旧的低速风洞改造成为世界最大的全尺寸风洞(可以直接把原形飞机放进试验段中吹风)，试验段面积24.4米×12.2米，风速150m/s，功率10万Kw。 　　

1975年，英国建成一座低速压力风洞，试验段5米×4.2米，风速95-110m/s，压力3个大气压，功率1.4万kW，试验雷诺数(它是一个无量纲数)8×106。 　　

1980年代，美国建成一座低温风洞，以氮气(氮气凝固点低，适于低温下工作)为工作介质，温度范围340-78K，压力可达9个大气压，试验段2.5米×2.5米，马赫数0.2-1.2，雷诺数高达120×106。 　　

1977年，中国空气动力研究与发展中心建成亚洲最大的低速风洞，串联双试验段：8米×6米和16米×l2米，风速100m/s，功率7800kW。

汽车风洞-原理　　

       风洞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。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、风能利用和环境保护等部门中也得到越来越广泛的应用。用风洞作实验的依据是运动的相对性原理。

汽车风洞-分类全尺寸风洞和模型风洞

       风洞口的气流作用筛为试验1：1模型（全尺寸模型）或真车的风洞叫做“全尺寸风洞”，为试验缩比模型或零部件的较小尺寸的风洞叫做“模型风洞”。日本和前苏联多采用1：5比例的模型；欧美国家多采用1：3或1：4比例模型。目前（指2009年）全世界有近30座可用于全尺寸汽车试验的风洞。

全天候风洞、声学风洞、气动力风洞

       全天候风洞（或气候风洞）可改变气流温度、湿度、阳光强弱和其他气候条件（雨、雪等）；声学风洞在建造过程中采用了多种降噪措施，背景噪声极低，可以分离并测量出汽车行驶时产生的气动噪声。这两种风洞统称为特种风洞。其余一般风洞都是气动力风洞。近年来新建的风洞，都是气动/声学风洞，或气动/气候风洞，甚至气动/声学/气候风洞，这类风洞又称为多用途风洞。

试验段尺寸

       一种是截面积S<10平米的风洞（包括缩比模型风洞和全天候风洞），有些小喷口的全天候风洞，主要是用来把空气直接导向热源集中的发动机舱周围区域进行试验。如MIRA模型风洞。 　　一种是10≤S≤30平米的风洞。这种风洞主要用于试验各种轿车及其它比较小的车辆(实车试验)。如丰田全尺寸风洞，中国国内建设中的上海同济气动/声学风洞。 　　

       一种是S≥30平米的风洞。这类风洞主要用于试验轿车到中级载货汽车以及大客车。如GM全尺寸风洞，中国国内气动中心8m×6m风洞。

汽车风洞-组成　　

       风洞主要由洞体、驱动系统和测量控制系统组成，各部分的形式因风洞类型而异。

汽车风洞-特点　　

       “汽车风洞”中巨大的人造风，可模拟各种行车环境中遇到的空气阻力、噪声、热力学状态，以及天气环境甚至太阳辐射等，用以测试样车的安全性和操纵稳定性，最大限度地减少汽车在行驶中损失的动力，为设计更加节能、美观的汽车提供条件。

汽车风洞-测试实验　　

       “汽车风洞”最开始的时候其实不是用来测试汽车，而是用来测试飞机、研究飞机的气动性能的。实验时，常将模型或实物固定在风洞内，使气体流过模型。这种方法，流动条件容易控制，可重复地、经济地取得实验数据。为使实验结果准确,实验时的流动必须与实际流动状态相似,即必须满足相似律的要求。但由于风洞尺寸和动力的限制，在一个风洞中同时模拟所有的相似参数是很困难的，通常是按所要研究的课题，选择一些影响最大的参数进行模拟。 　　

此外，风洞实验段的流场品质，如气流速度分布均匀度、平均气流方向偏离风洞轴线的大小、沿风洞轴线方向的压力梯度、截面温度分布的均匀度、气流的湍流度和噪声级等必须符合一定的标准，并定期进行检查测定。汽车时速达到110公里的时候，风的阻力就占总阻力的70%，大部分燃油用在了克服风阻上,因此通过风洞试验，模拟汽车在行驶中的情况，优化汽车外形设计，减少风阻、节约燃油、降低噪音，这是汽车风洞试验的主要目的。编辑本段汽车风洞-在中国　　2009年9月19日经过多年的建设，国内第一个汽车风洞——上海地面交通工具风洞中心在同济大学正式落成！

风洞：中国汽车产业发展的里程碑　　

中国首个“汽车风洞”在同济大学落成启用 　　 

       2009年9月19日，斥资4.9亿元建造的中国国内第一个“汽车风洞”——上海地面交通工具风洞中心在同济大学嘉定校区正式落成启用，填补了中国国内汽车研发设计领域多个空白。 　　

       由同济大学承建的这一总投资4.9亿元人民币的风洞中心项目，是上海市重大产业科技攻关项目。上海地面交通工具风洞包括国内首座汽车气动声学整车风洞、国内首座热环境整车风洞和一个集汽车造型、加工、设备维护、科研和管理于一体的多功能中心。它与上海嘉定国际汽车城先期建设完成的同济大学新能源汽车工程中心、上海汽车质量检测中心、汽车试验场共同组成国际一流、配套齐全的地面交通工具测试研究基地。被视为突破自主研发瓶颈的上海地面交通工具风洞中心，由两个风洞构成：一个是国内首座汽车气动声学整车风洞，另一个是国内首座热环境整车风洞。功能各不相同：一个用来测风、测阻力、测噪音；另一个用来测温度、测环境。 　　

       据悉，作为公共性汽车和轨道车辆的关键技术平台，“汽车风洞”将为中国汽车和轨道车辆工业，特别是为新能源汽车的自主研发提供重要的基础性服务，为中国汽车工业从“中国制造”迈向“中国创造”，营造了必要条件。 　　

       此次风洞的关键技术指标均达到世界领先水平，并拥有全部自主知识产权。除支持汽车企业外，新启用上海地面交通工具风洞中心还将为中国高速列车的自主研发和大飞机项目，提供不可缺少的关键技术支撑平台。