壓縮空氣釋放的風速變化

㈠ 風洞效應的種類

風洞種類繁多，有不同的分類方法。按實驗段氣流速度大小來區分，可以分為低速、高速和高超聲速風洞。
低速風洞
實驗段氣流速度在130米/秒以下(馬赫數≤0.4)的風洞。世界上第一座風洞是F.H.韋納姆於1869～1871年在英國建造的。它是一個兩端開口的木箱，截面45.7厘米×45.7厘米，長3.05米。美國的O.萊特和W.萊特兄弟在他們成功地進行世界上第一次動力飛行之前，於1900年建造了一個風洞，截面40.6厘米×40.6厘米,長1.8米,氣流速度為40～56.3千米/小時。以後,許多國家相繼建造了不少較大尺寸的低速風洞。基本上有兩種形式,一種是法國人A.-G.埃菲爾設計的直流式風洞；另一種是德國人L.普朗特設計的迴流式風洞,圖1是這兩種風洞結構示意圖。現在世界上最大的低速風洞是美國國家航空和航天局(NASA)埃姆斯(Ames)研究中心的12.2米×24.4米全尺寸低速風洞。這個風洞建成後又增加了一個24.4米× 36.6米的新實驗段，風扇電機功率也由原來25兆瓦提高到100兆瓦。
低速風洞實驗段有開口(見圖1實驗段)和閉口兩種形式,截面形狀有矩形、圓形、八角形和橢圓形等，長度視風洞類別和實驗對象而定。60年代以來，還發展出雙實驗段風洞，甚至三實驗段風洞。圖2為中國氣動力研究與發展中心的8米(寬)×6米(高)、16米(寬)×12米(高)閉口串列雙實驗段開路式風洞示意圖。
風洞介紹
風洞就是用來產生人造氣流(人造風)的管道。在這種管道中能造成一段氣流均勻流動的區域，汽車風洞試驗就在這段風洞中進行。汽車風洞中用來產生強大氣流的風扇是很大的，比如賓士公司的汽車風洞，其風扇直徑就達8.5m，驅動風扇的電動功率高達4000kW，風洞內用來進行實車試驗段的空氣流速達270km/h。建造一個這樣規模的汽車風洞往往需要耗 資數億美元，甚至10多億，而且每做一次汽車風洞試驗的費用也是相當大的。
在低速風洞中，常用能量比Er衡量風洞運行的經濟性。式中v0和A0分別為實驗段氣流速度和截面積；ρ為空氣密度；η和N 分別為驅動裝置系統效率和電機的輸入功率。對於閉口實驗段風洞Er為3～6。雷諾數Re是低速風洞實驗的主要模擬參數，但由於實驗對象和項目不同,有時尚需模擬另一些參數,在重力起作用的一些場合下（如尾旋、投放和動力模型實驗等）還需模擬弗勞德數Fr，在直升機實驗中尚需模擬飛行馬赫數和旋翼翼尖馬赫數等。
低速風洞的種類很多，除一般風洞外，有專門研究飛機防冰和除冰的冰風洞，研究飛機螺旋形成和改出方法的立式風洞，研究接近飛行條件下真實飛機氣動力性能的全尺寸風洞，研究垂直短距起落飛機(V/STOL)和直升機氣動特性的V/STOL風洞，還有高雷諾數增壓風洞等。為了研究發動機外部雜訊，進行動態模型實驗，一些風洞作了改建以適應聲學實驗和動態實驗要求。為了開展工業空氣動力學研究，除了對航空風洞進行改造和增加輔助設備外，各國還建造了一批專用風洞，如模擬大氣流動的速度剖面、湍流結構和溫度層結的長實驗段和最小風速約為0.2米/秒的大氣邊界層風洞，研究全尺寸汽車性能、模擬氣候條件的汽車風洞，研究沙粒運動影響的沙風洞等。
高速風洞
實驗段內氣流馬赫數為0.4～4.5的風洞。按馬赫數范圍劃分，高速風洞可分為亞聲速風洞、跨聲速風洞和超聲速風洞。
亞聲速風洞
風洞的馬赫數為0.4～0.7。結構形式和工作原理同低速風洞相仿，只是運轉所需的功率比低速風洞大一些。
跨聲速風洞
風洞的馬赫數為0.5～1.3。當風洞中氣流在實驗段內最小截面處達到聲速之後，即使再增大驅動功率或壓力，實驗段氣流的速度也不再增加，這種現象稱為壅塞。因此，早期的跨聲速實驗只能將模型裝在飛機機翼上表面或風洞底壁的凸形曲面上，利用上表面曲率產生的跨聲速區進行實驗。這樣不僅模型不能太大，而且氣流也不均勻。後來研究發現，實驗段採用開孔或順氣流方向開縫的透氣壁，使實驗段內的部分氣流通過孔或縫流出，可以消除風洞的壅塞，產生低超聲速流動。這種有透氣壁的實驗段還能減小洞壁干擾，減弱或消除低超聲速時的洞壁反射波系。因模型產生的激波，在實壁上反射為激波,而在自由邊界上反射為膨脹波,若透氣壁具有合適的自由邊界，則可極大地減弱或消除洞壁反射波系。為了在各種實驗情況下有效地減弱反射波，發展出可變開閉比（開孔或開縫占實驗段壁面面積的比例）和能改變開閉比沿氣流方向分布的透氣壁。第一座跨聲速風洞是美國航空咨詢委員會(NACA)在1947年建成的。它是一座開閉比為12.5%、實驗段直徑為 308.4毫米的開縫壁風洞。此後跨聲速風洞發展很快，到50年代就已建設了一大批實驗段口徑大於1米的模型實驗風洞。
超聲速風洞
洞內氣流馬赫數為1.5～4.5的風洞。風洞中氣流在進入實驗段前經過一個拉瓦爾管而達到超聲速。只要噴管前後壓力比足夠大，實驗段內氣流的速度只取決於實驗段截面積對噴管喉道截面積之比。通常採用由兩個平面側壁和兩個型面組成的二維噴管。噴管的構造型式有多種,例如:兩側壁和兩個型面裝配成一個剛性半永久性組合件並直接與洞體連接的固定噴管；由可更換的型面塊和噴管箱側壁組成噴管，並將噴管箱與洞體連接而成的固塊噴管；由兩塊柔性板構成噴管型面，且柔性板的型面可進行調節的柔壁噴管（圖3）。實驗段下游的超聲速擴壓器由收縮段、第二喉道和擴散段組成(圖4),通過喉道面積變化使超聲速流動經過較弱的激波系變為亞聲速流動，以減小流動的總壓損失。第一座超聲速風洞是普朗特於1905年在德國格丁根建造的,實驗馬數可達到1.5。1920年A.布澤曼改進了噴管設計,得到了均勻超聲速流場。1945年德國已擁有實驗段直徑約 1米的超聲速風洞。50年代，世界上出現了一批供飛行器模型實驗的超聲速風洞，其中最大的是美國的4.88米×4.88米的超聲速風洞。
現在建設的許多風洞，往往突破了上述亞聲速、跨聲速和超聲速單一速度的范圍，可以在一個風洞內進行亞聲速、跨聲速和超聲速實驗。這種風洞稱為三聲速風洞。中國氣動力研究與發展中心的1.2米×1.2米跨聲速、超聲速風洞（圖5）是一座三聲速風洞。
60年代以來，提高風洞的雷諾數受到普遍重視。跨聲速風洞的模型實驗雷諾數通常小於1×109，大型飛行器研製需要建造雷諾數更高（例如大於4×109）的跨聲速風洞,因而出現了增高駐點壓力的路德維格管風洞,用噴注液氮降低實驗氣體溫度、提高雷諾數的低溫風洞等新型風洞。低溫風洞具有獨立改變馬赫數、雷諾數和動壓的能力，因此發展很快。
高超聲速風洞
馬赫數大於 5的超聲速風洞。主要用於導彈、人造衛星、太空梭的模型實驗。實驗項目通常有氣動力、壓力、傳熱測量和流場顯示，還有動穩定性、低熔點模型燒蝕、質量引射和粒子侵蝕測量等。高超聲速風洞主要有常規高超聲速風洞、低密度風洞、激波風洞、熱沖風洞等形式。
常規高超聲速風洞
它是在超聲速風洞的基礎上發展起來的。圖6為高超聲速風洞示意圖。圖7為一座實驗段直徑為0.5米的暫沖式高超聲速風洞照片。
常規高超聲速風洞的運行原理與超聲速風洞相似，主要差別在於前者須給氣體加熱。因為在給定的穩定段溫度下，實驗段氣流靜溫隨馬赫數增加而降低，以致實驗段氣流會出現液化。實際上，由於氣流膨脹過程很快，在某些實驗條件下,存在不同程度的過飽和度。所以,實際使用的穩定段溫度可比根據空氣飽和曲線得到的溫度低。根據不同的穩定段溫度，對實驗氣體採用不同的加熱方法。在通常情況下，氣體燃燒加熱器加熱溫度可達750開；鎳鉻電阻加熱器可達1000開;鐵鉻鋁電阻加熱器可達1450開；氧化鋁卵石床加熱器可達1670開；氧化鋯卵石床加熱器可達2500開；以高純度氮氣為實驗氣體的鎢電阻加熱器可達2200開；石墨電阻加熱器可達2800開。早期常規高超聲速風洞常採用二維噴管。在高馬赫數條件下，喉道尺寸小，表面高熱流引起的熱變形使喉道尺寸不穩定，邊界層分布也非常不均勻，都會影響氣流均勻性。所以，後期大多數高超聲速風洞安裝了錐形或型面軸對稱噴管。錐形噴管加工容易,但產生錐型流場,所以後來逐漸被型面噴管代替。在馬赫數大於 7的情況下，對高溫高壓下工作的噴管喉道，一般用水冷卻。
常規高超聲速風洞的典型氣動性能以實驗馬赫數和單位雷諾數來表徵。以空氣作實驗氣體的典型風洞的實驗馬赫數為5～14,每米雷諾數的量級為3×106。為進一步提高實驗馬赫數和雷諾數，採用凝結溫度極低（4 開）的氦氣作實驗氣體，在室溫下馬赫數可達到25；加熱到1000開時馬赫數可達到42。
世界上第一座常規高超聲速風洞是德國在第二次世界大戰時建造的。這是一座暫沖式風洞。馬赫數上限為10，實驗段尺寸為1米×1米。德國戰敗，風洞未能完全建成。戰後，美國建造了多座尺寸在0.45米以上的常規高超聲速風洞，少數為連續式，大多為暫沖式。
低密度風洞
形成稀薄(低密度)氣體流動的高超聲速風洞。它為研製航天器提供高空飛行的氣動環境，也是研究稀薄氣體動力學的實驗工具。低密度風洞主要進行滑移流態和過渡流態下的實驗，主要模擬克努曾數、馬赫數、物面平均溫度和滯止溫度（氣體速度變成零時的溫度）之比（約為0.06～1）等參數,以及高溫低壓下的真實氣體效應。低密度風洞的原理和結構同常規高超聲速風洞相仿。同常規高超聲速風洞相比，它有以下特點：穩定段壓力和實驗模型尺寸均較常規高超聲速風洞成量級地減小；具有龐大的真空抽氣系統和優良的風洞密封性能；普遍採用深冷拉瓦爾管或小孔自由射流實驗技術，以解決由於低雷諾數、高馬赫數而引起的噴管邊界層加厚問題，從而能在更大的克努曾數下獲得供實驗用的、足夠尺寸的稀薄氣流區域；在相同的馬赫數下預防工作氣體液化的加熱要求較一般高超聲速風洞為低。但在低密度風洞實驗中，由於氣流密度小，實驗模型尺寸小，所以模型的氣動力、熱、壓力等均甚微弱，測量技術難度大。電磁懸掛天平、電子束裝置等非接觸測量技術已用於有關測量。圖8為低密度風洞示意圖。
激波風洞利用激波壓縮實驗氣體，再用定常膨脹方法產生高超聲速實驗氣流的風洞。它由一個激波管和連接在它後面的噴管等風洞主要部件組成。在激波管和噴管之間用膜片（第二膜片）隔開，噴管後面被抽成真空。圖9為反射型激波風洞原理示意圖。激波風洞的工作過程是：風洞啟動時主膜片先破開，引起驅動氣體的膨脹，產生向上游傳播的膨脹波，並在實驗氣體中產生激波。當此激波向下游運動達到噴管入口處時，第二膜片被沖開，因而經過激波壓縮達到高溫高壓的實驗氣體即進入噴管膨脹加速，流入實驗段供實驗使用。當實驗條件由於波系反射或實驗氣體流完而遭到破壞時，實驗就結束。激波風洞的實驗時間短，通常以毫秒計。激波風洞的名稱是赫茲伯格於1951年提出的。它的發展與中、遠程導彈和航天器的發展密切相關。50年代初至60年代中期，由於急需研究高超聲速飛行中出現的高溫真實氣體效應，激波風洞主要用於模擬高溫條件。60年代中期以後，由於需要戰略彈頭在低空作機動飛行，它即轉向於模擬高雷諾數，並於1971年首先實現了這種模擬的運行。早期的激波風洞採用直通型（入射激波在噴管入口處不反射而直接通過噴管）運行，因而實驗時間非常短（甚至短於1毫秒）,難以應用，因此又發展出反射型激波風洞。這種風洞有不同的運行方法，如適當選擇運行條件,通常可取得5～25毫秒的實驗時間。激波風洞實驗已確立為一種標準的高超聲速實驗技術，並已成為高超聲速氣動力數據的主要來源。實驗項目通常是傳熱、壓力、氣動力測量和流場顯示，此外還有電子密度測量等特殊項目。現有激波風洞運行的最高參數是:驅動壓力約為3400大氣壓（1大氣壓等於101325帕）；可以模擬 6.7千米/秒的飛行速度；氣流馬赫數達24；雷諾數達108（當馬赫數為8時）。
熱沖風洞
利用電弧脈沖放電定容地加熱和壓縮實驗氣體，產生高超聲速氣流的風洞。基本結構如圖10所示。運行前儲能裝置儲存電能，弧室充入一定壓力的氣體，膜片下游各部位被抽吸到真空狀態(一般不低於105帕)。運行時,儲存的電能以千分之一毫秒到幾十毫秒的時間在弧室內通過電弧放電釋放，以加熱和壓縮氣體;當弧室中壓力升高到某個預定值時,膜片被沖破;氣體經過噴管膨脹加速,在實驗段中形成高超聲速氣流；然後通過擴壓器排入真空箱內。與常規高超聲速風洞和激波風洞不同，熱沖風洞的實驗氣流是準定常流動(見非定常流動),實驗時間約20～200毫秒；實驗過程中弧室氣體壓力和溫度取決於實驗條件和時間，與高超聲速風洞和激波風洞相比大約要低10～50%。所以要瞬時、同步地測量實驗過程中實驗段的氣流參量和模型上的氣動力特性，並採用一套專門的數據處理技術。熱沖風洞的研製開始於20世紀50年代初，略後於激波風洞。原來是要利用火花放電得到一個高性能的激波管驅動段，後來就演變成熱沖風洞。「熱沖」這個詞是 R.W.佩里於1958年提出來的。
熱沖風洞的一個技術關鍵是將材料燒損和氣體污染減少到可接受的程度。採取的措施有：以氮氣代替空氣作為實驗氣體;減小暴露在熱氣體中的弧室絕緣面積;合理設計析出材料燒損生成微粒的電極和喉道擋板結構；適當選取引弧用的熔斷絲；限制風洞在弧室氣體溫度低於4000開下運行等。熱沖風洞的儲能裝置有電容和電感兩種方式。前者常用於儲存10兆焦耳以下的能量，後者多用於儲存5～100兆焦耳的能量。還有一種方式是電網直接供電，其能量一般為10兆焦耳量級，不同的電能利用方式要求有相應的充電放電系統。熱沖風洞的模擬范圍一般可以達到：馬赫數 8～22，每米雷諾數1×105～2×108。長達上百毫秒的實驗時間，不僅使它一次運行能夠完成模型的全部攻角的靜態風洞實驗，而且可以進行風洞的動態實驗，測量動穩定性，以及採用空氣作實驗氣體（溫度一般在3000開以下）進行高超聲速沖壓發動機實驗。
除上述風洞外，高超聲速風洞還有氮氣風洞、氦氣風洞、炮風洞（輕活塞風洞）、長沖風洞(重活塞風洞)、氣體活塞風洞、膨脹風洞和高超聲速路德維格管風洞等。
產生人工氣流並能觀測氣流或氣流與物體之間相互作用的管道裝置。風洞是空氣動力學研究和試驗中最廣泛使用的工具。它的產生和發展是同航空航天科學的發展緊密相關的。風洞廣泛用於研究空氣動力學的基本規律,以驗證和發展有關理論,並直接為各種飛行器的研製服務，通過風洞實驗來確定飛行器的氣動布局和評估其氣動性能。現代飛行器的設計對風洞的依賴性很大。例如50年代美國B-52型轟炸機的研製,曾進行了約10000小時的風洞實驗，而80年代第一架太空梭的研製則進行了約100000小時的風洞實驗。
設計新的飛行器必須經過風洞實驗。風洞中的氣流需要有不同的流速和不同的密度，甚至不同的溫度，才能模擬各種飛行器的真實飛行狀態。風洞中的氣流速度一般用實驗氣流的馬赫數(M數)來衡量。風洞一般根據流速的范圍分類：M<0.3的風洞稱為低速風洞,這時氣流中的空氣密度幾乎無變化；在 0.3<M<0.8 范圍內的風洞稱為亞音速風洞，這時氣流的密度在流動中已有所變化； 0.8<M<1.2 范圍內的風洞稱為跨音速風洞；1.2<M<5范圍內的風洞稱為超音速風洞;M≥5的風洞稱為高超音速風洞。風洞也可按用途、結構型式、實驗時間等分類。
低速風洞
直流式閉口實驗段低速風洞（圖1 ）是典型的低速風洞。在這種風洞中，風扇向右端鼓風而使空氣從左端外界進入風洞的穩定段。穩定段的蜂窩器和阻尼網使氣流得到梳理與和勻，然後由收縮段使氣流得到加速而在實驗段中形成流動方向一致、速度均勻的穩定氣流。在實驗段中可進行飛機模型的吹風實驗，以取得作用在模型上的空氣動力實驗數據。這種風洞的氣流速度是靠風扇的轉速來控制的。中國氣動力研究和發展中心已建成一座開路式閉口串列雙試段大型低速風洞，第一實驗段尺寸為12×16×25米3,最大風速為25米/秒，第二實驗段尺寸為8×6×25米3，最大風速為100米/秒。
迴流式風洞實際上是將直流式風洞首尾相接，形成封閉迴路。氣流在風洞中循環迴流，既節省能量又不受外界的干擾。風洞也可以採用別的特殊氣體或流體來代替空氣，用壓縮空氣代替常壓空氣的是變密度風洞，用水代替空氣的稱為水洞（見水槽和水洞）。
亞音速、跨音速、超音速風洞 暫沖下吹式三音速風洞(圖2 )是這種風洞的代表。這種風洞左端最上游為一壓縮空氣貯氣罐，其中壓強一般在 8個大氣壓以上。當隔斷貯氣罐與風洞的快速閥被打開時，壓縮空氣即經快速閥和調壓閥而流入穩定段。調壓閥能跟隨貯氣罐內的壓力下降而自動地逐漸開大，使穩定段保持恆定的壓強（以超音速實驗來說，這類風洞一般能保持恆定壓強約數十秒時間）。穩定段中的恆壓氣流經拉瓦爾噴管加速而達到超音速狀態，以一定的馬赫數(M>1)進入實驗段,以供超音速飛行器模型實驗之用。氣流流過實驗段後，再由超音速擴壓段和亞音速擴壓段降速升壓，並排放到外界大氣中去。為了降低排氣雜訊,在排氣口處設有消音塔。在進行跨音速實驗時,由於模型上產生局部激波，風洞實驗段的壁面必須做成多孔或開槽壁，以保證實驗段氣流的均勻性和消除壁面上的反射激波。中國建成的具有柔壁噴管的三音速風洞實驗段尺寸為1.2×1.2米2,跨音速時採用部分排氣在迴流道內循環的下吹－引射工作方式，超音速時為下吹工作方式。
高超音速風洞 如要在風洞中獲得更高 M數的氣流(例如M≥5),一般來說單靠上游高壓空氣的吹沖作用還不能產生足夠的壓力差，這時在風洞下游出口處接上一隻容積很大的真空容器，靠上沖下吸便可形成很大的壓差,從而產生M≥5的高超音速氣流。不過氣流在經過噴管加速到高超音速的過程中會急劇膨脹，溫度會隨之急劇下降，從而引起氣體的自身液化。為避免液化或模擬需要的溫度，必須在高超音速風洞中相當於穩定段處裝設加熱裝置。高超音速風洞依加熱原理和用途的不同有多種型式。暫沖式常規高超音速風洞（圖3 ）較為典型，它很像常規的超音速風洞。其他型式的風洞有激波風洞、炮風洞、熱沖風洞、長沖風洞、氣體活塞式風洞、電弧風洞等（見超高速實驗設備）。中國氣動力研究和發展中心的高壓－引射驅動的暫沖式常規高超音速風洞實驗段直徑為 0.5米。這個中心還建成一座實驗段直徑為2米的激波風洞。
專用風洞
為了滿足各種特殊實驗的需要，還可採用各種專用風洞，冰風洞供研究飛機穿過雲霧飛行時飛機表面局部結冰現象。尾旋風洞供研究飛機尾旋飛行特性之用。這種風洞的實驗段垂直放置，氣流上吹呈碟形速度分布，而且風速可以迅速改變，能托住尾旋模型使其不致下墜。
風洞是飛行器研製中必不可少的設備，風洞的規模和完善往往反映航空航天科學技術的發展水平。全世界的風洞總數已達千餘座，最大的低速風洞是美國國家航空航天局艾姆斯中心的國家全尺寸設備(NFSF)，實驗段尺寸為24.4×36.6米2,足以實驗一架完整的真飛機；雷諾數最高的大型跨音速風洞是美國蘭利中心的國家跨音速設備(NTF)，它是一座實驗段尺寸為2.5×2.5米2的低溫風洞，採用了噴注液氮的技術，用以降低實驗氣體溫度，從而使風洞實驗的雷諾數達到或接近飛行器的實際飛行值。現代最大的高馬赫數、高雷諾數氣體活塞式風洞還配有先進的測量顯示儀器和數據採集處理系統。風洞的發展趨勢是進一步增加風洞的模擬能力和提高流場品質，消除跨音速下的洞壁干擾，發展自修正風洞。計算機在風洞中的廣泛使用和計算空氣動力學的發展將大大提高風洞的實驗能力。（見彩圖）
汽車風洞
汽車風洞中用來產生強大氣流的風扇是很大的，比如賓士公司的汽車風洞，其風扇直徑就達8.5m，驅動風扇的電動功率高達4000kW，風洞內用來進行實車試驗段的空氣流速達270km/h。建造一個這樣規模的汽車風洞往往需要耗資數億美元，甚至10多億，而且每做一次汽車風洞試驗的費用也是相當大的。
汽車風洞有模型風洞、實車風洞和氣候風洞等，模型風洞較實車風洞小很多，其投資及使用成本也相對小些。在模型風洞中只能對縮小比例的模型進行試驗，其試驗精度也相對低些。實車風洞則很大，建設費用及使用費用極高。目前世界上的實車風洞還不多，主要集中在日、美、德、法、意等國的大汽車公司。氣候風洞主要是模擬氣候環境，用來測定汽車的一般性能(如空洞性能等)的風洞。國外的汽車公司在進行汽車開發時，其車身大都是先製成l：1的汽車泥模，然後在風洞中做試驗，根據試驗情況對車身各部分進行細節修改，使風阻系數達到設計要求，再用三維坐標測量儀測量車身外形，繪制車身圖紙，進行車身沖壓模具的設計、生產等技術工作。
風洞風景
陽春3月，記者走進我國自主設計建造的亞洲最大的立式風洞，領略風洞里獨特的風景。
置身人造「天空」
秦嶺之巔還殘雪點點，山腳之下已是桃花吐艷。汽車駛過一段蜿蜒的山路，眼前景象豁然開朗：翠綠的山林間，一座5層高的建築拔地而起。
「我們到了，這就是亞洲最大的立式風洞。」聽到陪同人員介紹，記者感到有些失望，因為眼前的景象與想像中完全不一樣。新建成的立式風洞不算高大，也不顯得很威武，甚至不如城市裡常見的摩天大樓。
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。技術人員對記者介紹：「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，記者發現這片人造「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跡。
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。
一路參觀，記者發現該風洞「亮點」多多：實現了兩個攝像頭同時採集試驗圖像，計算機自動判讀處理；率先將世界最先進的中壓變頻調速技術用於風洞主傳動系統控制，電機轉速精度提高50%……
負責人介紹說，立式風洞是我國龐大風洞家族中最引人矚目的一顆新星，目前只有極少數發達國家擁有這種風洞。
感受「風」之神韻
風，來無影去無蹤，自由之極。可在基地科研人員的手中，無影無蹤無所不在的風被梳理成循規蹈矩、各種強度、各種「形狀」的氣流。
記者趕得巧，某飛行器模型自由尾旋改進試驗正在立式風洞進行。
何謂尾旋？它是指飛機在持續的失速狀態下，一面旋轉一面急劇下降的現象。在人們尚未徹底了解它之前，尾旋的後果只有一個：機毀人亡。資料顯示，1966年至1973年，美國因尾旋事故就損失了上百架F-4飛機。
控制中心裡，值班員輕啟電鈕，巨大的電機開始轉動。記者不由自主地用雙手捂住耳朵，以抵擋將要到來的「驚雷般的怒吼」。可沒想到，想像中的巨響沒有到來，只有空氣穿流的淺唱低吟。30米/秒、50米/秒……風速已到極至，記者站在隔音良好的試驗段旁，卻沒有領略到「大風起兮」的意境。
你知道50米/秒風速是什麼概念？勝過颶風！值班員告訴記者，如果把人放在試驗段中，可以讓你體驗被風吹起、乘風飛翔的感覺。
我國首座立式風洞已形成強大的試驗能力。負責人告訴記者：該型風洞除可完成現有水平式風洞中的大多數常規試驗項目，還能完成飛機尾旋性能評估、返回式衛星及載人飛船回收過程中空氣動力穩定性測試等。
資料鏈接
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。風洞的大量出現是在20世紀中葉。到目前為止，我國已經擁有低速、高速、超高速以及激波、電弧等風洞。
中國川西大型風洞群
中國川西大型風洞群試驗能力進入世界先進行列，具有我國自主知識產權的磁懸浮模型今天在中國空氣動力研究基地低速風洞通過試驗鑒定。至此，該基地位於川西山區的亞洲最大風洞群已累計完成風洞試驗50餘萬次，獲得各級科技進步成果獎1403項，成為我國規模最大、手段齊備、綜合實力最強的國家級空氣動力試驗、研究和開發機構，其綜合試驗能力躋身世界先進行列。
改革開放以來，該基地依靠科技進步不斷提升綜合科研試驗能力，先後建成以低速風洞和跨聲速風洞為代表的52座風洞設備和專用設施，構成了亞洲最大的風洞群，擁有8座「世界級」風洞設備；建成峰值運算速度達每秒10萬億次的計算機系統，形成大、中、小配套，風洞試驗、數值計算和模型飛行試驗三大手段齊備，低速、高速、超高速銜接的設備群，能夠進行從低速到24倍聲速，從水下、地面到94公里高空范圍，覆蓋氣動力、氣動熱、氣動物理、氣動光學等領域的空氣動力試驗。
基地科研試驗能力大幅躍升，為武器裝備發展和國民經濟建設作出重大貢獻。從「殲-10」、「梟龍」戰機和「神舟」系列飛船，到磁懸浮、「和諧號」高速列車；從高達300多米的東方明珠塔，到橫跨30多公裏海面的杭州灣跨海大橋，都在這里進行過風洞試驗。至今，基地已累計取得國家級科技成果獎44項。

㈡ 風力發電是如何儲能的

風力發電儲能方式主要有飛輪儲能、抽水蓄能、液流電池、鋰電池、超級電容器、超導、壓縮空氣儲能等幾種形式。

飛輪儲能

飛輪儲能是一種機械儲能方式，其基本原理是將電能轉化為飛輪轉動的動能，並且長期儲存起來，需要時再將飛輪轉動的動能轉換為電能，供給電力用戶使用。高強度碳素纖維和玻璃纖維材料、大功率電力電子變流技術、電磁和超導磁懸浮軸承技術促進了儲能飛輪的發展。
飛輪儲能的功率密度大於5Kw/kg，能量密度大於20kwh/kg，效率大於90%。其優點在於無污染、無雜訊、維護簡單、可持續工作。飛輪儲能主要用於不間斷電源、應急電源、電網調峰和頻率控制。
目前飛輪儲能技術正在向大型機發展，其難點主要集中在轉子強度設計、低功耗磁軸承、安全防護等方面。

抽水儲能

抽水蓄能是在電力負荷低谷期將水從下池水庫抽到上池水庫，將電能轉化為重力勢能儲存起來，在電網負荷高峰期釋放上池水庫的水發電。
抽水蓄能的釋放時間可以從幾個小時到幾天，綜合效率在70—85%之間，主要用於電力系統的調峰填谷、調頻、調相、緊急事故備用等。抽水蓄能電站的建設受地形制約，當電站距離用電區域較遠時輸電損耗較大。

液流電池

液流電池或稱氧化還原液流蓄電系統，與通常蓄電池的活性物質被包容在固態陽極或陰極之內不同，液流電池的活性物質以液態形式存在，既是電極活性材料又是電解質溶液，它可溶解於分裝在兩大儲液罐的溶液中，由各個泵使溶液流經液流電池，在離子交換膜兩側的電極上分別發生還原和氧化反應。這種電池沒有固態反應，不發生電極物質結構形態的改變，與其它常規蓄電池相比，具有明顯的優勢。
液流電池的儲能容量取決於電解液容量和密度，配置上相當靈活只需增大電解液容積和濃度即可增大儲能容量，並且可以進行深度充放電。 鋰離子蓄電池
鋰離子電池與現有的鉛酸電池、鎳氫電池等電池相比有諸多優點，如無記憶效應、高工作電壓、低自放電率、無環境污染性、高能量密度等，在電子消費品領域應用十分普遍。現在國內外都在大力研發新式的儲能電池，其中鋰離子蓄電池備受關注。
磷酸亞鐵鋰電池是最有前途的鋰電池。磷酸亞鐵鋰材料的單位價格不高，其成本在幾種電池材料 中是最低的，而且對環境無污染。磷酸亞鐵鋰比其他材料的體積要大，成本低，適合大型儲能系統。

由於工藝和環境溫度差異等因素的影響系統指標往往達不到單體水平，使用壽命只要單體電池的幾分之一甚至十幾分之一。大容量集成的技術難度和生產維護成本使這種電池短期內很難在電力系統中規模化使用。

超級電容器

超級電容器又可稱為超大容量電容器、雙電層電容器、（黃）金電容、儲能電容或法拉電容。眾所周知，化學電池是通過電化學反應，產生法拉第電荷轉移來儲存電荷的，而超級電容器的電荷儲存發生在電極\電解質的形成的雙電層上以及在電極表面進行欠電位沉積、電化學吸附、脫附和氧化還原產生的電荷的遷移。與傳統的電容器和二次電池相比，超級電容器的比功率是電池的10倍以上 ，儲存電荷的能力比普通電容器高 ，並具有充放電速度快、對環境無污染、循環壽命長、使用的溫限范圍寬等特點。在風力發電系統直流母線側並入超級電容器，不僅能想蓄電池一樣儲存能量，平抑由於風力波動引起的能量波動，還可以起到調節有功無功的作用。
但由於超級電容器較為昂貴，在電力系統中多用於短時間、大功率的負載平滑和電能質量調節，如大功率直流電機的啟動支持動態電壓恢復等，在電壓跌落和瞬態干擾時提高供電水平。

超導儲能

超導儲能系統是利用超導線圈將電磁能直接儲存起來，需要時再將電磁能返回電網或其它負載的一種電力設施，它是一種新型高效的蓄能技術。超導蓄能系統主要由電感很大的超導蓄能線圈、使線圈保持在臨界溫度以下的氦製冷器和交直流變流裝置構成。
當儲存電能時，將風力發電機的交流電，經過交-直流變流器整流成直流電，激勵超導線圈。發電時，直流電經逆變器裝置變為交流電輸出，供應電力負荷或直接接入電力系統。由於採用了電力電子裝置，這種轉換非常簡便、響應極快，並且儲能密度高，結構緊湊。不僅可用於降低甚至消除電網的低頻功率振盪，還可以調節無功功率和有功功率，對於改善供電品質和提高電網的動態穩定性有巨大的作用。它的蓄能效率高達90%以上，遠高於其他蓄能技術。小容量超導蓄能裝置已經商品化。供電力系統調峰用的大規模超導蓄能裝置，在大型線圈產生的電磁力的約束、製冷技術等方面還未成熟，各國正在加緊研究。

壓縮空氣儲能

壓縮空氣儲能是在電力系統峰荷時，利用壓縮空氣儲存的能量發電，向系統供電；在系統低谷時，利用電網中的富餘電力，通過空氣壓縮機儲存能量。與抽水儲能方式相似，這種儲能方式也需要特定的地形條件，即需要特定的洞穴用於儲存風能。在風力強，用電負荷小時，將風力發電機發出的多餘電能將空氣壓縮並儲存在洞穴中；而在無風或負荷增大時，則將儲存在洞穴內的壓縮空氣釋放出來，形成高速氣流，推動渦輪機轉動，並帶動發電機發電，供應負荷。壓縮空氣蓄能發電系統的關鍵是氣室的密封性、經濟性、可靠性等。
除此之外，還有一些風力發電儲能技術：

鉛酸電池

鉛酸蓄電池主要特點是採用稀硫酸做電解液，用二氧化鉛和絨狀鉛分別做為電池的正極和負極的一種酸性蓄電池，具有成本低、技術成熟、儲能容量大（已達到MW 級）等優點，主要應用於電力系統的備載容量、頻率控制，不斷電系統。然而，它的缺點是儲存能量密度低、可充放電次數少、製造過程中存在一定污染等。 鎳鎘電池
鎳鎘電池正極板上的活性物質由氧化鎳粉和石墨粉組成，石墨不參加化學反應，其主要作用是增強導電性。負極板上的活性物質由氧化鎘粉和氧化鐵粉組成，氧化鐵粉的作用是使氧化鎘粉有較高的擴散性，防止結塊，並增加極板的容量。電解液通常用氫氧化鉀溶液。鎳鎘電池具有大電流放電特性、耐過充放電能力強、維護簡單、循環壽命長等優點，最早應用於手機、筆記本電腦等設備。當然，鎳鎘電池的「記憶效應」會逐漸降低電池的容量。此外由於其存在重金屬污染已被歐盟組織限用。