校准风洞实验室是确保空气动力学实验数据准确性和一致性的核心环节。在校准风洞实验室中，模型受到人工控制的气流冲击，以模拟真实飞行或行驶条件，也可为后续的工程设计、性能预测和优化提供了可靠的依据。今天我们来看看究竟什么是校准风洞。

一．什么是风洞

风洞实验室，本质上正如其名，是一种人工构建的管道式实验装置，通过产生受控的人工气流，模拟飞行器或实体周围的气体流动环境。这种模拟测试对于飞行器动力装置的性能评估与优化至关重要，因为在实际飞行环境中直接测试不仅成本高昂，而且风险巨大。

风洞的历史可追溯至19世纪，1871年，英国航空学会的Frank H. Wenham率先构建了世界上首个风洞，开启了风洞实验的先河。随后，在航空史上的里程碑事件中，著名的莱特兄弟在1901年发明飞机的过程中，亦充分利用了风洞实验，对飞机的气动性能进行了详尽的研究与改进。莱特兄弟所使用的风洞模型，至今仍珍藏于美国国家航空航天博物馆，作为早期航空科研的重要见证。

风洞实验不仅限于飞行器的气动特性研究，还广泛应用于汽车、船舶等领域的空气动力学优化。通过精确控制风速、温度、湿度等参数，研究人员能够对实体模型在不同流场条件下的表现进行详尽分析，从而指导设计与制造，确保产品在真实使用环境中的性能与安全。

二．风洞的分类

风洞根据其操作时气流速度与声速的比例，即马赫数（Ma），可以分类如下：

当马赫数小于0.4（Ma < 0.4）时，被称为低速风洞；

当马赫数从从0.4至低于5（0.4 ≤ Ma < 5），被称为高速风洞；高速风洞是涵盖了一个更广泛的马赫数范围，，这一类别还可以进一步细分：

跨声速风洞，马赫数介于0.4到1.4之间（0.4 ≤ Ma < 1.4），适合研究在接近音速时发生的流体动力学效应。

超声速风洞，马赫数在1.4至5之间（1.4 ≤ Ma < 5），用于测试和分析高于音速但不超过五倍音速的气动特性。

超高速风洞，指那些马赫数达到或超过5（Ma ≥ 5）的设施，它们用于探索极端超音速条件下飞行器的性能和行为。

随着时间的推移，风洞技术的应用范围已经远远超越了最初的航空领域，其多样化的形式和广泛的用途正在深刻影响着现代科技与生活的多个层面。除了作为飞行器设计与性能测试的基石，风洞也被应用于高速列车、标志性建筑、大型桥梁等结构工程的空气动力学研究中，例如“和谐号”高速列车的流线型设计、东方明珠塔的抗风性能、以及杭州湾跨海大桥的风荷载分析，都得益于风洞实验的精准数据。

不仅如此，风洞技术在体育科学中的应用也日渐成熟，特别是在2022年北京冬奥会前夕，我国运动员便利用风洞进行了针对性的模拟训练。这种训练方式不仅摆脱了天气条件的限制，还提供了与教练实时交流的机会，更重要的是，它极大减少了训练中的受伤风险，为运动员们在冬奥会上的出色表现奠定了坚实的基础。

三．民营校准风洞的发展

近些年，在空气动力学领域除了将风洞实验室应用于航空航天、军工制造等国用精密仪器领域外，风洞实验室在飞机发动机，燃气轮机等民用方面也有着众多应用。

近年来，民用领域对于风洞实验室的需求在不断增加，国内风洞实验室数量已远远满足不了客户需求。但由于风洞实验室建设中设备需要投入大额资金，目前国内风洞实验室少数存在于大型企业，仅为自用不对外开放；大多数存在于高校、科研院所中，高校和科研院所主要用于学术研究外，偶尔会对外提供服务，但由于都有主职科研任务，在系统化售后服务方面相较于企业并不完善。

民用领域对风洞试验设施的需求持续攀升，然而，国内现有的风洞实验室数量远未达到供需平衡的状态。风洞实验室的建设和维护需要巨额投资，这导致此类设施在国内相对稀缺，主要集中在一些大型企业手中，这些企业通常只为内部研发需求设立实验室，并不向外界开放服务。

同时，多数风洞实验室设在高校及科研机构内，除了承担学术研究的主要职责之外，也会间歇性地为外部客户提供服务。然而，由于高校和科研单位的核心任务侧重于科学研究，他们在提供商业化服务尤其是系统化的售后支持方面，往往不如专门的企业那样专业和完善。

在这种情况下，大连温特纳科技有限公司（以下简称“温特纳”） 于2022年建成国内首个对外开放的民营超音速校准风洞实验室。

温特纳风洞实验室操作人员由专业的空气动力学技术人员组成，不但能为客户提供专业的流场测量服务及指导，还为客户提供7*24小时及时应对服务。温特纳风洞实验室硬件质量过硬，软件技术先进，专人专责维护运行，确保实验测试能够顺利进行。

经过发展，温特纳检测中心现有三个校准风洞实验室，包括低速风洞实验室、亚音速风洞实验室和超音速风洞实验室。风洞实验室按照CNAS检测和校准实验室能力认可标准进行建设和运行，校准实验室可进行气动探针校准、叶栅试验、小型无人机试验、消音器试验等风洞试验。

3.1温特纳低速风洞实验室

温特纳低音速校准风洞，凭借其0.2至30米每秒的宽广速度范围和≤0.005的流场稳定性，成为了皮托管、风速传感器等测量设备校准的首选平台。

3.2温特纳超音速校准风洞

温特纳超音速校准风洞作为航空航天技术领域的一项重要工具，在研究和开发高性能飞行器方面发挥着不可替代的作用。这类风洞能够模拟从亚音速到超音速的气流环境，为气动探针和其他气流测量设备提供精确的校准条件，确保它们在真实飞行条件下的准确性和可靠性。

温特纳超音速校准风洞的速度范围覆盖了0.1到2.0马赫（Ma），这意味着它可以模拟从低速到超音速的多种飞行条件。这对于校准不同类型的气动探针至关重要，因为每种探针的设计都针对特定的飞行环境。例如，亚音速气动探针需要在较低的马赫数下进行校准，而超音速气动探针则需要在更高的马赫数下进行测试。

此外，该风洞的喷口直径可变范围为30mm至60mm，这为实验提供了更大的灵活性，可以根据不同的测试需求调整气流的流量和速度分布。而流场均匀性和稳定性分别控制在≤0.005和≤0.004之内，则意味着它能够提供极其稳定的测试环境，这是保证校准精度的关键因素之一。

对于气流温度传感器来说，温特纳超音速校准风洞同样具有重要意义。这些传感器通常安装在飞行器上，用于实时监测气流温度变化，进而帮助控制飞行器的性能。通过在风洞中进行校准，可以确保传感器能够在各种飞行条件下提供准确的数据。

3.3温特纳亚音速校准风洞

温特纳亚音速校准风洞专门用于亚音速气动探针及气流温度传感器的校准工作。其速度范围覆盖0.1至0.9马赫（Ma），喷口直径可在20mm至30mm之间调整，这些参数使得该风洞能够模拟出与实际飞行环境高度相似的气流条件。同时，风洞内部的流场均匀性和稳定性分别控制在≤0.01和≤0.003的高标准范围内，确保了测试数据的高度精确度。

对于亚音速气动探针而言，温特纳亚音速校准风洞提供的稳定且均匀的气流环境，使其能够在校准过程中获得可靠的数据，从而确保探针在实际应用中的准确性和稳定性。这对于飞机等飞行器的设计与制造至关重要，因为精确的气动数据是优化飞行性能、提高安全性的基础。

此外，温特纳亚音速校准风洞还用于气流温度传感器的校准。这类传感器负责监测飞行过程中的气流温度变化，对于评估飞行器热力学状态及预测潜在问题具有重要意义。通过在风洞中模拟各种亚音速飞行条件，可以确保传感器在校准后能在实际飞行中提供准确可靠的温度数据。

四．校准风洞的基本结构与工作原理

校准风洞是一种专门设计的实验装置，用于精确模拟并控制气流状态，以便对各类风速仪、风压传感器、气象仪器以及飞行器模型等进行性能测试和校准。这一科学设施在航空、航天、气象学、建筑物理学、汽车工业等诸多领域中扮演着至关重要的角色。

五．校准风洞设备有哪些？

5.1风洞主体结构

风洞的主体结构是整个试验的核心部分。它通常包括一个大型的、封闭的测试段，以及与之相连的收缩段、稳定段和扩散段。这些部分共同构成了风洞的主体框架，为模拟气流提供了必要的空间。

5.2压气机 

压气机是风洞的动力源，负责产生和维持气流。在小型风洞中，通常采用风扇作为动力源；而在大型、高速风洞中，则需要使用强大的压气机来产生所需的气流速度和压力。

5.3测量和控制系统

校准风洞试验中，需要对气流速度、压力、温度等参数进行精确测量。因此，温特纳的校准风洞中配备了各种传感器和测量设备，如热线风速仪、压力计、温度计等。同时，为了确保试验的稳定性和准确性，还需要有完善的控制系统，对压气机、测量设备等进行精确控制。

5.4模型支撑和定位系统

在校准风洞试验中，通常需要放置不同形状和尺寸的模型进行测试。因此，校准风洞中还需要有模型支撑和定位系统，确保模型能够准确地放置在测试段的预定位置，并能够进行必要的调整。

5.5数据采集和分析系统

校准风洞试验过程中产生的大量数据需要被及时采集、存储和分析。因此，温特纳校准风洞中配备有高性能的WindLabX测控软件，能够将传感器测得的数据实时传输到计算机进行分析。温特纳的WindLabX软件利用先进的LabVIEW可视化编程技术，精准操控硬件设备，确保探针对不同角度、不同间距的测点进行精确测量。其强大的实时数据采集分析能力、直观友好的人机交互界面，以及对数据库存储、报警提示等功能的支持，使得科研人员可以便捷地对实验数据进行全面而深入的研究。

这些设备的协同工作，为校准风洞试验提供了坚实的物质和技术支持，确保了试验的顺利进行和结果的准确性。

六、校准风洞实验中的重要参数有哪些

在进行风洞试验时，需仔细考虑一系列参数，以确保试验结果的准确性和可靠性。

6.1.风速

这是校准风洞试验中最为关键的参数之一，风速的大小和稳定性直接影响试验结果。

6.2.风向

风向的变化可能导致流场分布不均，从而影响校准风洞的准确性。

6.3.模型尺寸

模型的尺寸需与真实对象成比例，以确保试验结果的准确性。

6.4模型形状

模型的形状应尽可能还原真实对象，以模拟真实环境下的风流与物体的相互作用。

6.5模型材料

模型材料的选择应考虑到其对风流的阻力、重量和稳定性等因素。

6.6温度

温度的变化会影响风流的密度和粘性，从而影响校准风洞的结果。

6.7压力

压力的变化同样会影响风流的性质。

6.8湿度

湿度对风流的影响主要体现在其粘性上，湿度的变化可能会影响校准风洞试验的结果。

6.9数据采集频率

数据采集的频率应合理设置，既要确保捕捉到关键数据，又要避免过于频繁的数据采集导致数据冗余。

6.10重复试验次数

为了验证试验结果的可靠性，通常需要进行多次重复试验。

七、校准风洞的应用

7.1.航空航天领域

校准后的风洞能够精确模拟飞行器在各种速度、高度、攻角下的气动特性，对飞机、导弹、卫星等的设计优化、性能验证、故障分析起到决定性作用，极大地降低了实物试飞的风险和成本。

7.2.汽车制造业

风洞试验对于车辆的空气阻力、行驶稳定性、NVH（噪声、振动与声振粗糙度）特性、冷却系统效能等关键性能评估至关重要。经过校准的风洞能提供精准数据，指导汽车制造商优化车身造型、降低油耗、提升驾驶安全性与舒适性。

7.3建筑与城市规划

风洞试验有助于评估建筑物、桥梁、大型结构物的风荷载、风致振动及行人风环境舒适度，对建筑设计的抗风性能优化、城市风环境改善具有重要指导意义。

7.4.能源工程

在风电设备研发中，风洞可以模拟复杂风况，对风力发电机叶片的气动性能、载荷分布、疲劳寿命等进行测试，助力提升风电设备的发电效率和可靠性。

随着全球气候变化、城市化加速、新能源技术发展等趋势，新的科研与工程问题不断涌现，如极端气候下建筑结构的安全评估、城市微气候优化、新型飞行器设计等。校准风洞凭借其精准模拟风环境的能力，将持续在这些新兴领域发挥关键作用，推动相关科学技术的进步，为应对未来的挑战提供强大支持。温特纳校准风洞实验室也将持续创新，期望未来能为推动科研进步贡献自己的力量，实现新的突破。