[科普中國]-風洞試驗：人造氣流的管道

風洞是一種產生人造氣流的管道，專門用來研究物體在氣流中，產生的氣動效應以及進行耐熱抗壓實驗等，樣機做風洞試驗，是為了測量物體與空氣相對運動所受到的阻力。

新型飛機上天前為什么要進行風洞試驗

弄清楚飛機的動力學性能，才能完成一架飛機的設計。如果一架根據(jù)理論設計的樣機直接飛上天空，危險性很大，需要進行反復測試。

從萊特兄弟開始，在飛機上天之前盡量弄清其性能，就充分利用風洞進行地面測試。風洞是一種產生人造氣流的管道，專門用來研究物體在氣流中，產生的氣動效應以及進行耐熱抗壓實驗等。第一個世界上公認的風洞，是英國人韋納姆在1871年建成的，設計的目的為了測量物體與空氣相對運動所受到的阻力。1901年，為了得到正確的飛行資料，萊特兄弟也利用風洞進行了200多個機翼模型的測試。他們根據(jù)模型測試的結果，不僅建成了當時最大的雙翼滑翔機，而且發(fā)明了世界上第一架帶動力的飛機在1903年。風洞試驗把飛機、機翼或模型固定在管道中，與試飛時飛機在空氣中運動正好相反，用風扇、高壓存貯氣體釋放等手段產生人造氣流，通過準確地控制氣流的壓力、溫度、速度等實驗條件?？梢愿咝У啬M飛機在飛行狀態(tài)下的空氣動力學特征。此后，飛行器研發(fā)中不可或缺的環(huán)節(jié)就是進行風洞試驗。風洞種類按氣流速度分多種多樣，可分為跨聲速、超聲速、亞聲速、高超聲速等類型；在直徑尺寸上，大到可容納整架飛機，小到幾厘米。

風洞試驗畢竟只是一種模擬實驗，并不是完美的，如氣流會受到邊界、模型支架的干擾，有局限性。因此，通過風洞試驗的飛機還必須到真實環(huán)境中進行反復測試和驗證。風洞中的氣體參數(shù)不能完全替代真實情況等。

飛機模型進行風洞試驗

工程師為什么要把好好的飛機弄壞

為了驗證飛機結構的強度，工程師們在飛機剛誕生的時期，常把一些沙袋放到飛機上加力，以了解飛機在什么負載下會發(fā)生破壞。這稱為地面靜力試驗。如今的試驗使用液壓作動器進行加力，已經不再使用沙袋，直到飛機破壞，由計算機控制精確地實現(xiàn)自動加載和數(shù)據(jù)采集。飛機結構破壞時通常是使用載荷的1.5倍，載荷稱為極限載荷。驗證飛機的使用載荷可以通過這個實驗知道是否符合設計要求。

其實，從很小的零件在飛機研制過程中，到機翼這樣的大型部件都要進行結構試驗。保證飛機在所能遇到的最大載荷（使用載荷）的作用下，要求飛機零件的設計，不會發(fā)生永久的變形。這些零件雖然在飛機設計過程中，已經過很嚴格的計算，但最終還是驗證計算的準確性，要通過地面靜力試驗。還要進行疲勞試驗，疲勞試驗的載荷要小得多。試驗方向反復變化，載荷大小，以檢驗飛機及其部件的抗疲勞能力。疲勞試驗為了解飛機的使用壽命，最終也會將飛機結構破壞。

為了讓飛機的設計更合理、更可靠，工程師破壞飛機的目的，保證在實際飛行中更安全。正因為飛機以這么多的破壞為代價，才成為相對來說比較安全的交通工具，除人為或意外之外。

C919飛機全機靜力試驗

試飛員為什么要故意制造“事故”

一種新飛機誕生后，首先要進行非常多項目的試飛?？疾轱w機的操縱性是其中一項。操縱性也稱飛機操縱品質，指的是飛機對飛行員所做的控大動作的反應程度。

對控制的反應飛機不能過于敏感。在很小的操縱力下，過于敏感的飛機就會發(fā)生很大的反應，難于精確控制，反應量過大，如果產生失速或結構損壞等問題就比較容易。過于遲鈍的反映飛機也不宜。飛機過于遲鈍，容易使飛行員產生錯誤判斷，在很大的操縱力下反應還是很小，也可能造成飛機的大幅度振蕩運動，會導致結構破壞或失速。如果飛機不需要飛行員進行復雜的操縱，在作機動飛行時，位移和駕駛桿的力都適當，飛機的反應不過慢，也不過快，該飛機就具有良好的操縱性。試飛員為了驗證飛機的操縱性，常常需要做一些非常規(guī)的動作，甚至是一些“事故”。比如：尾旋、失速、急轉彎等會使試飛員處于危險的境地，正常飛行時不太遇到的動作。

這就需要試飛員有過硬的心理素質，良好的身體素質，還要具備相當?shù)姆治瞿芰屠碚摶A，能夠做出科學理性的判斷對空中出現(xiàn)的情況，以便制造人員更好地改進、設計飛機。

試驗試飛后安全返航

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