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风洞的前辈是谁？
2018-02-26 11:55:28·
风洞是利用运动相对性原理和流动相似性原理，模拟飞行器或地面车辆周围气流状态和环境条件的人造管道，是空气动力学研究的重要试验设备。那么在空气动力学研究早期，工程师们使用了什么设备进行研究？本期文章将带你了解风洞父辈的故事。能够御风而行，是人类千百年来的梦想，早期的科学家为了能够实现人类飞翔的梦想，在各
风洞是利用运动相对性原理和流动相似性原理，模拟飞行器或地面车辆周围气流状态和环境条件的人造管道，是空气动力学研究的重要试验设备。那么在空气动力学研究早期，工程师们使用了什么设备进行研究？本期文章将带你了解风洞父辈的故事。
能够御风而行，是人类千百年来的梦想，早期的科学家为了能够实现人类飞翔的梦想，在各种方面进行了勇敢的探索，可以说1903年12月7日北卡罗莱纳基蒂霍克海滩上那凌空一跃饱含了先驱们大无畏精神的勇气。
在陆地，人们在更早的时候便开始了对极速的追求，从1880年第一辆汽车的16km/h逐渐提升，不断刷新陆地地面车辆行驶的极限。
不论是天空还是陆地，在人们对速度的追求过程中都需要工程师对车身或机身周围的气流有更加深入的认识，对其背后所蕴含的流体力学原理进行研究。
奔驰W125时速达到431km/h
莱特兄弟试飞第一架飞机
另一种思路
我们知道对于同一个物体，由于选取的参照物不同，我们可以说它是运动的，也可以说它是静止的，这就是所谓的“运动相似性”。例如：
是你在动？还是水在动？
是车轮在动？还是轨道在动？
早期的飞机设计师或者称为滑翔机设计师也意识到，如果他们想要了解飞机周围的气流在机身表面上的流动情况，他们也有两个途径。
早期的滑翔机
一是将测试模型在空气中移动起来，得到所需要的数据；二是可以引入一股气流吹过固定在地面上模型。
由于早期引入一股速度较高较稳定的气流比较困难，第一种方式移动模型成为了工程师的第一选择，其中旋转臂是早期工程师尝试较多的一种方法，旋转臂也成为了风洞之前工程师们使用最多的一种试验工具。
几种典型的旋转臂
1
英国数学家本杰明·罗宾斯
他在1746年设计了一个旋转臂，罗宾斯将不同形状的物体安装在手臂的尖端，并以不同的速度旋转它们。
他发现物体的形状似乎影响了空气阻力的大小，即使物体具有相等的投影面积时。这是一个非常重大的发现。他意识到，牛顿的力学理论没有充分描述这种气流拖曳产生的力，在物体的形状、空气速度与力之间存在着较为复杂的关系。
罗宾斯设计的旋转臂
2
奥托·李林塔尔
他在1866年和1889年之间，建造了几个旋转臂，直径从2米到7米，他使用这些旋转臂对平面翼型和弧面翼型进行了大量的试验。在这些试验数据的基础上，Otto Lilienthal改进了他滑翔机的设计，他是第一位可重复滑翔飞行的人。
Otto Lilienthal设计的旋转臂
3
Hiram Maxim
他设计了一个巨大的旋转臂来测试不同的机翼翼型和长度等，值得一提的是他设计的旋转臂安装了精密仪器，可以对模型的升力，阻力和模型相对于空气的速度进行精确测量，这可以称为是风洞试验技术的鼻祖了。
Hiram Maxim设计的旋转臂
4
Samuel Langley
英国数学家Samuel Langley也设计过一个直径18米的旋转臂，其安装的10马力发动机可以将模型加速到161km/h的速度。但由于旋转臂高速旋转中的振荡，导致其获得的大部分试验数据都是不可用的。
AAC视点
空气动力学是一门试验性的科学，在这个学科漫长的发展过程中，科研人员通过各种试验设备对流动现象进行分析，这些试验成果对今天较为完整的空气动力学体系是非常重要的。 - 下一篇：简析汽车风洞修正技术
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