立式風洞

立式風洞又稱“垂直風洞”。與水平式風洞相比，立式風洞的優點是模型重力平行於試驗段軸線，可以簡化模型旋轉中的平衡及迴轉部分的重量分量問題，更適宜做迴轉運動飛行狀態測力試驗，能產生垂直向上氣流的科研試驗設施，當垂直氣流達到一定的速度，人以一定姿態進入氣流，不需任何工具就能飄浮起來，可滿足飛行人員、空降兵以及跳傘運動員的訓練需要和飛機尾旋、無尾飛機翻滾和旋轉天平試驗。

基本介紹

• 中文名：立式風洞
• 外文名：vertical wind tunnel
• 又稱：“垂直風洞”
• 人員：飛行人員、空降兵
• 優點：模型重力平行於試驗段軸線

簡介

風洞，簡單地說，就是根據運動的相對性原理，用以模擬各種飛行器在空中飛行的龐大試驗設備。風洞是航空航天飛行器的“搖籃”，所有的飛機、火箭、衛星、飛彈、飛船都是被風洞“吹”上天空的。風洞的大量出現是在20世紀中葉。中國已經擁有低速、高速、超高速以及激波、電弧等風洞。

歐美已開發國家開始將立式風洞用於模擬跳傘，這一新穎的訓練方法一出現，立即以其逼真的模擬效果和極高的安全性受到歡迎。2005年9月,我國自行設計建造的國內第一座大型立式風洞在空氣動力研究基地建成並通氣試車成功，是目前亞洲最大的立式風洞，其各項指標均達到世界先進水平。

從外表看，與普通房屋唯一不同的是，該建築身上“背”著一根粗大的鐵管。技術人員介紹：“可不能小瞧這鐵傢伙，它是產生氣流的主要通道。” 其實，風洞普通的外表下有著神奇的“心臟”。步入其中，發現這片人造“天空”完全是用高科技的成果堆砌而成。

風洞建設是一個涉及多學科、跨專業的系統集成課題，囊括了包括氣動力學、材料學、聲學等20餘個專業領域。整個立式風洞從破土動工到首次通氣試驗僅用了2年半，創造了中國風洞建設史上的奇蹟。大廳里，螺旋上升的旋梯簇擁著兩節巨大的管道，好不壯觀！與其說它是試驗設備，不如說是風格前衛的建築藝術品。

世界上公認的第一個風洞是英國人於1871年建成的。美國的萊特兄弟於1901年建造了風速12米/秒的風洞，從而發明了世界上第一架飛機。

作用

尾旋是飛機失速後進入一種包括滾轉、俯仰和偏航在內的繞垂直軸旋轉的同時又沿著螺旋軌跡下降的複雜運動。避免和改出尾旋是飛機研製中的一個重要問題。

在立式風洞中可以進行飛機失速/尾旋試驗研究，包括失速/尾旋特性預測方法的研究和失速/防止尾旋和改出尾旋技術的研究。在立式風洞中對飛機失速/尾旋進行研究有許多優點：它可以安排各種氣動布局和不同操縱面偏轉角組合的試驗；它可以不受時間、氣象條件的限制；它可以在飛機設計階段就能詳細地研究失速/尾旋特性的防止/改出技術，從而得到投資少、周期短、數據多的綜合效益。

由於立式風洞可以模擬飛船在常規風洞中所不能模擬的重力和慣性力的影響，所以非常適用於系統地研究傘的傘型、面積的大小、連線繩長度等降落傘特性以及返回艙一傘組合體動穩定性研究。立式風洞還可以用作跳傘訓練模擬器。

實際套用

解放軍78名高空跳傘骨幹，首次在亞洲最大的立式風洞圓滿完成為期4天的風洞跳傘訓練任務。立式風洞能夠全天候真實模擬高空跳傘環境，有助於跳傘前的空降、造型及特技表演動作訓練，縮短訓練周期，提高訓練質量和效益。據了解，風洞跳傘被納入全軍高空跳傘年度訓練尚屬首次，也是我軍利用風洞設備提升作戰能力的一次積極探索。

跳傘訓練

總裝某基地擁有的直徑5米立式風洞總體尺寸和試驗能力居亞洲首位。這個風洞投入使用後，專業跳傘運動隊和傘兵曾先後進行過10餘期跳傘訓練，取得了良好的訓練效果。

在2009年7月初進行的訓練中，參訓人員共完成了單兵飄浮及旋轉訓練、單兵攜帶傘具飄浮及旋轉訓練等多個訓練課目，在自由下降過程中姿態控制、高跳低開式跳傘等方面取得顯著進步。訓練不僅可以準確模擬空中飄浮的真實訓練環境，還有效擺脫了天氣條件的制約，再加上安全科學的訓練手段，4天時間就達到了平時1個半月的訓練量。

特殊要求

立式風洞試驗段氣流有如下的特殊要求：

試驗段截面速度

通常要求試驗段截面邊緣的速度應比中心高5%～10%，呈碟形分布。這樣，可以較好地保持所投放的模型在試驗段截面的中心區域運動。如果試驗段截面的分布仍像普通低速風洞那樣保持均勻，則尾旋模型就會更容易離開試驗區；在作傘一飛船組合體的動穩定性試驗時，由於傘通常有向速度高的區域移動的特點，這就要求試驗段截面氣流速度分布呈“反碟形”，即截面中心的氣流速應比周邊區域的速度高5%～10%。

“碟形”或“反碟形”的速度分布，可以在立式風洞蜂窩器前設計多層重疊放置的、不同覆蓋面的、不同規格的金屬絲網來實現。環形回流式立式風洞，能相對方便地實現這種速度分布。

試驗段風速的快速調節

在進行模型自由飛試驗時，由於投放的模型姿態的變化，很容易使模型脫離試驗區域，甚至可能發生損壞模型的危險。為此，風洞要設計～個快速調節試驗段氣流速度的調速系統。通常這個系統位於風扇前，要求能在2s之內將試驗段氣流速度從最大值減至40%，反之也能在3s之內使其由最大值的40%增至最大值。

這種調速裝置可以通過對其葉片角度的快速調節，來達到上述的目的。

我國發展

2005年9月，中國自行設計建造的第一座大型立式風洞，在位於川西北的空氣動力研究基地建成，並通氣試車成功。中國以前的風洞均為水平式風洞，這座立式風洞的建成，不僅填補了中國風洞家族中的空白，而且對中國國防科學技術的發展和國民經濟建設將發揮重大作用。

新建成的這座立式風洞總高55m，其中，試驗段直徑為5m，中心最大風速超過50m/s。風洞採用現代先進調速技術實現風速控制，總體水平居國際領先地位。這座立式風洞投入使用後，主要用於飛機失速/尾旋性能評估及改出特性研究、返回式衛星和載人飛船回收過程中複雜的空氣動力穩定性研究，以及其他相關領域的空氣動力研究。

立式風洞又稱“垂直風洞”。與水平式風洞相比，立式風洞的優點是模型重力平行於試驗段軸線，可以簡化模型旋轉中的平衡及迴轉部分的重量分量問題，更適宜做迴轉運動飛行狀態測力試驗，如飛機尾旋、無尾飛機翻滾和旋轉天平試驗。由於立式風洞設計和建造難度大，目前只有少數幾個已開發國家擁有這種風洞。