超声速“吹”飞机

上回说到，国防部第六研究院（即中国航空研究院）的成立，吹响了新中国航空科研体系建设的号角。

设计研制飞机等飞行器，风洞“吹风试验”是必不可少的空气动力试验之一。在中国航空工业历史博物馆，紧挨着“航空研究院的组建”部分，“科研基础设施建设”开头部分的两张照片，就是新中国航空工业空气动力研究的代表性成就。

1959年，“风雷”1号风洞气罐群建成并投入使用；1960年，“风雷”1号正式建成使用。

型号呼唤始成立

歼教1飞机的首飞成功，让设计人员取得了宝贵的经验。其中很重要的一点就是，我们必须拥有自己的空气动力科学试验条件。中国自行设计的飞机等飞行器，迫切需要一座超声速风洞，进行空气动力试验。 

早在1957年3月，与歼教1飞机设计起步的同时，国营松陵机械厂（现中国航空工业集团沈飞）设计室主任徐舜寿和发动机设计师吴大观就提出了修建跨超声速风洞的建议。由于种种原因，当时没有实施。歼教1飞机是在苏联进行的高速风洞试验。新中国的航空工业要想走出自行设计、制造飞机的道路，建造风洞势在必行。

1958年7月，在第一机械工业部和沈阳市委的支持下，经国家批准，沈阳空气动力研究院正式成立，时任沈阳市委第一书记焦若愚亲自兼任院长。经一机部航空工业局批准和辽宁省城市设计院勘测同意，风洞选址在松陵机械厂北边，以便与东北地区的航空厂所、院校共同构成新中国航空工业比较完整的研制基地。

合力开干创奇迹

沈阳空气动力研究院成立伊始，就立即投入到“风雷”1号风洞的建设中。“风雷”1号风洞采用的是当时苏联正在使用的AT-1风洞设计图纸。这是一座暂冲式半回流三声速（即亚、跨、超声速）风洞。试验段截面为0.6米×0.6米的正方形，风速覆盖0.5～3.5倍声速。除风洞洞体和自动控制、测量、记录设备外，还配有庞大的气源系统。气源系统包括480千瓦电机4台，每分钟排气90立方米空气压缩机4台，承受压力为8个大气压的储气球15个，共3000立方米，还有压缩空气净化、干燥、冷却等设备。

建造中国第一座超声速风洞的任务由松陵机械厂负责，是工厂基础建设的重点项目。1958年9月19日，“风雷”1号风洞开工典礼大会在工地召开，正式拉开了风洞建设大幕。 

▲“风雷”1号风洞建设奠基现场

这是我国首次建设这种类型的风洞，“风雷”1号风洞技术要求高，工程量大，整个工程仅钢材就需要2000吨。各级领导极为重视，为保证工程质量和进度，当时的一机部和辽宁省调集了各方面的力量，组织了广泛协作。风洞的全套施工图纸由航空工业局第四规划设计院设计，沈阳市第二建筑公司、沈阳空气压缩机厂、哈尔滨电机厂、沈阳飞机制造厂基建处和部分车间等十几个单位承担了工程施工和设备制造加工。院长焦若愚亲自组织风洞工程大会战，多次召开会议部署和检查工作。风洞施工正值东北地区秋冬季节，年底前就完成了实验室厂房、空气压缩机厂房、办公楼等全部土建任务。

▲“风雷”1号风洞外貌

1959年9月末，仅用一年时间，风洞就成功地进行了试车运行。建设速度之快，创造了世界风洞建设史上的奇迹。

▲1959年建成的“风雷”1号风洞气罐群

落成启用显身手

1959年12月，风洞鉴定委员会对风洞的建设质量进行检查和鉴定。1960年1月，用干空气完成了最后的跨声速流场校测，风洞在马赫数0.6到1.2范围内全部达到要求。1960年2月，风洞完成了8号喷管（M=3.5）的空风洞侧壁马赫数分布校测工作。校测结果证明，风洞的最大马赫数达到设计要求。

1960年2月20日，“风雷”1号风洞正式投入使用，填补了我国航空工业科研试验的一项空白。此后，我国自行设计的各种新飞机及导弹等大都在此做过风洞试验，这里也成为我国重要的气动力试验基地。

▲1960年建成的“风雷”1号风洞

“风雷”1号风洞的建设和投入使用不仅为自身培养了人才，也为航天和兵器工业部门输送了风洞建设骨干，极大地支援了哈尔滨军事工程学院的风洞建设，并且为“三线”气动与研究发展中心建设贡献了一大批管理干部、科研人员和技术工人。

自力更生建功勋

“风雷”1号风洞投入使用后没多久，苏联政府于1960年7月单方面宣布中断协议，停止对华援助，撤走全部在华专家。加之西方国家对我国的封锁，科技人员需要做从未做过的各种试验，如全机模型横向测力、测压、进气道、舵面铰链力矩、弹射救生装置、颤振、抖振、外挂物测力。他们自力更生，潜心钻研，攻克一个又一个技术难题，创造了很多国内乃至世界第一。

风洞试验段中气流品质好坏直接影响到试验数据的精准度。“风雷”1号风洞是按苏联20世纪40年代AT-1风洞图纸建造的，超声速气流品质达不到指标要求。气动力科研人员重新设计加工了一套新的超声速喷管，经流场校测，气流品质达到或超过指标要求。这种新的喷管外形曲线后来在国内同类风洞中得到普遍应用。对大迎角试验技术研究，由于模型试验迎角加大，模型在风洞中的堵塞度随之加大，为消除大迎角试验时风洞的壅塞（即气流速度不能超过声速），创新性地设计了新的低超声速喷管，并且使实验段气流品质仍能达到正常迎角范围的指标。

在摸透米格-21飞机气动特性的风洞试验中，在2倍声速时的方向静安定性导数值与米格-21飞机说明书中的数据相比大了10倍。气动力研究人员与沈阳飞机设计研究所的设计人员一道，废寝忘食地分析研究，同时向以钱学森为组长的国防科委气动专业组的专家们积极请教。根据模型与真实飞机的差异，逐项进行试验加以澄清，其中包括进气堵锥模拟、喷流影响，后体修形和气动弹性等。此项研究指明模型风洞试验数据要经过各种修正后才能用于飞机设计中，并建立了一套适用于该种机型的风洞试验数据修正方法。这为歼8飞机仅在这样小尺寸风洞中试验而设计成功起了很大作用。事实证明航空研究院和航空工业局在1962年《关于共同组织米格-21飞机的技术摸底，为仿制及进一步自行设计做好准备》的联合指示是完全正确的。

高速风洞测力试验用的是电阻应变天平。“风雷”1号风洞建设时，苏联只提供了四分量电阻应变天平图纸，做纵向测力试验。要做横向测力试验遇到了很多麻烦。为了解决这个难题，我国第一台外式六分量应变天平和变侧滑角装置应运而生，风洞横向试验效率和数据的精准度得到提高。紧接着又研制出一系列不同尺寸的内外式六分量应变天平。受风洞尺寸小的限制，飞机模型不能做大，要在全机模型上测量舵面铰链力矩和外挂物气动力载荷，就必须研制微型天平。经天平设计人员的努力，研制了小尺寸的微型天平，最小天平直径仅有2.4毫米。

▲老天平间

老夫聊发少年狂

经过60多年的风雨，“风雷”1号风洞仍旧“奋战”一线，具备如下试验能力——常规测力试验、常规测压试验、半模试验、二元翼型试验、进气道试验、通气模型试验、喷流试验、铰链力矩试验、外挂物试验、空速管和风标传感器试验、抖振试验、颤振试验、静气动弹性试验、动导数试验、马格努斯效应试验、流态观察试验等。

▲如今的“风雷”1号风洞

“十二五”期间，围绕型号设计和气动力研究对流场观测的需求，“风雷”1号风洞陆续建成了PIV流场显示能力、PSP试验能力、红外试验能力等，形成了综合的非接触光学流场显示和测量能力。

2013年，“风雷”1号风洞恢复马赫数4.0试验能力，昔日功勋风洞再次焕发青春。

经过60多年的发展，气动院已经成为我国规模大、综合实力强的风洞试验基地，包括低速、高速、超高速等风洞，具备开展低速试验、高速试验、噪声试验、结冰试验、进气道试验技术、动态试验等一系列试验的能力，为我国武器装备发展和国民经济建设作出了重大贡献，参与了我国几乎所有重点飞机型号的研制工作，高铁、汽车、桥梁、滑冰滑雪帆船运动等都在这里进行过风洞试验。我国C919大型客机、ARJ21新支线客机的许多风洞试验都是在这里开展的。