提起風洞，你可能會聯想到黑洞、蟲洞等神秘概念。實際上，這是一個開展空氣動力科學研究的實驗裝置。簡單來說，風洞是通過人工來產生和控制氣流，模擬物體周圍氣體的流動。形象地比喻，風洞是在地面上人為地創造了“天空”。

風洞到底什么樣？為何要進行風洞試驗？近日，記者到世界最大的邊界層風洞一探究竟。

藏于大樓里的“人造天空”

在西南交通大學犀浦校區，穿過一片幽靜的草坪，便來到了西南交通大學風工程試驗研究中心。從外表看，這只是一棟長長的普通樓房，但內部卻別有“洞”天。這里是目前世界最大的邊界層風洞——XNJD-3風洞。

據悉，XNJD-3風洞寬22.5米、高4.5米、長36米，風速范圍可在1.0—16.5米/秒之間精確調控，其主要技術指標達到世界領先水平，適用于開展大跨及超大跨度橋梁、大型建筑物及建筑群等風工程試驗。

走進實驗室的控制中心，映入眼簾的屏幕上，跳動著實時數據，精準地操控著風洞的運行。透過玻璃窗向內望去，空曠的風洞內部更像一座工廠，里面孤零零的梁橋模型橫亙在中央。

正前方，四個強風風機被黑洞洞的網格隔開，這便是風洞的“動力心臟”。其前方的多層金屬格柵能讓風速均勻穩定；正后方，則是大方格，尾部順滑上翹，可以將吹出風導入實驗室上方，再流到前方從風口吹出，配合循環氣流設施，確保還原最真實的環境。

據西南交通大學教授馬存明介紹，西南交通大學風工程試驗研究中心建于1989年，是國內最早開展風洞試驗的三家單位之一。近年來，研究中心已承擔國家級項目50多項，省部級科研項目40多項，包括橋梁、建筑、高鐵、車輛、電力設施等應用科技項目200多項。

給大橋、建筑“把脈”抗風性能

為什么要大費周章地進行風洞試驗？“風洞試驗在民用領域主要用于大跨度橋梁和超高層建筑?！瘪R存明直言，“特別是在橋梁建設上，隨著環保、經濟性要求不斷提高，橋梁工程技術難度呈指數級增長?！?/p>

他進一步解釋，一跨過江的懸索橋因其對環境影響小、通航適應性好，成為建設跨越大江大河橋型的最佳選擇。一般而言，中小跨徑橋梁以抗震為核心，而大跨度橋梁面臨的首要挑戰則是抗風。

“當橋梁跨度逼近2000米時，工程難度就邁入了全新量級?！瘪R存明解釋說，“建設2000米級超大跨懸索橋，投資動輒約百億元，能否抗風防災是決定成敗的關鍵?！?/p>

他特別強調，必須在設計之初，就要對橋梁的抗風性能作出準確判斷。其中，最致命、最不可預測的則是危及安全的顫振問題——跨度越大、橋體越柔，對風的作用就越敏感。突破2000米跨度，意味著必須設計出能夠抵抗強風的橋面斷面和抗風措施，其對理論分析和風洞試驗的要求極高。

這類大橋需同時解決兩類問題：一是在極端大風下的抗風安全，即保證橋梁在極端大風下不會發生斷裂或垮塌；二是在日常風速下的振動控制，避免出現“蕩秋千”情況，以免晃動影響行車安全與舒適。

如何實現檢測并達到理想效果？關鍵就要依托風洞試驗。馬存明解釋，在風洞實驗室內，可以把橋等比例縮小，進行極端環境模擬測試。不僅如此，遇到各種問題，團隊還會結合專業理論，給出相應的解決方案。

守護橋梁、助力飛行，應用場景多元

近段時間，馬存明團隊正在進行虎門大橋輔航道橋的風洞試驗，這項工作已持續了半個月。

據了解，虎門大橋輔航道橋中間主跨270米，在長期重載車流下，耐久性顯著下降，需要重新加固從而提升虎門大橋段安全韌性、恢復通道交通功能、保證結構安全耐久。

果不其然，在對虎門輔航道橋縮小為原來的1/30的橋梁模型進行試驗時，當6米/秒的風（相當于日常8—9級大風）吹在大橋上，橋梁很快開始上下振動，且幅度越來越大。

找出了問題，團隊還給出解決方案：其一，改變橋梁外形，改變橋梁斷面周邊的流場，使得渦脫變小，減小激勵的大小，從而渦振變小或者消失；其二，利用一些機械裝置增加橋梁的阻尼，提高橋梁抵抗動力荷載的能力，減小渦振的振幅。

在試驗中，記者目睹了調諧質量阻尼器的神奇效果。隨著工作人員將2個阻尼器掛在橋下，同樣的風吹過，橋體的振動明顯減小。

目前，西南交通大學抗風研究團隊完成了世界最大跨度橋梁（主跨2300米）江蘇張靖皋長江大橋，世界首座主跨超過2000米橋梁土耳其恰納卡萊大橋，港珠澳大橋、蘭新高鐵等國內外重大工程的抗風科研，以及成都東站、深圳大疆天空之城大廈、上海陸家嘴金融貿易區高層建筑群的風洞試驗。

未來，“風洞試驗應用場景將會增多?！瘪R存明展望，隨著低空經濟發展，無人機、飛行器將成為風洞試驗新的應用領域，除此以外，風力發電機、光伏發電等，甚至是自行車、滑冰、帆船競賽等運動項目，也可以運用風洞試驗。（四川日報全媒體記者 蘭珍）

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