[科普中国]-风洞试验：人造气流的管道

风洞是一种产生人造气流的管道，专门用来研究物体在气流中，产生的气动效应以及进行耐热抗压实验等，样机做风洞试验，是为了测量物体与空气相对运动所受到的阻力。

新型飞机上天前为什么要进行风洞试验

弄清楚飞机的动力学性能，才能完成一架飞机的设计。如果一架根据理论设计的样机直接飞上天空，危险性很大，需要进行反复测试。

从莱特兄弟开始，在飞机上天之前尽量弄清其性能，就充分利用风洞进行地面测试。风洞是一种产生人造气流的管道，专门用来研究物体在气流中，产生的气动效应以及进行耐热抗压实验等。第一个世界上公认的风洞，是英国人韦纳姆在1871年建成的，设计的目的为了测量物体与空气相对运动所受到的阻力。1901年，为了得到正确的飞行资料，莱特兄弟也利用风洞进行了200多个机翼模型的测试。他们根据模型测试的结果，不仅建成了当时最大的双翼滑翔机，而且发明了世界上第一架带动力的飞机在1903年。风洞试验把飞机、机翼或模型固定在管道中，与试飞时飞机在空气中运动正好相反，用风扇、高压存贮气体释放等手段产生人造气流，通过准确地控制气流的压力、温度、速度等实验条件。可以高效地模拟飞机在飞行状态下的空气动力学特征。此后，飞行器研发中不可或缺的环节就是进行风洞试验。风洞种类按气流速度分多种多样，可分为跨声速、超声速、亚声速、高超声速等类型；在直径尺寸上，大到可容纳整架飞机，小到几厘米。

风洞试验毕竟只是一种模拟实验，并不是完美的，如气流会受到边界、模型支架的干扰，有局限性。因此，通过风洞试验的飞机还必须到真实环境中进行反复测试和验证。风洞中的气体参数不能完全替代真实情况等。

飞机模型进行风洞试验

工程师为什么要把好好的飞机弄坏

为了验证飞机结构的强度，工程师们在飞机刚诞生的时期，常把一些沙袋放到飞机上加力，以了解飞机在什么负载下会发生破坏。这称为地面静力试验。如今的试验使用液压作动器进行加力，已经不再使用沙袋，直到飞机破坏，由计算机控制精确地实现自动加载和数据采集。飞机结构破坏时通常是使用载荷的1.5倍，载荷称为极限载荷。验证飞机的使用载荷可以通过这个实验知道是否符合设计要求。

其实，从很小的零件在飞机研制过程中，到机翼这样的大型部件都要进行结构试验。保证飞机在所能遇到的最大载荷（使用载荷）的作用下，要求飞机零件的设计，不会发生永久的变形。这些零件虽然在飞机设计过程中，已经过很严格的计算，但最终还是验证计算的准确性，要通过地面静力试验。还要进行疲劳试验，疲劳试验的载荷要小得多。试验方向反复变化，载荷大小，以检验飞机及其部件的抗疲劳能力。疲劳试验为了解飞机的使用寿命，最终也会将飞机结构破坏。

为了让飞机的设计更合理、更可靠，工程师破坏飞机的目的，保证在实际飞行中更安全。正因为飞机以这么多的破坏为代价，才成为相对来说比较安全的交通工具，除人为或意外之外。

C919飞机全机静力试验

试飞员为什么要故意制造“事故”

一种新飞机诞生后，首先要进行非常多项目的试飞。考查飞机的操纵性是其中一项。操纵性也称飞机操纵品质，指的是飞机对飞行员所做的控大动作的反应程度。

对控制的反应飞机不能过于敏感。在很小的操纵力下，过于敏感的飞机就会发生很大的反应，难于精确控制，反应量过大，如果产生失速或结构损坏等问题就比较容易。过于迟钝的反映飞机也不宜。飞机过于迟钝，容易使飞行员产生错误判断，在很大的操纵力下反应还是很小，也可能造成飞机的大幅度振荡运动，会导致结构破坏或失速。如果飞机不需要飞行员进行复杂的操纵，在作机动飞行时，位移和驾驶杆的力都适当，飞机的反应不过慢，也不过快，该飞机就具有良好的操纵性。试飞员为了验证飞机的操纵性，常常需要做一些非常规的动作，甚至是一些“事故”。比如：尾旋、失速、急转弯等会使试飞员处于危险的境地，正常飞行时不太遇到的动作。

这就需要试飞员有过硬的心理素质，良好的身体素质，还要具备相当的分析能力和理论基础，能够做出科学理性的判断对空中出现的情况，以便制造人员更好地改进、设计飞机。

试验试飞后安全返航

本作品为“科普中国-科学原理一点通”原创 转载时务请注明出处