“吹”出来的高科技——风洞丨科普面对面
来源:中国民族报 章秦果 王科然 发布日期:2024-12-27浏览(10)人次 投稿收藏

  

  在2024年巴黎奥运会男子4×100米混合泳接力中,我国游泳队取得历史性突破,打破美国在该项目上长达40年的金牌垄断。

  金牌不仅凝结着我国体育健儿不断超越自我的艰苦努力,也有科技助力体育训练的一份功劳。其中风洞技术运用于游泳、赛艇和冰雪项目的训练,为中国体育健儿在奥运赛场上摘金助了一臂之力。

  风洞,也叫风洞实验室,是用于产生人造气流的管道状实验装置,通常用于飞行器的研发。科学家通过测试空气对飞行器的作用效果,获得相关气动参数,从而改进飞行器的设计与性能。早在莱特兄弟制造飞机时,就自制风洞进行了200多种机翼模型测试,所以风洞也被称为“飞行器的摇篮”。

  为什么飞行器的研发需要风洞,而不直接进行飞行实验呢?

  这是因为飞行实验不仅实验成本高,而且不可逆、危险性高,还很难跟踪和测量各项数据。但如果在地面上打造一个“飞行天空”,就可以有效地避免这些问题。

  “山不转水转”,风洞运用了相对运动原理。与飞行器在空气中的运动正好相反,风洞将飞行器模型或飞行器本身固定在管道中,通过风扇、高压气体释放等方式产生人造气流,再准确地控制气流的速度、压力、温度等,模拟各种飞行条件进行测试。

  根据“流动相似性”原理,只要飞行器模型与飞行器本身的几何形状、物理性质的比例关系一致,他们的流体力学现象就会相似。利用模型在风洞创造的各种气流条件中进行实验,既节约成本又保证安全,是飞行器研制中必不可少的环节。

  风洞不仅应用于航空航天领域,汽车、高铁、摩天大楼、跨海大桥等研发和建设,都需要借助风洞进行气流测试。

  此外,运动员也会借“风”提高比赛成绩。风洞能为运动员开展专项训练提供很好的模拟环境。为了减少风的不利影响,合理利用风,还可以利用风洞对运动员的姿态、队列进行优化,或是评估比赛场地赛时风环境。例如,在游泳训练中,风洞就是通过空气流模拟水流,根据气流的阻力、压力、变化等测量运动数据,为运动员优化姿势、改进动作提供依据,从而实现与体育训练的跨界合作。

  先进的风洞有力地支撑了我国基础建设、航空航天、国防军事等领域的发展壮大,是名副其实的国之重器。2023年6月,我国超级风洞JF22正式投入使用。JF22超高速风洞,能复现40至90公里高度,速度最高达到每秒10公里,相当于30倍音速的飞行条件,是目前全球最先进的风洞之一。

  有了风洞,无论是在水中畅游,还是在太空翱翔,我们都在向着“更高、更快、更强”的目标继续迈进!

(编辑:马永

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