<p class="ql-block"><b>摘要：</b><span style="font-size: 18px;">介紹我所了解的北航老風(fēng)洞和老水洞，并敘述我與這些老設(shè)備及后續(xù)相關(guān)新設(shè)備的過(guò)往交集和不了情緣。</span></p><p class="ql-block"> </p><p class="ql-block"> 2022年是北航建校70周年。我自1982年初北航“空氣動(dòng)力學(xué)與飛行力學(xué)”專(zhuān)業(yè)本科畢業(yè)留校后分配在5系（航空科學(xué)與工程學(xué)院前身）第一研究室（<span style="font-size: 18px;">流體力學(xué)研究所前身，</span>陸士嘉先生創(chuàng)立并擔(dān)任首任主任<span style="font-size: 18px;">）</span>工作，直到2021年9月63歲時(shí)退休，在近40年的工作過(guò)程中我對(duì)北航多數(shù)老風(fēng)洞、老水洞均有一定接觸和了解。以下將按低速風(fēng)洞（含煙風(fēng)洞）、跨聲速風(fēng)洞、超聲速風(fēng)洞（含高超聲速風(fēng)洞）、水洞（含水槽）的順序分別介紹我所了解的北航老風(fēng)洞和老水洞，并敘述我與這些老設(shè)備及后續(xù)相關(guān)新設(shè)備的過(guò)往交集和不了情緣。謹(jǐn)以此文紀(jì)念北航建校70周年。</p> <p class="ql-block"><b>D-1低速風(fēng)洞</b></p><p class="ql-block"> 北航D-1風(fēng)洞最初是由空氣動(dòng)力學(xué)家沈元先生為清華航空系設(shè)計(jì)建造的，后從清華搬遷至新成立的北京航空學(xué)院[1,2,3]。沈元先生1946年從英國(guó)倫敦大學(xué)帝國(guó)理工學(xué)院博士畢業(yè)后回到清華航空工程系任教并歷任副教授、教授和航空系主任，在1946-1948年期間沈元先生為清華航空系設(shè)計(jì)建造了這座<span style="font-size: 18px;">回流式開(kāi)口實(shí)驗(yàn)段低速風(fēng)洞（鐵制），其橢圓形實(shí)驗(yàn)段尺寸40英寸x30英寸或1.06米x0.76米，</span>是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的風(fēng)洞之一。1952年國(guó)家決定由包括清華航空系在內(nèi)的八大航空院系組建北京航空學(xué)院，沈元先生作為籌備組成員之一及被新任命的北航副院長(zhǎng)參與組建北航的工作，并帶領(lǐng)原清華航空系的大部分師生遷入北航，這座<span style="font-size: 18px;">風(fēng)</span>洞也一同遷往北航并被命名為北航D-1風(fēng)洞。圖1是當(dāng)年該風(fēng)洞搬遷現(xiàn)場(chǎng)沈元先生、陸士嘉先生和徐華舫先生在風(fēng)洞動(dòng)力段檢修窗前的合影。圖2是北航D-1風(fēng)洞現(xiàn)在的動(dòng)力段局部照片，其中的風(fēng)洞檢修窗正是當(dāng)年三位建校元老合影的背景，每次經(jīng)過(guò)這里都讓我們仿佛看見(jiàn)70年前建校前輩們奮斗的身影。</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖1. 北航建校初期沈元先生（左）、陸士嘉先生（中）和徐華舫先生（右）在D-1風(fēng)洞搬遷現(xiàn)場(chǎng)</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖2. D-1風(fēng)洞動(dòng)力段外觀(guān)照片，中間的檢修窗正是70年前三位建校元老合影的背景</p><p class="ql-block" style="text-align: center;">（注：1990年代由劉旺開(kāi)、王祖灃老師負(fù)責(zé)對(duì)<span style="font-size: 18px;">動(dòng)力段和安定段</span>進(jìn)行過(guò)大修更換）</p> <p class="ql-block"> 圖3是文獻(xiàn)[2]中記載的清華相關(guān)風(fēng)洞信息，其中的“40英寸x30英寸橢圓形回流式風(fēng)洞”就是北航D-1風(fēng)洞，其中的“3英尺x3英尺開(kāi)流式木制風(fēng)洞”即北航D-2風(fēng)洞，將在下節(jié)敘述。</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖3. 《清華大學(xué)志（下）》[2]記載了遷往北航之前清華擁有的40英寸x30英寸回流式風(fēng)洞和3英尺x3英尺直流木制風(fēng)洞情況</p> <p class="ql-block"> 我留校后承擔(dān)的第一個(gè)科研項(xiàng)目“北京西客站主站房風(fēng)荷載實(shí)驗(yàn)研究”（<span style="font-size: 18px;">參見(jiàn)圖4 上、下）就是在</span>D-1風(fēng)洞中完成的，由于D-1風(fēng)洞不具備風(fēng)工程研究所需要的大氣邊界層條件，實(shí)驗(yàn)中采用實(shí)驗(yàn)段平板上游布置曲線(xiàn)紗網(wǎng)的方法模擬C類(lèi)大氣邊界層速度型。</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖4(上、下). 1980年代我承擔(dān)的第一個(gè)科研項(xiàng)目“北京西客站主站房風(fēng)荷載實(shí)驗(yàn)研究”是在D-1風(fēng)洞中完成的</p> <p class="ql-block"> 此后的多年工作中我還曾在D-1風(fēng)洞中完成過(guò)多項(xiàng)科研和教改項(xiàng)目，包括國(guó)防預(yù)研基金，國(guó)家自然科學(xué)基金，橫向科研項(xiàng)目，以及國(guó)家力學(xué)基地建設(shè)項(xiàng)目，北航教改項(xiàng)目等等，圖5是我在D-1風(fēng)洞中完成的教改項(xiàng)目之一。</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖5. 2000年代初我在D-1風(fēng)洞中完成的教改項(xiàng)目之一“飛行器手動(dòng)掃描閥壓力分布測(cè)試系統(tǒng)”</p> <p class="ql-block"><b>D-2低速風(fēng)洞</b></p><p class="ql-block"><span style="font-size:18px;"> D-2風(fēng)洞也是北航建校初期由清華大學(xué)搬遷至北航的[1,2]。</span>D-2是一座木制結(jié)構(gòu)三維直流式低速風(fēng)洞，閉口實(shí)驗(yàn)段截面尺寸為3英尺x3英尺，主要用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)段頂部設(shè)置機(jī)械塔式三分力天平，可開(kāi)展三維矩形機(jī)翼的升、阻力和縱向力矩特性測(cè)量等教學(xué)實(shí)驗(yàn)。</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖6. D-2直流式三維低速風(fēng)洞</p> <p class="ql-block"><b>D-3低速風(fēng)洞</b></p><p class="ql-block"> D-3風(fēng)洞<span style="font-size:18px;">是北航建校初期為滿(mǎn)足空氣動(dòng)力學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的需求建立的。根據(jù)北航建校元老顧高墀教授（是陸士嘉先生早年在清華的研究生，北航建校初期曾擔(dān)任陸士嘉先生的助理，已故）生前對(duì)我的口述[4]，D-3風(fēng)洞是由蘇聯(lián)專(zhuān)家提供的圖紙加工安裝的。D-3風(fēng)洞是</span>一座木制結(jié)構(gòu)直流式二維低速風(fēng)洞，實(shí)驗(yàn)段截面尺寸為2m x 0.2m，可進(jìn)行二維平板層流和湍流邊界層速度型分布的測(cè)量以及二維機(jī)翼壓強(qiáng)分布隨迎角變化特性測(cè)量等教學(xué)實(shí)驗(yàn)。我曾經(jīng)在此風(fēng)洞中完成了“多段翼壓力分布實(shí)驗(yàn)”等教改項(xiàng)目。圖7、圖8分別是D-3風(fēng)洞縮比模型和實(shí)物照片。</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖7. 按蘇聯(lián)圖紙預(yù)先制作的D-3風(fēng)洞縮比模型（實(shí)驗(yàn)段窗口在流動(dòng)的右側(cè)）</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖8. D-3直流式二維低速風(fēng)洞（實(shí)驗(yàn)段窗口在流動(dòng)的左側(cè)，估計(jì)是考慮到實(shí)驗(yàn)室采光和實(shí)驗(yàn)方便而進(jìn)行的更改）</p> <p class="ql-block"> 根據(jù)學(xué)校的總體規(guī)劃航空科學(xué)與工程學(xué)院將搬遷至沙河校區(qū)，上述D-1、D-2和D-3風(fēng)洞及風(fēng)洞館作為北航歷史的一部分將保留在學(xué)院路主校區(qū)原址。</p><p class="ql-block"> 為了使沙河校區(qū)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室能夠具備原D-1、D-2和D-3風(fēng)洞開(kāi)展空氣動(dòng)力學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力，我2013年主持了1米 x 1米直流式閉口實(shí)驗(yàn)段低速風(fēng)洞設(shè)計(jì)建設(shè)，該風(fēng)洞于2018年在沙河校區(qū)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室投入使用（圖9）。</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖9. 我2013年主持設(shè)計(jì)建造的沙河校區(qū)教學(xué)用1米x1米直流式閉口實(shí)驗(yàn)段低速風(fēng)洞（2018年投入使用，其間曾因安裝場(chǎng)地未解決而擱置了3年）</p> <p class="ql-block"><b>D-4低速風(fēng)洞</b></p><p class="ql-block"> 前述D-1、D-2和D-3風(fēng)洞或口徑偏小或主要用于教學(xué)，為了兼顧教學(xué)和科研的需要，1955年由北航建校元老伍榮林先生主持設(shè)計(jì)建造了D-4風(fēng)洞[1]。D-4風(fēng)洞是木制結(jié)構(gòu)直流式閉口實(shí)驗(yàn)段低速風(fēng)洞，圓形實(shí)驗(yàn)段直徑1.5米。據(jù)北航建校元老顧高墀教授（已故）對(duì)我的口述[4]，D-4風(fēng)洞<span style="font-size:18px;">沒(méi)有完整的設(shè)計(jì)圖紙，</span>伍榮林先生是邊設(shè)計(jì)邊更改，“與木工師傅比劃著”設(shè)計(jì)建造出來(lái)的，正式建D-4風(fēng)洞之前先由木工師傅做了一個(gè)D-4風(fēng)洞縮比模型（參見(jiàn)圖10.上），該風(fēng)洞縮比模型內(nèi)的小電機(jī)和小風(fēng)扇甚至還可以運(yùn)轉(zhuǎn)。圖10.下所示為學(xué)生在老D-4風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段中做實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖10. 上：老D-4直流式閉口實(shí)驗(yàn)段低速風(fēng)洞縮比模型，下：學(xué)生在老D-4風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段內(nèi)做實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備</p> <p class="ql-block"> D-4風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段下方有一套龐大的模型支撐和攻角機(jī)構(gòu)，配備機(jī)械式六分量天平（由連祺祥先生負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，1985年改造升級(jí)為應(yīng)變式天平）。1958年我校向國(guó)慶獻(xiàn)禮的項(xiàng)目、我國(guó)第一架輕型客機(jī)、著名的“北京一號(hào)”飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)全部都是在D-4風(fēng)洞中完成的。遺憾的是D-4風(fēng)洞沒(méi)有留下實(shí)物外觀(guān)照片，所幸我在后來(lái)新建“流體力學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室”時(shí)保留了當(dāng)年建造的老D-4風(fēng)洞縮比模型（圖10上），然而歷經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)室搬遷、改造之后，上述D-3和D-4風(fēng)洞縮比模型都丟失了，留下了遺憾。</p><p class="ql-block"> 后來(lái)老D-4風(fēng)洞報(bào)廢，由鄧學(xué)鎣教授主持于2002年在老D-4風(fēng)洞原址上重新設(shè)計(jì)建造了新D-4風(fēng)洞（圖11），新D-4風(fēng)洞將保留在學(xué)院路風(fēng)洞館實(shí)驗(yàn)室不往沙河校區(qū)搬遷。</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖11. 新D-4風(fēng)洞，回流式開(kāi)口/閉口實(shí)驗(yàn)段低速風(fēng)洞，實(shí)驗(yàn)段截面尺寸1.5m x 1.5m</p> <p class="ql-block"><b>D-5低速風(fēng)洞</b></p><p class="ql-block"> D-5風(fēng)洞是回流式閉口實(shí)驗(yàn)段低速風(fēng)洞，實(shí)驗(yàn)段截面為0.8米×0.6米的八角形，最大風(fēng)速45米/秒，它是1961年結(jié)合學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)建成的，建成后主要用于教學(xué)，“文革”后期主要用于科研。 由于實(shí)驗(yàn)室面積的限制，實(shí)驗(yàn)很不方便，故利用率不高，后被拆除[1]。我雖然在1980年代初期接觸過(guò)老D-5風(fēng)洞（其實(shí)驗(yàn)室位于風(fēng)洞館一層?xùn)|南角），但遺憾沒(méi)有為老D-5風(fēng)洞留下實(shí)物照片。</p><p class="ql-block"> 后來(lái)劉沛清教授在北航沙河校區(qū)建立了1.0米x1.0米氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞被命名為北航D-5氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞（圖12）。</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖12. 新D-5<span style="font-size: 18px;">氣動(dòng)聲學(xué)</span>風(fēng)洞，實(shí)驗(yàn)段截面尺寸1.0米x1.0米</p> <p class="ql-block"><b>煙風(fēng)洞與演示小風(fēng)洞</b></p><p class="ql-block"> 煙風(fēng)洞和演示小風(fēng)洞是北航流體所原陳列室的主要教學(xué)設(shè)備。老煙風(fēng)洞是1953年建校初期由蘇聯(lián)專(zhuān)家提供的圖紙進(jìn)行建造的<span style="font-size:18px;">[4]，</span>由建校元老連祺祥先生負(fù)責(zé)，連先生對(duì)蘇聯(lián)圖紙做了一些修改。由于年代久遠(yuǎn)性能降低，尤其是發(fā)煙器采用比較落后的電爐加熱煤油發(fā)煙方式，經(jīng)常造成油煙冷凝堵塞發(fā)煙排管以及廢煙污染問(wèn)題，到2000年代初期老煙風(fēng)洞已不能滿(mǎn)足正常使用要求。后來(lái)我對(duì)煙風(fēng)洞進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，尤其是對(duì)發(fā)煙器系統(tǒng)的發(fā)煙方式和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，并采用了新的發(fā)煙油，獲得了很好的顯示效果。</p><p class="ql-block"> 演示小風(fēng)洞是直流開(kāi)口式木制風(fēng)洞，橢圓形開(kāi)口實(shí)驗(yàn)段尺寸500mm x 400mm，可以開(kāi)展翼型壓力分布隨迎角變化，機(jī)翼尾渦，馬格努斯效應(yīng)，升力飛機(jī)、后掠角及立尾對(duì)穩(wěn)定性影響等演示實(shí)驗(yàn)。</p><p class="ql-block"> 圖13是我在老煙風(fēng)洞和演示小風(fēng)洞給學(xué)生上空氣動(dòng)力學(xué)演示實(shí)驗(yàn)課。1990年代后期老煙風(fēng)洞和小演示風(fēng)洞曾因風(fēng)洞館改造而臨時(shí)搬入航空館由航空館代管，2000年代<span style="font-size:18px;">我通過(guò)“力學(xué)基地”建設(shè)、“力學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心”建設(shè)等教改項(xiàng)目重新建立了“流體力學(xué)形象化教學(xué)實(shí)驗(yàn)室”。</span>圖14是在沙河校區(qū)實(shí)驗(yàn)室我重新設(shè)計(jì)、改造后的新煙風(fēng)洞、演示小風(fēng)洞及演示效果。</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖13. 我在老煙風(fēng)洞（左）和演示小風(fēng)洞（右）給學(xué)生上空氣動(dòng)力學(xué)演示實(shí)驗(yàn)課</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖14. 經(jīng)過(guò)我重新設(shè)計(jì)、改造后的新煙風(fēng)洞（左）和演示小風(fēng)洞（右），以及新煙風(fēng)洞中翼型繞流煙線(xiàn)流動(dòng)顯示效果（下）</p> <p class="ql-block"><b>引射式跨聲速研究風(fēng)洞（IDT）</b></p><p class="ql-block"> 上世紀(jì)七十年代末北約（NATO）提出了發(fā)展新一代高雷諾數(shù)風(fēng)洞的高新指標(biāo)，國(guó)際上（主要是歐美）掀起了建設(shè)高雷諾數(shù)跨聲速風(fēng)洞的熱潮，北航建校元老凌云沛先生首先在國(guó)內(nèi)提出利用高校研發(fā)優(yōu)勢(shì)開(kāi)展引射式跨聲速前導(dǎo)風(fēng)洞的研究。我1982年初留校后就給凌先生當(dāng)助手，并協(xié)助凌先生<span style="font-size: 18px;">建立了國(guó)內(nèi)首座引射式跨聲速研究風(fēng)洞（IDT），參見(jiàn)圖15。1982年至1989年期間課題組深入</span>開(kāi)展了引射驅(qū)動(dòng)跨聲速風(fēng)洞高要求指標(biāo)、引射器性能及氣動(dòng)噪聲<span style="font-size: 18px;">等研究，</span>參見(jiàn)圖16。當(dāng)時(shí)國(guó)家正準(zhǔn)備投資建設(shè)我國(guó)首座2.4米大型引射式跨聲速風(fēng)洞，我們的先導(dǎo)性研究引起了國(guó)內(nèi)同行尤其是2.4米跨聲速風(fēng)洞研建單位中國(guó)空氣動(dòng)力學(xué)研究與發(fā)展中心的關(guān)注，時(shí)任氣動(dòng)中心總師惲起麟曾專(zhuān)門(mén)與北航課題組交流研討相關(guān)技術(shù)問(wèn)題。課題相關(guān)論文曾獲原國(guó)防科工委航空氣動(dòng)力協(xié)作攻關(guān)辦定期舉辦的“7210”全國(guó)風(fēng)洞試驗(yàn)會(huì)議優(yōu)秀論文獎(jiǎng)（圖17）。1989年項(xiàng)目通過(guò)驗(yàn)收后該研究風(fēng)洞完成了其使命。</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖15. 國(guó)內(nèi)首座引射式跨聲速研究風(fēng)洞（IDT），實(shí)驗(yàn)段截面積100mm x 100mm</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖16. 率先在國(guó)內(nèi)開(kāi)展了引射式跨聲速風(fēng)洞高要求指標(biāo)研究[5]</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖17. 相關(guān)論文曾獲得原國(guó)防科工委航空氣動(dòng)力協(xié)作攻關(guān)辦主辦的“7210”第八屆全國(guó)風(fēng)洞試驗(yàn)會(huì)議優(yōu)秀論文獎(jiǎng)</p> <p class="ql-block"><b>G-1超聲速風(fēng)洞</b></p><p class="ql-block"> G-1超聲速風(fēng)洞是北航建校初期建成的[1]，試驗(yàn)段截面為0.1米×0.1米的方形，采用更換拉瓦爾噴管曲線(xiàn)塊的方式改變馬赫數(shù)，Ma=1.5~3.5，為暫沖下吹式（<span style="font-size: 18px;">圖18）。</span>G-1超聲速風(fēng)洞建成后曾經(jīng)過(guò)多年逐步改進(jìn)，配備有小型紋影儀和壓力測(cè)量系統(tǒng)，可開(kāi)展激波紋影觀(guān)察，噴管沿程馬赫數(shù)分布測(cè)量，超聲速風(fēng)速管馬赫數(shù)測(cè)量等教學(xué)實(shí)驗(yàn)和小型彈體實(shí)驗(yàn)。今后G-1超聲速風(fēng)洞將搬遷至沙河校區(qū)實(shí)驗(yàn)室。</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖18. G-1超聲速風(fēng)洞</p> <p class="ql-block"><b>G-2高超聲速風(fēng)洞</b></p><p class="ql-block"> G-2高超聲速風(fēng)洞是由原國(guó)防科委五院向陸士嘉先生提出，委托北航空氣動(dòng)力學(xué)教研室研制的前導(dǎo)性和小型高超聲速風(fēng)洞[1]，由連祺祥先生主持，高先坤、蔡啟倫老師參加研制。其實(shí)驗(yàn)段尺寸為0.2米×0.2米，馬赫數(shù)Ma=5~10。從1958年起到1960年試吹風(fēng)，初步證實(shí)了這種風(fēng)洞各主要部件方案的可行性，即采用上游高壓罐，下游真空罐的驅(qū)動(dòng)方式，安定段前用蓄熱物質(zhì)提高氣流總溫。三年困難時(shí)期，由于人力、經(jīng)費(fèi)不足和測(cè)量技術(shù)一時(shí)還過(guò)不了關(guān)而下馬并拆除。G-2高超聲速風(fēng)洞沒(méi)有留下實(shí)物照片。</p> <p class="ql-block"><b>G-3超聲速風(fēng)洞</b></p><p class="ql-block"> G-3超聲速風(fēng)洞是1958年由沈元先生和陸士嘉先生組織、籌資，徐華舫先生為主設(shè)計(jì)，<span style="font-size: 18px;">高先坤老師負(fù)責(zé)施工安裝，于1959年8月安裝完成</span>[1]。G-3風(fēng)洞的設(shè)計(jì)參照了當(dāng)時(shí)國(guó)際上最先進(jìn)的超聲速風(fēng)洞、前蘇聯(lián)的AT-1，<span style="font-size: 18px;">是我國(guó)第一座自行設(shè)計(jì)建造的中型超聲速風(fēng)洞，參見(jiàn)圖19。</span>G-3超聲速風(fēng)洞試驗(yàn)段尺寸0.47米×0.548米，共有<span style="font-size: 18px;">五個(gè)馬赫數(shù)（Ma=</span>1.5、1.75、2.0、2.25、2.5）的拉瓦爾<span style="font-size: 18px;">噴管段</span>，另有一個(gè)跨聲速實(shí)驗(yàn)段。風(fēng)洞為暫沖下吹式，貯氣罐容積1000立方米，8個(gè)氣壓，吹風(fēng)時(shí)間80秒。G-3風(fēng)洞建成后至1986年其調(diào)節(jié)控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多次改造升級(jí)。G-3風(fēng)洞<span style="font-size: 18px;">具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，建造費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)，但也有拉瓦爾噴管段十分沉重不便快速更換，實(shí)驗(yàn)段尺寸與國(guó)內(nèi)同類(lèi)主流風(fēng)洞不適配的缺點(diǎn)。</span></p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖19. G-3超聲速風(fēng)洞</p> <p class="ql-block"> 1990年我32歲結(jié)束了8年的“引射式跨聲速先導(dǎo)風(fēng)洞研究”課題后加入“激波/邊界層干擾研究”團(tuán)隊(duì)，至1996年止共有6年時(shí)間在G-3超聲速風(fēng)洞中工作，其間獨(dú)立完成了激波/邊界層干擾脈動(dòng)壓力測(cè)量技術(shù)開(kāi)發(fā)[6]，并協(xié)助課題組博士生竇華書(shū)、王宇、廖錦華等完成了大量耗時(shí)長(zhǎng)、困難多、費(fèi)力大、噪聲響的激波/邊界層干擾超聲速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。在G-3超聲速風(fēng)洞工作的6年里讓<span style="font-size: 18px;">一個(gè)青椒</span>磨練了筋骨、領(lǐng)略了冷暖、學(xué)會(huì)了忍讓、懂得知進(jìn)退、學(xué)會(huì)果敢取舍、更加自立自強(qiáng)。<span style="font-size: 18px;">圖20、21、22是我在G-3風(fēng)洞工作時(shí)期的照片。</span></p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖20. 我與博士生竇華書(shū)在G-3風(fēng)洞的工作照</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖21. 參與課題組博士論文答辯</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖22. 課題曾獲國(guó)家自然科學(xué)三等獎(jiǎng)</p> <p class="ql-block"><b>0.4米流動(dòng)顯示水槽</b></p><p class="ql-block"> 該水槽是1980年連祺祥先生瞄準(zhǔn)當(dāng)時(shí)國(guó)際上湍流擬序結(jié)構(gòu)研究熱點(diǎn)和復(fù)雜流動(dòng)機(jī)理研究的需要而建立的，是國(guó)內(nèi)第一座流動(dòng)顯示水槽（圖23）。其試驗(yàn)段尺寸0.4米×0.5米×6.0米，流速0.1~0.5米/秒，為引射驅(qū)動(dòng)水平回流式。水槽配有氫氣泡發(fā)生裝置和可連續(xù)攝取流動(dòng)變化過(guò)程的快速照相槍[1]。連先生團(tuán)隊(duì)在該水槽中取得了一系列具有國(guó)際先進(jìn)水平的研究成果[7]。</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖23. 1980年連祺祥先生研制的國(guó)內(nèi)第一座流動(dòng)顯示水槽</p> <p class="ql-block"> 這座水槽一度是流體所使用率最高、出成果較多的設(shè)備，使用水槽的師生眾多，有時(shí)需要排隊(duì)等待，設(shè)計(jì)者連祺祥先生甚至在自己家中建了一個(gè)自用小水槽以方便研究，此外又在前述“引射式跨聲速研究風(fēng)洞”實(shí)驗(yàn)室（圖15）原址上另建了一個(gè)小水槽供學(xué)生使用。</p><p class="ql-block"> 自上世紀(jì)80年代中期起我的在職碩士和在職博士論文相關(guān)流動(dòng)顯示實(shí)驗(yàn)研究大都是在連先生設(shè)計(jì)的第一座水槽中完成的。此后我也曾利用該水槽完成了多項(xiàng)科研項(xiàng)目，包括國(guó)防預(yù)研基金、行業(yè)基金等。經(jīng)過(guò)20多年的運(yùn)行該水槽已經(jīng)老舊并于2005年報(bào)廢拆除。</p> <p class="ql-block"><b>1.2米多用途低速水洞</b></p><p class="ql-block"> 為滿(mǎn)足科研和教學(xué)需要<span style="font-size: 18px;">由時(shí)任流體所副所長(zhǎng)周伯誠(chéng)教授負(fù)責(zé)于1997年建成。</span>為串聯(lián)水平回流式多用途低速水洞，全長(zhǎng)85.6米，為亞洲規(guī)模最大的低速水洞（圖24），水洞雙實(shí)驗(yàn)段尺寸分別為高2.0米，寬1.8米，長(zhǎng)4.4米和高1.2米，寬1.0米，長(zhǎng)16.8米。主實(shí)驗(yàn)段流速范圍0.1--1.0米/秒，單位長(zhǎng)度雷諾數(shù)為1.0×10^3--1.0×10^6/米。與國(guó)內(nèi)外同類(lèi)設(shè)備比較，其綜合實(shí)驗(yàn)段尺寸和流場(chǎng)品質(zhì)，不僅在國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，且達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平[1]，建成以來(lái)已完成多項(xiàng)科研和教學(xué)任務(wù)。該水洞將保留在北航學(xué)院路主校區(qū)水洞實(shí)驗(yàn)室。</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖24. 北航1.2米多用途回流低速水洞，是亞洲規(guī)模最大的水洞</p> <p class="ql-block"><b>0.6m*0.7m*3m 循環(huán)水槽</b></p><p class="ql-block"> 基于學(xué)科發(fā)展和科研、教學(xué)的需要，2012年由我設(shè)計(jì)監(jiān)制并委托臺(tái)灣震生機(jī)器有限公司制造了實(shí)驗(yàn)段尺寸為0.6m*0.7m*3m的垂直循環(huán)水槽（圖25），實(shí)驗(yàn)流速0.1-1.0m/s。該水槽尺寸適中、工作方便、利用率高。該水槽原安裝在大水洞實(shí)驗(yàn)室的中部，今后將隨航空科學(xué)與工程學(xué)院的搬遷一同遷往沙河校區(qū)實(shí)驗(yàn)室。</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖25. 0.6m*0.7m*3m 循環(huán)水槽</p> <p class="ql-block"><b>0.4m*0.5m*3m 循環(huán)水槽</b></p><p class="ql-block">? <span style="font-size: 18px;">為滿(mǎn)足科研和研究生教學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要，我于2012年研制建立了該</span>垂直循環(huán)流動(dòng)顯示水槽（圖26），實(shí)驗(yàn)段尺寸<span style="font-size: 18px;">0.4m*0.5m*3m ，</span>流速0.02-0.3m/s，配有二維粒子圖像測(cè)速系統(tǒng)（PIV）和二維激光測(cè)速儀，可開(kāi)展研究生PIV和LDV相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，本課題組在該水槽中完成了多個(gè)國(guó)家自然科學(xué)基金和其他項(xiàng)目研究。</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖26. 0.4m*0.5m*3m 循環(huán)水槽</p> <p class="ql-block"><b>0.4m*0.58m*4.5m循環(huán)水槽</b></p><p class="ql-block"> 為滿(mǎn)足科研和教學(xué)的需要，劉沛清教授于2012年研制建立了該水槽，其為垂直循環(huán)低速流動(dòng)顯示水槽（圖27），實(shí)驗(yàn)段尺寸0.4m*0.58m*4.5m，流速0.1-0.6m/s，該水槽位于沙河實(shí)驗(yàn)室。</p> <p class="ql-block" style="text-align: center;">圖27. 0.4m*0.58m*4.5m循環(huán)水槽</p> <p class="ql-block"><b>結(jié)束語(yǔ)</b></p><p class="ql-block"> 回想起來(lái)，在我將近40年的北航流體所工作經(jīng)歷中有相當(dāng)大一部分時(shí)間和工作都跟風(fēng)洞水洞實(shí)驗(yàn)研究、風(fēng)洞水洞設(shè)計(jì)建設(shè)有關(guān)，在跨聲速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室工作8年，在超聲速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室工作6年，擔(dān)任流體所實(shí)驗(yàn)室主任6年，擔(dān)任流體所主管教學(xué)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的副所長(zhǎng)10年，因此我對(duì)流體所的風(fēng)洞、水洞比較熟悉也很有感情。本文是對(duì)我所了解的北航老風(fēng)洞、老水洞的一個(gè)梳理總結(jié)。文中<span style="font-size: 18px;">基本上包含了北航流體所有史以來(lái)全部的風(fēng)洞、水洞，不包括目前</span>沙河校區(qū)正在建設(shè)中的4米x3米氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞[1]（劉沛清教授主持）。</p><p class="ql-block"> 我從2019年開(kāi)始策劃此文，搜集整理資料、采訪(fǎng)建校元老顧高墀教授等老教師，后因病將寫(xiě)作擱置了兩年，在我2021年退休之后、北航將迎來(lái)2022年10月建校70周年之際終于完成這篇文章，頗感欣慰。</p> <p class="ql-block"><b>參考文獻(xiàn)</b></p><p class="ql-block">[1] 朱自強(qiáng)，北京航空航天大學(xué)空氣動(dòng)力學(xué)專(zhuān)業(yè)和教研室發(fā)展簡(jiǎn)況，2021年3月</p><p class="ql-block"><span style="font-size: 18px;">[2] 《清華大學(xué)志（下）》第十九章院系概況、第一節(jié)航空工程學(xué)系</span></p><p class="ql-block">[3] 白濤，趙震炎，連祺祥，走近“風(fēng)洞”-沈元早年設(shè)計(jì)并兼制的北航D1低速風(fēng)洞，航空知識(shí)，2007年第9期，50-51</p><p class="ql-block">[4] 顧高墀，口述北航老風(fēng)洞歷史</p><p class="ql-block">[5] 凌云沛，張華，劉堅(jiān)，新一代引射式跨音速風(fēng)洞（IDT）高要求指標(biāo)的研究，航空學(xué)報(bào)，1989.2，10（2）：B9-B14</p><p class="ql-block">[6] 張華，鄧學(xué)鎣，激波/邊界層干擾脈動(dòng)壓力測(cè)量技術(shù)，航空學(xué)報(bào)，1995.5，16（3）: 344-347</p><p class="ql-block">[7] 連祺祥，北航1980年建造的水槽，紀(jì)念北京航空航天大學(xué)空氣動(dòng)力學(xué)專(zhuān)業(yè)成立五十周年暨陸士嘉先生逝世二十周年文集，2006.10，47-49</p> <p class="ql-block">注：本文載《北航校報(bào)》2022年9月1日，第1106期，總第1507期，第3版“北航往事”專(zhuān)欄</p> <p class="ql-block"><b>作者簡(jiǎn)介</b></p><p class="ql-block">張華，北京航空航天大學(xué)航空科學(xué)與工程學(xué)院教授，北京市高校教學(xué)名師，北京市優(yōu)秀教師，中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)全國(guó)優(yōu)秀力學(xué)教師，“寶鋼教育獎(jiǎng)”優(yōu)秀教師，北航國(guó)家級(jí)精品課《空氣動(dòng)力學(xué)》優(yōu)秀主講教師，北航“立德樹(shù)人”優(yōu)秀獎(jiǎng)，北航“我愛(ài)我?guī)?十佳教師”，北京力學(xué)學(xué)會(huì)科普委員會(huì)副主任，《力學(xué)與實(shí)踐》雜志9、10屆編委。主要研究方向：旋渦與分離流動(dòng)，流動(dòng)控制，風(fēng)工程，風(fēng)洞水洞設(shè)計(jì)。</p>