特别行动 中国的风洞

飞机设计有一个非常重要的设备，那就是风洞。随着飞机的速度越来越高，还有导弹和太空船加入飞行的行列，风洞就成了科学家设计飞行物必不可少的设备了。

世界最早的风洞是英国人在1871年建造的，但是飞机的发明人却是美国的莱特兄弟。莱特兄弟在1901年建造了一个风速每秒12米的风洞，用它做实验发明了世界上第一架飞机。但是真正有系统地建造大量风洞的是德国人。

1907年，德国的哥廷根大学成立了「哥廷根空气动力实验院」，这个实验院的创办者和主持人就是后来赫赫有名的普朗特教授(Ludwig Prandtl，1875-1953)也是流体力学的奠基人，被称为「现代流体力学之父」。普朗特认为研究空气动力学必须做模型实验，于是在1906年建立德国的第一个风洞。接着在普朗特的领导下，德国耗费钜资建立了一批低速、高速、超高速和特种风洞。

普朗特善于观察同时也善于分析，成就他非常杰出的学术能力和学术贡献。普朗特的直观洞察能力使他深入瞭解物理本质，然后他杰出的分析能力再把物理本质用数学方程式概括出来，这样结合了物理性质和数学理论就奠定了流体力学的理论基础。当时的德国在流体力学，特别是空气动力学上领先世界。根据这些扎实的理论基础和风洞实验，德国製造了V1和V2火箭还有世界第一个喷气发动机。

普朗特教育了一批高徒，其中一位杰出者叫冯卡门(Theodore von Karman，1881~1963)，是流体力学的第二代掌门人。冯卡门也教育了一批高徒，其中一位杰出者叫钱学森，是流体力学的第三代掌门人。

不过中国的第一个风洞不是钱学森建立的，而是清华大学在1936年自行设计的，直径1.5米。

1936年，清华大学在南昌建造了直径4.5米的风洞，最大风速达到每秒58米。1947-1948年，清华大学在北平建造了横切面为椭圆形(0.762米x1.016米)的铁壳风洞，风速每秒40-50米。想想看，上个世纪的三0年代和四0年代中国是在战乱中挣扎，但是即使在如此艰苦的环境中我们的科学家仍然努力从事尖端研究，并没入忘了知识分子对国家的责任。

新中国成立后，在钱学森的指导下建立了一批现代化的风洞群，高速摄影机、高速计算机、各种应用软体等等现代化的设备一步步成套地建立。根据新华社2006年的报导，中国建成各类风洞一百四十馀座，在风洞试验、数值计算、模型飞行试验等领域取得长足进步，空气动力学的设备、技术和人才均跨入国际先进行列。

2008年11月13日，中国空气动力研究基地庆祝40周年，在纪念大会上基地负责人王希山介绍，该基地拥有52座风洞，是亚洲最大的风洞群，其中有八座属于世界领先。风速从低速、高速、超高速构成衔接，能够进行从低速到24倍音速，从水下、地面到94公里高空，覆盖气动力、气动热、气动物理、气动光学等领域的空气动力实验能力。研究的课题从各型战机、神州系列飞船、和谐号高速列车、还有上海三百多米高的东方明珠塔等等。

设计和建造风洞不是一件简单的事，低速的风洞可以用风扇吹，超音速的风洞就需要用压缩空气了，实验的时间只有几秒甚至几毫秒，困难的程度远非一般人能想像。

中国的风洞群完善的程度世界第三、亚洲第一，仅次于美国与俄国。

美国与俄国的优势是风洞的直径很大，可以把整架飞机放进去。风洞设备耗资巨大，风洞实验也耗资巨大，尤其电力的消耗是非常惊人的。风洞的建立百分之百是为了设计飞行器的外型，风洞实验是设计任何飞行器的必经过程。

譬如美国「哥伦比亚号」太空梭的外型设计在风洞实验上就超过三万小时，美国为了计算F-22菱形机身的空气阻力係数进行了二十二种不同的风洞检测。想想看，这得花多少时间和金钱。

中国的神州飞船和J-20战机也是一样，单是风洞实验就是一个巨大的工程。对隐形战机而言，风洞实验尤其重要，因为有些隐形的设计是以牺牲气动性能为代价。设计隐形战机的外壳形状过程非常複杂，需要耗费极大的人力和物力，绝不是一件简单的事，也绝不可能“山寨”别人的成品。隐形战机的设计必须脚踏实地从理论计算、风洞实验、暗室测量反覆进行，一步都不能少，并且要留下详细记录。如果过程中有任何马虎，那么当飞机製造出来试飞出现问题的时候，很可能连问题的源头都找不到，这还怎麽解决？

J-10的例子

飞机是一个外形複杂的物体，它在高速飞行时所产生的种种问题非常複杂，不可能有理论模型，「风洞实验」可以解决大部份的问题，但是仍会有漏网之鱼。譬如中国J-10战机即使经过无数次的「风洞实验」，在试飞的时候发现机头部分有震动的情形，是「风洞实验」没有看到的。最后解决的方法是在进气口和机头下方用六个“小棍子”连在一起。

大陆很多网友最初以为六个“小棍子”是因为机身结构不够坚固所採取的加强措施，台湾也有网友也跟着发出恶意的批评说J。-10的结构有问题。后来发现这些“小棍子”其实是方向不同的薄片，它们的作用不是加固结构而是改变气流的方向，避免引起共振。这个实际例子告诉我们设计战斗机的外型是一个非常细緻和困难的工作，即使经过风洞实验也会有未发现的问题。

任何战机都是不断改进的，譬如美国的F-18从AB型到CD型再到EF~G型，价钱也不断地攀升，最新的F-18EF价格接近一亿美元。每次改进只要机身有改变就一定要通过风洞试验，譬如F-18EF的机身是加长的。大陆的J-10战机也是一样，服役后改进的工作一直在进行，进行雷达与导弹装置的升级。

2009年04月，J-10B出厂了。从机首到机腹有非常显着的改变下，一体成形、浑然天成，让世人佩服成飞的智慧与设计水平。J-10B不是小修改，而是包括外型在内的巨大改进。正是列装的J-10A，进气口上面的几根“小棍子”已经没有了。这也是在风洞实验的基础上不断改进的结果。