中國的風洞

飛機設計有一個非常重要的設備，那就是風洞。隨著飛機的速度越來越高，還有**和太空船加入飛行的行列，風洞就成了科學家設計飛行物必不可少的設備了。

世界最早的風洞是英國人在1871年建造的，但是飛機的發明人卻是美國的萊特兄弟。萊特兄弟在1901年建造了一個風速每秒12米的風洞，用它做實驗發明了世界上第一架飛機。但是真正有系統地建造大量風洞的是德國人。

1907年，德國的哥廷根大學成立了「哥廷根空氣動力實驗院」，這個實驗院的創辦者和主持人就是後來赫赫有名的普朗特教授(LudwigPrandtl，1875-1953)也是流體力學的奠基人，被稱為「現代流體力學之父」。普朗特認為研究空氣動力學必須做模型實驗，於是在1906年建立德國的第一個風洞。接著在普朗特的領導下，德國耗費鉅資建立了一批低速、高速、超高速和特種風洞。

普朗特善於觀察同時也善於分析，成就他非常傑出的學術能力和學術貢獻。普朗特的直觀洞察能力使他深入瞭解物理本質，然後他傑出的分析能力再把物理本質用數學方程式概括出來，這樣結合了物理性質和數學理論就奠定了流體力學的理論基礎。當時的德國在流體力學，特別是空氣動力學上領先世界。根據這些紮實的理論基礎和風洞實驗，德國製造了V1和V2火箭還有世界第一個噴氣發動機。

普朗特教育了一批高徒，其中一位傑出者叫馮卡門(TheodorevonKarman，1881~1963)，是流體力學的第二代掌門人。馮卡門也教育了一批高徒，其中一位傑出者叫錢學森，是流體力學的第三代掌門人。

不過中國的第一個風洞不是錢學森建立的，而是清華大學在1936年自行設計的，直徑1.5米。

1936年，清華大學在南昌建造了直徑4.5米的風洞，最大風速達到每秒58米。1947-1948年，清華大學在北平建造了橫切面為橢圓形(0.762米x1.016米)的鐵殼風洞，風速每秒40-50米。想想看，上個世紀的三0年代和四0年代中國是在戰亂中掙扎，但是即使在如此艱苦的環境中我們的科學家仍然努力從事尖端研究，並沒入忘了知識分子對國家的責任。

新中國成立后，在錢學森的指導下建立了一批現代化的風洞群，高速攝影機、高速計算機、各種應用軟體等等現代化的設備一步步成套地建立。根據新華社2006年的報導，中國建成各類風洞一百四十餘座，在風洞試驗、數值計算、模型飛行試驗等領域取得長足進步，空氣動力學的設備、技術和人才均跨入國際先進行列。

2008年11月13日，中國空氣動力研究基地慶祝40周年，在紀念大會上基地負責人王希山介紹，該基地擁有52座風洞，是亞洲最大的風洞群，其中有八座屬於世界領先。風速從低速、高速、超高速構成銜接，能夠進行從低速到24倍音速，從水下、地面到94公里高空，覆蓋氣動力、氣動熱、氣動物理、氣動光學等領域的空氣動力實驗能力。研究的課題從各型戰機、神州系列飛船、和諧號高速列車、還有上海三百多米高的東方明珠塔等等。

設計和建造風洞不是一件簡單的事，低速的風洞可以用風扇吹，超音速的風洞就需要用壓縮空氣了，實驗的時間只有幾秒甚至幾毫秒，困難的程度遠非一般人能想像。

中國的風洞群完善的程度世界第三、亞洲第一，僅次於美國與俄國。

美國與俄國的優勢是風洞的直徑很大，可以把整架飛機放進去。風洞設備耗資巨大，風洞實驗也耗資巨大，尤其電力的消耗是非常驚人的。風洞的建立百分之百是為了設計飛行器的外型，風洞實驗是設計任何飛行器的必經過程。

譬如美國「哥倫比亞號」太空梭的外型設計在風洞實驗上就超過三萬小時，美國為了計算F-22菱形機身的空氣阻力係數進行了二十二種不同的風洞檢測。想想看，這得花多少時間和金錢。

中國的神州飛船和J-20戰機也是一樣，單是風洞實驗就是一個巨大的工程。對隱形戰機而言，風洞實驗尤其重要，因為有些隱形的設計是以犧牲氣動性能為代價。設計隱形戰機的外殼形狀過程非常複雜，需要耗費極大的人力和物力，絕不是一件簡單的事，也絕不可能「山寨」別人的成品。隱形戰機的設計必須腳踏實地從理論計算、風洞實驗、暗室測量反覆進行，一步都不能少，並且要留下詳細記錄。如果過程中有任何馬虎，那麼當飛機製造出來試飛出現問題的時候，很可能連問題的源頭都找不到，這還怎麽解決？

J-10的例子

飛機是一個外形複雜的物體，它在高速飛行時所產生的種種問題非常複雜，不可能有理論模型，「風洞實驗」可以解決大部份的問題，但是仍會有漏網之魚。譬如中國J-10戰機即使經過無數次的「風洞實驗」，在試飛的時候發現機頭部分有震動的情形，是「風洞實驗」沒有看到的。最後解決的方法是在進氣口和機頭下方用六個「小棍子」連在一起。

大陸很多網友最初以為六個「小棍子」是因為機身結構不夠堅固所採取的加強措施，台灣也有網友也跟著發出惡意的批評說J。-10的結構有問題。後來發現這些「小棍子」其實是方向不同的薄片，它們的作用不是加固結構而是改變氣流的方向，避免引起共振。這個實際例子告訴我們設計戰鬥機的外型是一個非常細緻和困難的工作，即使經過風洞實驗也會有未發現的問題。

任何戰機都是不斷改進的，譬如美國的F-18從AB型到CD型再到EF~G型，價錢也不斷地攀升，最新的F-18EF價格接近一億美元。每次改進只要機身有改變就一定要通過風洞試驗，譬如F-18EF的機身是加長的。大陸的J-10戰機也是一樣，服役后改進的工作一直在進行，進行雷達與**裝置的升級。

2009年04月，J-10B出廠了。從機首到機腹有非常顯著的改變下，一體成形、渾然天成，讓世人佩服成飛的智慧與設計水平。J-10B不是小修改，而是包括外型在內的巨大改進。正是列裝的J-10A，進氣口上面的幾根「小棍子」已經沒有了。這也是在風洞實驗的基礎上不斷改進的結果。