風(fēng)洞在氣動(dòng)力研究和飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)中一直起者非常重要的作用?諝鈩(dòng)力學(xué)的許多重要的理論,如俄國(guó)科學(xué)家儒科夫斯基的空氣螺旋槳理論,德國(guó)科學(xué)家普朗特的邊界層理論。都是在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中經(jīng)過大量觀測(cè)后提出來的,并且它們的應(yīng)用又得到了風(fēng)洞試驗(yàn)的驗(yàn)證。在飛行器的研制和發(fā)展中,風(fēng)洞的作用更為明顯。從1930年世界上出現(xiàn)**架飛機(jī)以來,所有飛行器的研制都離不開風(fēng)洞。很多氣動(dòng)布局的新技術(shù),都是在大量的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中取得的。例如從1927年到1941年,飛機(jī)的最大飛行速度大約由180km/h提高到600km/h左右,增加接3倍多,如果單靠提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率來取得速度增長(zhǎng),則需要把發(fā)動(dòng)機(jī)功率提高到27倍以上,但實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)功率僅增加了3倍。飛機(jī)速度的增加,主要是由于減小了飛機(jī)的廢阻力,尤其是各部件之間的干擾阻力。當(dāng)時(shí)這些減阻措施都是經(jīng)過風(fēng)洞試驗(yàn)后提出的。又如1940年后的層流翼型,1950年后的后掠翼、三角翼布局,1960年后的變后掠翼和超臨界翼型,1970年后的邊條翼等.都是先在風(fēng)洞中進(jìn)行了大量的試驗(yàn)后才運(yùn)用到飛機(jī)設(shè)計(jì)中去的。
世界上**座風(fēng)洞是F.H.韋納姆于1869~1871年在英國(guó)建造的。它是一個(gè)兩端開口的木箱,截面45.7厘米×45.7厘米,長(zhǎng)3.05米。美國(guó)的O.萊特和W.萊特兄弟在他們成功地進(jìn)行世界上**次動(dòng)力飛行之前,于1900年建造了一個(gè)風(fēng)洞,截面40.6厘米×40.6厘米,長(zhǎng)1.8米,氣流速度為40~56.3千米/小時(shí)。以后,許多國(guó)家相繼建造了不少較大尺寸的低速風(fēng)洞;旧嫌袃煞N形式,一種是法國(guó)人A.-G.埃菲爾設(shè)計(jì)的直流式風(fēng)洞;另一種是德國(guó)人L.普朗特設(shè)計(jì)的回流式風(fēng)洞,F(xiàn)在世界上最大的低速風(fēng)洞是美國(guó)國(guó)家航空和航天局(NASA)埃姆斯(Ames)研究中心的12.2米×24.4米quan尺寸低速風(fēng)洞。這個(gè)風(fēng)洞建成后又增加了一個(gè)24.4米× 36.6米的新實(shí)驗(yàn)段,風(fēng)扇電機(jī)功率也由原來25兆瓦提高到100兆瓦。**次世界大戰(zhàn)以后,由于使用了金屬結(jié)構(gòu)材料,出現(xiàn)了單翼機(jī),再加上翼剖面和機(jī)翼平面形狀的改進(jìn),飛機(jī)速度有了很大提高。因而提出了一系列空氣動(dòng)力問題,例如如何提高螺旋槳的效率;在較高雷諾數(shù)下翼剖面及其他模型的特征;如何減小飛機(jī)的廢阻力等等。為了解決這些問題,從1925年至1933年期間,低速風(fēng)洞向大型和高速兩個(gè)方向發(fā)展。一些比較大型的風(fēng)洞可以進(jìn)行quan尺寸的螺旋槳試驗(yàn),用以改進(jìn)螺旋槳的葉片幾何形狀及其與發(fā)動(dòng)機(jī)、飛機(jī)之間的相互位置等等。1933年美國(guó)建成了**個(gè)quan尺寸風(fēng)洞,可以在真實(shí)飛機(jī)或quan尺寸模型上研究如何減小飛機(jī)各部件以及它們之間相互干擾所引起的廢阻力。同時(shí)也出現(xiàn)了高速風(fēng)洞,用以研究螺旋槳轉(zhuǎn)速增高和直徑加大所引起的尖部氣流的壓縮性影響的問題。1944年在美國(guó)阿姆斯研究中心建成一座12.2米×24.4米quan尺寸低速風(fēng)洞,1982年為滿足直升機(jī)和新型垂直短距起落飛行器的需要,又對(duì)該風(fēng)洞作了重大改造,增加了一個(gè)24.4m×37.6m的新試驗(yàn)段。
早在1932年,為了解決炮彈的氣動(dòng)力問題以及研究超聲速流動(dòng)的一般規(guī)律,阿克雷特教授在瑞士建造了一個(gè)連續(xù)式的超聲速風(fēng)洞,試驗(yàn)馬赫數(shù)為2。為了克服驅(qū)動(dòng)功率不足的困難,風(fēng)洞采用了低于大氣壓力的工作狀態(tài),雖然雷諾數(shù)低,但降低了功率。在這種類型的風(fēng)洞中進(jìn)行的試驗(yàn)研究工作為超聲速飛行器的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。1956年,美國(guó)空軍阿諾德工程發(fā)展中心建成了當(dāng)今世界上最大的超聲速風(fēng)洞,試驗(yàn)段尺寸為4.88m×4.88m, 馬赫數(shù)為1.5~4.75,風(fēng)洞功率達(dá)161000kw.跨聲速風(fēng)洞的出現(xiàn)在超聲速風(fēng)洞之后。1947年美國(guó)航空航天局(NASA)蘭利研究中心采用試驗(yàn)段洞壁開槽的方法,研制成功世界上**座跨聲速風(fēng)洞。正是根據(jù)這個(gè)風(fēng)洞所取得的試驗(yàn)數(shù)據(jù),1948年飛機(jī)**次突破了“音障”。
我國(guó)**座風(fēng)洞是1934年清華大學(xué)自行設(shè)計(jì)的1.52m低速風(fēng)洞。該風(fēng)洞于1936年建成,后因日本侵華戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā),北京淪陷,此風(fēng)洞被毀。從1958年我國(guó)開始建造生產(chǎn)性風(fēng)洞,經(jīng)過40余年的發(fā)展,目前已有低速風(fēng)洞13座,跨聲速風(fēng)洞15座,高超聲速及及超高速試驗(yàn)設(shè)備16座。中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心(CARDC)的8m×6m/12m×16m雙試驗(yàn)段直流式低速風(fēng)洞、2.4m×2.4m引射式跨聲速風(fēng)洞、2m激波風(fēng)洞及200m自由飛彈道靶等設(shè)備均居亞洲**。另外,還建成了一批用于教學(xué)、研究的小型風(fēng)洞。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的這些風(fēng)洞為我國(guó)自行車研制**飛機(jī)、導(dǎo)彈、飛船、衛(wèi)星及火箭提供了大量試驗(yàn)數(shù)據(jù),為獨(dú)立自主發(fā)展我國(guó)航空航天事業(yè)做出了很大貢獻(xiàn)。