小组讲座风洞

风洞的物理原理在暑假中，我们学校组织学生进行企业生活体验时，我们小组被分配到了一家飞行体验馆，在体验馆中有一个风洞，看完了风洞中令人眼花缭乱的飞行表演，不禁让我疑惑，飞行表演人员是如何在风洞中飞上飞下的呢？关于风洞，是这么介绍的：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，用来模拟物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，是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。

要想弄清楚表演人员在风洞中的运动状态，得从最简单的问题入手，先得知道风洞中使人漂浮的最小速度是多少。

通过相关资料我了解到空气阻力的公式：空气阻力F=1/2c·ρ·s·v²C：空气阻力系数，与物体的光滑程度和整体形状有关ρ：空气密度，通常取1.293g/LS：物体的迎风面积V：物体与空气的相对速度一、漂浮的最小风速由于系数C复杂多变，这里无法直接得出。

查阅资料可得v=50m/s。

那么，飞行表演人员又是如何实现在风洞中自由的上升和下落呢?二、建立模型：假设人是一个长方体，平躺下的迎风面积为4S，竖直时的迎风面积为S。

状态1的迎风面积为4s，状态2的迎风面积为3s，状态3的迎风面积为2s，状态4的迎风面积为s。

可以猜测风洞内以状态2漂浮时的风速为标准风速，以实现控制迎风面积来实现上升与下落。

由牛顿第三定律可知，此时重力与空气阻力等大反向。

（由于公式中有几个量不变，我们将他们设为K，以便于计算，即F=k·s·v²）所以 mg=k·3s·v0²接下来计算其他状态平衡的运动状态时v的大小，（ v为以地面为参照系风洞内人的速度）状态1：mg=k·4s·(v0-v) ²此时人向上飞 v=7.5m/s状态3：mg=k·2s·(v0+v)²此时人向下飞 v=12.5m/s状态4：mg=k·s·(v0+v) ²此时人向下飞 v=35m/s既然平衡状态的速度如此大，是否代表在风洞中飞行存在危险呢？风洞管道内的高度只有7m左右，人在风洞中又是否能达到这么大的速度呢？下面进行计算：1、假设人在底部时从状态2突然变成状态1，上升距离为5m时：由于加速度与速度的平方成正比，不便直接计算来研究，下面将通过赋值的方法粗略的计算。

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风洞知识 风洞的来由和发展（摘自航空知识网）　风洞的来由和发展（摘自航空知识网）　如今＂风洞＂这个名词已为许多读者，乃至广大青少年所熟悉。

风洞，是指在一个管道内，用动　力设备驱动一股速度可控的气流，　用以对模型进行空气动力实验的一种设备。

　最常见的是低速风　洞。

　最近位于四川绵阳的中国空气动力学研究和发展中心已建成具有世界水平的　２．４　米跨声速风　洞（风洞常以试验段尺度命名）。

这样大尺度的跨声速风洞，世界上只有美国和俄罗斯等少数国家　才有。

大家知道，风洞是发展航空航天事业的关键设备，研制任何飞机，包括军用飞机、民用飞　机以及航天飞机，都必须首先在风洞中进行大量试验，试验飞机能不能飞起来，能飞多高多快和　多远以及其他各项飞行性能等。

２．４　米跨声速风洞的建成表明，我国已进入世界航空航天大国的　行列。

风洞——研制飞行器的先行官 决定一架飞机或其他飞行器的飞行性能，如速度、高度等，除飞机重量、发动机推力等要素　外，最重要的因素是作用于飞机的空气动力。

空气动力主要决定于飞机的外形。

在设计和研　制飞机时，首先是设计其外形，由此就可以确定作用于飞机的空气动力并推算飞行性能。

但　是，这个工作只能做在最前，不能在飞机造出来以后。

确定飞机空气动力的实验设备主要是　风洞。

人们把风洞和风洞试验叫做航空航天的先行官是恰如其分的。

风洞实验的基本原理是相对性原理和相似性原理。

　根据相对性原理，　飞机在静止空气中飞行　所受到的空气动力，　与飞机静止不动、　空气以同样的速度反方向吹来，　两者的作用是一样的。

　但飞机迎风面积比较大，如机翼翼展小的几米、十几米，大的几十米（波音　７４７　是　６０　米），　使迎风面积如此大的气流以相当于飞行的速度吹过来，　其动力消耗将是惊人的。

　根据相似性　原理，　可以将飞机做成几何相似的小尺度模型，　气流速度在一定范围内也可以低于飞行速度，　其试验结果可以推算出其实飞行时作用于飞机的空气动力。

风洞实验的知识为什么要做风洞实验？我们人类所赖以生存的贴近地球表面的大气层里，有许多与我们的生活密切相关值得研究的现象。

其中最为普遍的现象就是风对物体的作用力，以及物体运动时所受的力。

大风呼啸而过时，可以折树倒屋，掀翻航船，造成严重的灾难，而利用风能的风车又可以提水发电，为人类效力。

车船在空气中前进，会受到阻力，而飞机要靠在空气中前进速度引起的空气动力才能够在空中飞行。

物体表面与空气接触，会产生两种力：一种是垂直于表面的，一种是与表面相切的。

这些力的大小，在表面和周围情况不变的条件下，只与物体和空气的相对速度有关。

也就是说，同样的物体，物体以同一姿态均匀速度在空气中运动，和物体在同样姿态下，空气以相同的速度流过物体，所受的力是相同的。

物体表面所受的这些力的合力，组成合力和合力矩。

决定了物体在空气中的行为。

特别是当物体在风作用下所受的力，或者物体在空气中运动时所受的阻力和升力，这是人们十分关心的问题。

最早为了测量这些力，是在英国数学家和工程师若宾(Benjamin Robins,1707-1751)所设计的悬臂机的设备上进行的。

将要测量的物体固定在悬臂的末端，当悬臂以一定的速度旋转起来时，从所加的驱动力P就可以换算出物体所受的阻力。

这种悬臂机使用了很长的时期。

不过它有一个缺点，就是当悬臂旋转了一些时间之后，空气或水会随着悬臂一同旋转，这样会使实验的精度大受影响。

既然在空气中物体所受的力只和物体与空气的相对速度有关，于是就可以让空气运动而物体固定来测量物体所受的力。

这就是原始的风洞的想法。

最早的风洞是为了研究物体在空中飞行时所受的升力与阻力的需要来设计的，也就是为了早期设计飞机所需要来设计的。

风洞的历史第一个设计与建造实验风洞的是英国人温翰姆(Francis Herbert Wenham,1824-1880)，他是英国航空学会创始人之一。

他在1871年设计建造了一个风洞。

1884年另外一个英国人菲里普(Hiratio Phllips,1845-1912)又建造了一座改进的风洞。