日前，据央视报道，中国在北京怀柔科学城建成了可以模拟速度高达30马赫的JF-22超高速激波风洞。JF-22激波风洞始建于2018年，在2021年8月完工，全长167米，喷管出口2.5米，实验舱直径4米，模型最大尺寸达到8米可以实现每秒10公里的超高速气流，相当于30倍音速（30马赫）的飞行条件，还能够实现长达40毫秒的10马赫稳定气流。
此前，JF-22激波风洞与2012年建成的JF-12激波风洞，可实现每秒1.5到3公里和每秒3到10公里的实验条件，共同构成覆盖马赫数5到25、飞行高度25到90公里的气动实验平台，使我国成为高超音速领域具备覆盖全部“飞行走廊”实验能力的国家。
“风洞”这一科技术语，成为大众口中的又一热词。提到风洞，可能大家比较陌生。
这可不是黑洞、虫洞一类的东西。
那么，什么是风洞？它的具体用途和种类是什么，尤其是在国防军事领域担当了哪些角色？
01、风洞是什么
风洞（wind tunnel），即风洞实验室，是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力试验最常用、最有效的工具。
在今的科学研究和工程实践中，风洞是开展物体空气动力试验、进行理论验证及和产品设计研发必备的最有效的设备之一。
风洞的分类：
（1）按试验段流速分类
风洞一般根据试验段的流速范围进行分类，气流速度一般用试验气流的马赫数(Ma数=飞行速度/声速,用于表征飞行器的飞行速度,反映飞行器飞行时周围空气的压缩程度)来衡量。
当Ma<0.3的风洞称为低速风洞，这时气流中的空气密度几乎无变化，主要适用于建筑物、桥梁和车辆、舰艇、低速航空飞行器等，还可用于体育运动等；
当0.3<Ma<0.8范围内的风洞称为亚音速风洞，这时气流的密度在流动中已有所变化；
0.8<M<1.2范围内的风洞称为跨音速风洞；
1.2<M<5范围内的风洞称为超音速风洞；
Ma>5的风洞称为高超音速风洞。
马赫数在0.3至5之间的风洞，主要适用于枪弹、炮弹、巡航导弹、近程弹道导弹以及高速航空飞行器等；马赫数大于5的高超声速风洞，则可以应对各种运载火箭、航天飞行器、空天飞机、高超声速飞行器、高超声速武器、中远程弹道导弹等。
（2）按动力驱动方式分类
按照动力驱动方式还可分为连续式和暂冲式。
连续式风洞：由风扇压缩机系统驱动气流在风洞回路中运动。优点是运行时间长,运行成本较低；缺点是技术较为复杂,建设成本较高。
暂冲式风洞：由预先压缩的高中压气源驱动或真空罐抽吸形成流动。其优点是建设技术相对简单，建设成本低；缺点是运行时间短,运行成本高。
（3）按用途分类
此外，根据用途不同，风洞还可分为常规风洞和特种试验设备，典型的特种试验设备包括结冰风洞、声学风洞、电弧风洞、激波管、弹道靶等。
风洞试验段尺寸也决定了试验模型的大小。一般风洞试验模型尺寸比真实飞行器尺寸小得多,当模型尺寸太小时,飞行器上的几何细节和小部件难以模拟。风洞越大,试验模型尺寸就越大,模型保真度就越高,试验数据就越可靠。但是风洞尺寸越大,建设难度越大、运行成本也越高。
02、风洞的用途
风洞尽管诞生于飞机等航空飞行器的发展早期，其进步也始终与航空和航天紧密相关，但随着科技的发展驱动和需求牵引，如今它却在很多其他领域都有着重要应用。从飞机到飞船，从火箭到导弹，从汽车到高铁，从大桥到高楼，从体育到军事……风洞实验无处不在，与我们的生活息息相关。
日常生活中见到或用到的一些物体，比如城市中直冲云端的摩天大楼、运动会场馆上高耸的火炬塔、空旷原野或山坡上直立的风能发电用扇叶、公路上跨度大而高的立交桥或跨海大桥和大长度斜拉索桥，还有运送人员货物的汽车、船舶、飞机、高速列车等，它们在建造或制造过程中大都要经历风洞试验，以了解风阻的大小、气流的扰动、流场的形状、姿态的受力、升力的变化等各种气动和运动情况以及声场分布情况，为它们的结构和外形设计以及降噪消噪和性能改进采集数据、确定方案。
风洞在国防和军事领域就更为重要，它除了用于士兵特种训练（如跳伞、滑翔、翼装飞行等），开发、设计和改进特战装备（如伞具、滑翔器具、单兵飞行器具等）外，还是很多武器装备研究和试验的核心设备之一。
由于战斗机、航天器、舰艇、火箭、导弹等尖端武器，要求运动速度更快、机动能力更好、静音水平更高、生存能力更强，它们所面临的气动环境要复杂严酷得多，必须利用风洞模拟各种气流和风力来进行试验，观察气动现象和运动特性及噪声来源等情况。
风洞被喻为“飞行器的摇篮”，一度流传着“有什么样的风洞，才能有什么样的飞机、飞船、火箭、导弹”的说法。飞机、导弹、火箭等飞行器在首飞之前，需要进行成千上万次风洞实验。风洞提供不同流速、不同密度、不同温度等飞行环境，模拟飞行器的真实飞行状态，确定飞行器的气动布局并评估其气动性能。
据报道，20世纪50年代美国B-52型轰炸机的研制，曾进行了约10000小时的风洞实验；80年代第一架航天飞机的研制，则进行了约100000小时的风洞实验
03、我国风洞发展史
世界上最早的风洞，是由英国航空学会的理事会成员Frank H. Wenham于1871年建造的。1901年，当时的莱特兄弟在发明飞机期间，也采用了风洞这种实验方法，成为了飞机的发明者。他们使用的风洞的复制品，至今还保存在美国国家航空航天博物馆中。
飞机问世后不久，就迎来了它发挥威力的舞台，那就是第一次世界大战。参战国意识到这种工具的巨大优势，因此投入了极大的研究力度。为了更快速地发展航空业，就离不开风洞实验室。由于当时战争主要发生在欧洲，与风洞相关的许多技术都在这些国家得以大力发展。
我国最早的风洞，建成于1936年。遗憾的是，当时我国正处在最虚弱的时期，后来在抗日战争中，这个风洞也被日军炸毁了。后来我国又尝试建造风洞，日军为了遏制我国在空气动力学方面的研究，阻止我国发展航空航天技术，又将其炸毁。从日本的态度中，我们也可以看出风洞的重要性，也看到了国家独立、富强的重要性。
建国初期，我国仍然处于民生凋敝的状态中，百废待兴，风洞的研究也迟迟没有明显的进展。到了1955年，我国的空气动力学研究终于迎来了曙光，因为这一年发生了一件大事——钱学森回来了。
美国当初百般阻挠，不让钱学森回到国内，就是害怕他渊博的学识和长远的眼光带领我国走上快速发展的道路。美国人甚至说：钱学森一个人就抵得上两个师。
事实证明，这个说法还是过于委婉了，钱学森回国之后，就大力倡导我国开展航空航天事业。如今，我国在这两个领域都已经达到世界领先的水平，并且越来越缩小与美国的差距，可见钱学森的伟大和重要意义。
刚刚回国，钱学森就筹建中国科学院力学研究所，并于1956年得到批复。不仅如此，在他的影响下，另一位科学家——郭永怀也回到了祖国，两个人共同组成了我国风洞研制的中流砥柱。
在六十年代初，我国成功研制了JF4直通型激波风洞和JF4A反射型激波风洞，实现了从0到1的突破。凭借我国科学家的智慧，我国又在1968年建成了JF8激波风洞，短短几年的时间，我们的风洞就从无中生有发展到了国际水平。
1968年，在钱学森和郭永怀的倡议下，我国又在四川组建了中国空气动力研究与发展中心，这是我国风洞建设历史的重要篇章。时至今日，这里不仅是我国规模最大、综合实力最强的风洞试验基地，也是亚洲最大的风洞群，在许多领域都拥有着世界最高的水平。
1999年，我国又建成了氢氧爆轰驱动高焓激波风洞（JF10），这是世界上首座成功运行的爆轰驱动激波风洞，为我国高超声速风洞的研究奠定了坚实的基础。
04、风洞的重要性
风洞并非人们想象中的只要依靠风机风扇就行的低科技含量设备，而是一种“高大上”的复杂的系统集成项目，其设计和建设要涉及众多学科、跨越很多专业。
据统计，风洞涵盖了包括气动力学、结构力学、材料学、计算机、控制学、声学等20多个学科或专业领域，需要综合动力、电力、机电、控制、测量、模型制作等多种先进技术，配置传感、观察、摄像、测量、记录、消音、加热等多项附属设备，需要巨额预算提供支撑。一般来说，风洞产生的风速越高，造价、技术难度等也越高。
所以说，风洞体现了一个国家综合国力的强弱，反映了一个国家科技和工业发展及国民经济的现状，代表了一个国家空气动力学的试验水平，往往被作为国家的重要战略资源。
中国早已迈入了风洞强国之列，四川绵阳中国空气动力研究与发展中心拥有包括低速、高速和高超声速以及多声速、跨声速、激波等全球门类最为齐全的风洞群就是明证。
中国技术先进的风洞，有力地支撑了基建、造船、航空、航天、国防军事等领域的发展和壮大。近年来，为中国“吹出”了多种最新战机和先进导弹。
文章来源： 中国机械工程学会， 海军研究院，姿势分子knowledge