NASA风洞试验设备运行与管理研究

摘要：风洞试验设备属于一个国家进行航空航天事业的基础设施，对我国发展航空航天事业、武器研发事业以及国民经济的发展起到促进作用。当今世界中，要数美国国家航空航天管理局（NASA）的风洞试验设备最为先进与丰富，其风洞试验设备的运行与管理经验值得我们借鉴。本文中，笔者将就NASA风洞试验设备的运行与管理进行简要阐述，为我国风洞试验设备的发展与管理提供依据。

关键词：NASA 风洞试验设备 运行与管理 技术研究

风洞试验设备不仅仅是国家发展航空航天事业的基础设施，在一定程度上还可以带动国民经济的发展。风洞试验设备主要用于进行新型航天飞行器的研发、改进与试验。目前，NASA拥有着世界最大的风洞设备群，虽然构建这些设备耗费了巨资，但是这些基础设施却可以提升国家航空航天水平，促进国民经济发展，保护国家安全，所得到的后期回报远远超出投资。本文则通过研究分析NASA风洞试验设备的运行与管理模式，为我国的风洞设备建设提供理论依据，促进我国航空航天事业的大力发展。

1、美国风洞设备需求简介

美国航空航天事业的飞行试验与CFD试验技术虽然逐渐成熟，但是传统的风洞试验设备仍占有重要地位。比如说在进行新型飞行器与概念飞行器的研发工作时，就需要用到地面风洞设备，而且对风洞设备也提出了更高的要求。除此之外，进行一些重要科研项目时，也需要使用风洞设备，比如说研发军用战斗机、无人作战机以及导弹等，风洞设备都可以模拟出不同的飞行状况，以便进行试验。同时一些基础研究也离不开风洞试验设备，比如说空气动力学在细化发展的进程中，要多去考虑各种各样的流动物理现象，这些都是CFD无法模拟出来的。所以要想得出飞行器受到流动现象的具体影响，就需要使用风洞试验设备。因此，基于上述各种需求，NASA需要对相关风洞试验设备进行改造与更新，对一些重要的设备进行保养以延长其使用寿命，提高风洞试验设备的能力，研发能够适用于高超声速吸气式推进研究的试验设备等。

2、NASA风洞试验设备现状

综合来看，NASA风洞试验设备有75%以上具有使用价值，其中60%得到了充分使用。但是仍然有不足之处，第一点就是速度范围存在缺陷，无法满足特殊科研项目对风速的需求。第二点就是设备重复功能较多，往往多个风洞设备均具有同一功能，虽然便于进行多组试验，但是设备的闲置率过高。不过NASA设备的技术竞争力仍然位于国际前沿，这样才可以满足其国家航空航天事业发展的需求。

3、典型风洞设备运行分析

3.1 兰利16ft（4.8m）跨声速风洞

属于历史悠久的风洞之一，其特性为实用性高，试验成本低，操作相对简便，但是试验Re数值低，流场质量不高。综合来看，使用率最为频繁，但是随着科研技术的革新，依然无法适用于高新技术，需要进行改进。目前NASA打算将该设备作为模拟推进能力的冗余设备。

3.2 Ames 12ft（3.6m）通用高Re数亚声速风洞

该风洞能够满足国内各类用户对高Re数亚声速的需求，对航空航天、军用以及民用飞行器的研发工作提供了很大帮助，其优点为通用性好，Re数值高，而且由NASA独家拥有。不过设备自身局限性制约其不能用于商业运输机与战术飞机的试验。总的来看，尽管通用性好，但使用率与核心竞争力都相对较低，不具有战略地位。目前NASA在进行技术改造之后，该风洞的利用率仍然低迷，有被拆除的可能。

3.3 格林9ft×15ft（2.7m×4.5m）

该风洞是具有军事潜力的特种研究设备，其发动机排气降噪研究，曾得到美国国防空军系统部与海军航空兵武器系统部的认可。其优点在于利用率较高，科研试验队伍的技术水平较高。但Re数值低，无测力能力。总的来看，具有很高的技术竞争能力，利用效果很好。目前NASA打算对其测力能力进行改进，以满足更高的试验需求。

3.4 格林10ft×10ft（3m×3m）超声速风洞

该风洞为推进研发提供了很大帮助，其优点在于M数范围较大，为2-3.5，但是试验Re数值低，测力能力无，实际应用受到限制。综合来看，尽管具有一定技术竞争力，但实际价值不大。目前NASA将其作为AEDC 16S的冗余风洞。

4、风洞试验设备的管理

进行风洞试验设备的管理工作，需要从两个方面入手，其一是管理方案，其二就是资金支持。管理方案的制定是为了对利用率低的设备进行维护，主要做法有三：一是资金共享，当NASA风洞运行经费不断减少的情况下，为了保证设备的日常维护，需要用户负担一部分预算，双方可以进行协调费用的份额，这样在保证风洞设备有效运行的同时，又可以增强双方的合作意识；二是合作与托管，对于一些用于军事科研的风洞，NASA决定将其交由国防部行使管理权；三是所有权转让，即转移给对该类型风洞试验需求量大的国防部门或者民用部门，进而将风洞设备的维护责任转移给所有权受让方。对于资金支持，首先于NASA内部，制定一个全成本的核算制度，基于该项制度，一些利用率低的风洞设备就会浮出水面，该类风洞创造的收益远远低于维护投入的资金，因此应该对其进行技术革新，或者选择拆除。之后通过引进科学前沿的技术来提升风洞的核心竞争能力，吸引更多的用户与支持者，确保试验资金与维护资金的充足。

同NASA相比，我国空气动力研究发展中心的多台风洞试验设备也面临着运行与管理的问题，而通过研究国外先进的运行与管理模式，就可以逐渐提高我国风洞试验水平，为航空航天事业与武器研发及民用商用飞行器的发展提供设备支持，进而提升国家的核心竞争能力。

参考文献

[1]徐翔，伍贻兆，程克明，王志坚.高超声速风洞气动布局设计[J].南京航空航天大学学报，2008，（02）.

[2]韩杰，唐小珊，周平，李楠.风洞无线智能传感器网络及无线测量技术研究[J].实验流体力学，2009，（01）.

[3]陈丽艳，苏冯念，庄开莲，谭飞程.NASA风洞试验设备运行与管理研究[J].实验流体力学，2009，（02）.

[4]胡启，吴捷，姚国兴.风洞试验数据采集分析系统研究[J].微计算机信息，2009，（13）.

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