风洞
管道状的实验设备
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风洞（Wind Tunnel）即风洞实验室，[2]是一种管道状试验设备，能人工产生和控制气流，用以模拟物体周围气体的流动，并可观察和度量气流对物体的作用。它是根据相对运动原理建立的。风洞试验成本低，操作方便，安全可靠，是进行真实流动试验的首选。[1][4][5][6][7]
世界上公认的第一个风洞是英国人韦纳姆(E.Mariotte)于1869～1871年建成，并测量了物体与空气相对运动时受到的阻力。[8]它是一个两端开口的木箱，截面45.7厘米×45.7厘米，长3.05米。[9]1901年，美国的莱特（Wright）兄弟为世界上第一架飞机的发明建造了风洞，风速为11-15米/秒。[8][10]1916年，真正现代意义上的风洞——普朗特风洞，在德国哥廷根大学建成。[8]20世纪20年代前后至40年代，飞行器速度从亚音速跨越到超音速界限，大型跨音速风洞成为必备的基础性设施。[11]1932年，瑞士阿克雷特建成了世界上第一座超声速风洞。[11]1956年，美国建成当时世界上最大的跨超声速风洞。[11]到了20世纪中叶，大量风洞相继出现。[8]随着工业技术的发展，从20世纪60年代开始，风洞试验从航空航天领域扩大到一般工业部门。[12]1962年，美国J.E.Cermak在科罗拉多州大学建成了长试验段的大气边界层风洞，[8]从20世纪80年代开始，大气边界层风洞的模拟技术、特别是大尺度湍流的模拟技术有了较大发展。[8]到2006年为止，全世界的风洞总数已达千余座。[13]2012年，在中国中科院力学所钱学森工程科学实验基地，研制成功国际首座可复现高超声速飞行条件的超大型激波风洞JF12，它也是世界最长的激波风洞。[14][15]截至2022年，世界上已经有了很多规模非常大的风洞。[5]2023年，中国科学院力学研究所的“爆轰驱动超高速高焓[hán]激波风洞（JF-22）”通过验收，其可以复现约30倍声速的飞行条件。[16]
风洞的构成大致分为管道系统、动力系统和测量控制系统。[3]风洞的类型有很多，根据不同角度有不同分类。[17]风洞这种实验方法，优点是试验条件易于控制、流动参数可独立变化、不易受大气环境变化的影响、测量方便准确。[3]缺点是试验数据的准确度受到多种因素的影响，难以满足全部相似准则，但可通过数据修正方法部分克服。[3][18]此外，风洞实验段的流场品质，如气流速度分布均匀度、平均气流方向偏离风洞轴线的大小、沿风洞轴线方向的压力梯度、截面温度分布的均匀度、气流的湍流度和噪声级等指标，必须符合一定的标准，并定期进行检查测定。[19]现代风洞的发展趋势是进一步增加风洞的模拟能力和提高流场品质，消除跨音速下的洞壁干扰，发展自修正风洞。[13]
利用风洞可以进行风洞基础性研究实验和工程性的实验。[20] 风洞是进行空气动力实验最常用、最有效的工具，是飞行器研制中必不可少的设备。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用，随着工业空气动力学的发展，在交通运输、房屋建筑、风能利用等领域也得到越来越广泛的应用。[21]