空气动力实验

进行空气动力学研究的一种主要手段。它通过实验设备，观察气体流动现象，测量气流与物体之间相互作用的物理量，并找出气体流动的规律。空气动力实验，一般分为实物实验和模型实验两大类。实物实验(如飞机试飞和导弹实弹发射)不会发生模型和环境模拟失真问题，一直是最后鉴定实物气动力特性的手段，但实验费用较大，实验条件难以控制。模型实验采用与真实物体几何相似的模型，在人工控制的条件下进行。为使模型实验结果能够应用于实际情况，须使绕模型和绕实物两种流动相似。这样，它们的无量纲空气动力特性才能相 同。这就要求在所有相似对应点上作用于体积元上的力具有相同的比值。在空气动力实验中，这些无量纲数的比值称为相似参数。相似参数很多，马赫数、 雷诺数、气体比热比、弗劳德数、克努曾数等都是。在一项模型实验中，要使所有参数都与真实物体完全相等是难以做到的。但就一项具体的模型实验而言，各相似参数所起的作用有主次之分，要根据实验的目的、要求等具体情况确定需要模拟的相似参数。一般地说，雷诺数和马赫数是模拟的主要相似参数。

根据力学运动的相对性原理，只要在惯性坐标系(见参考系)内，无论物体在介质(如气体)中运动还是介质以同样速度流过物体，介质对物体的作用都是一样的。模型空气动力实验按照模型与气体相对运动的形式，还可细分为两类：①介质(气体)静止而物体运动的实验，这是空气动力实验最先采用的形式。法国工程师A.-G.埃菲尔曾利用巴黎埃菲尔铁塔进行过多种物体空气动力阻力的系统实验。后来，人们还制作专门的实验装置进行空气动力实验。如早期的悬臂装置，它把模型装在可旋转的支臂上，通过旋转支臂测量模型所受的空气动力。这种实验后来发展到利用火箭橇、弹道靶和模型飞行试验来研究空气动力。②介质运动而物体静止的实验，风洞就是这种实验装置。此外，还有采用上述两种形式相结合的实验，如风洞模型自由飞实验和风洞尾旋实验等。

风洞实验是空气动力实验中使用最广泛的一种手段。几乎没有一种飞机和导弹在研制过程中不经过风洞实验的，而且随着航空和航天技术的发展，对风洞实验的要求也越来越高。例如，研制一种飞机所需要的风洞实验时间，几乎是按指数规律随年代增长的。20世纪初期，O.莱特和W.莱特兄弟在研制世界上第一架带动力的有人驾驶飞机时，风洞实验时间只有20多个小时，而到了70年代，研制一种先进的飞机所需的风洞实验时间就达到上万个小时。此外，风洞实验还广泛应用于国民经济的许多部门，如用来研究阻力最小的汽车外形、高建筑物的风载和桥梁的风激振动以及环境大气污染等。