漫談隱形戰機（XI）：風洞和J-10（二十）風洞與J-10甲.風洞的發明和應用飛機設計有一個非常重要的設備，那就是風洞。隨著飛機的速度越來越高，還有導彈和太空船加入飛行的行列，風洞就成了設計飛行物必不可少的設備了。世界最早的風洞是英國人在1871年建造的，但是飛機的發明人卻是美國的萊特兄弟。萊特兄弟在1901年建造了一個風速每秒12米的風洞，用它做實驗發明了世界上第一架飛機。但是真正有系統地建造大量風洞的是德國人。1907年，德國的哥廷根大學成立了「哥廷根空氣動力實驗院」，這個實驗院的創辦者和主持人就是後來赫赫有名的普朗特教授（LudwigPrandtl，1875~1953）也是流體力學的奠基人，被稱為「現代流體力學之父」。普朗特認為研究空氣動力學必須做模型實驗，於是在1906年建立德國的第一個風洞。接著在普朗特的領導下，德國耗費鉅資建立了一批低速、高速、超高速和特種風洞。普朗特善於觀察同時也善於分析，成就他非常傑出的學術能力和學術貢獻。普朗特的直觀洞察能力使他深入瞭解物理本質，然後他傑出的分析能力再把物理本質用數學方程式概括出來，這樣結合了物理性質和數學理論就奠定了流體力學的理論基礎。當時的德國在流體力學，特別是空氣動力學上領先世界。根據這些紮實的理論基礎和風洞實驗，德國製造了V1和V2火箭還有世界第一個噴氣發動機。乙.中國的風洞設備普朗特教育了一批高徒，其中一位傑出者叫馮卡門（TheodorevonKarman，1881~1963），是流體力學的第二代掌門人。馮卡門也教育了一批高徒，其中一位傑出者叫錢學森，是流體力學的第三代掌門人。不過中國的第一個風洞不是錢學森建立的，而是清華大學在1936年自行設計的，直徑1.5米。1936年，清華大學在南昌建造了直徑4.5米的風洞，最大風速達到每秒58米。1947~1948年，清華大學在北平建造了橫切面為橢圓形（0.762米x1.016米）的鐵殼風洞，風速每秒40~50米。想想看，上個世紀的三０年代和四０年代中國是在戰亂中掙扎，但是即使在如此艱苦的環境中我們的科學家仍然努力從事尖端研究，並沒入忘了知識分子對國家的責任。新中國成立後，在錢學森的指導下建立了一批現代化的風洞群，高速攝影機、高速計算機、各種應用軟體等等現代化的設備一步步成套地建立。根據新華社2006年的報導，中國建成各類風洞一百四十餘座，在風洞試驗、數值計算、模型飛行試驗等領域取得長足進步，空氣動力學的設備、技術和人才均跨入國際先進行列。2008年11月13日，中國空氣動力研究基地慶祝40周年，在紀念大會上基地負責人王希山介紹，該基地擁有52座風洞，是亞洲最大的風洞群，其中有八座屬於世界領先。風速從低速、高速、超高速構成銜接，能夠進行從低速到24倍音速，從水下、地面到94公里高空，覆蓋氣動力、氣動熱、氣動物理、氣動光學等領域的空氣動力實驗能力。研究的課題從各型戰機、神州系列飛船、「和諧號」高速列車、還有上海三百多米高的東方明珠塔等等。設計和建造風洞不是一件簡單的事，低速的風洞可以用風扇吹，超音速的風洞就需要用壓縮空氣了，實驗的時間只有幾秒甚至幾毫秒，困難的程度遠非一般人能想像。中國的風洞群完善的程度世界第三、亞洲第一，僅次於美國與俄國。美國與俄國的優勢是風洞的直徑很大，可以把整架飛機放進去。風洞設備耗資巨大，風洞實驗也耗資巨大，尤其電力的消耗是非常驚人的。風洞的建立百分之百是為了設計飛行器的外型，風洞實驗是設計任何飛行器的必經過程。譬如美國「哥倫比亞號」太空梭的外型設計在風洞實驗上就超過三萬小時，美國為了計算F-22菱形機身的空氣阻力係數進行了二十二種不同的風洞檢測。想想看，這得花多少時間和金錢。中國的神州飛船和J-20戰機也是一樣，單是風洞實驗就是一個巨大的工程。對隱形戰機而言，風洞實驗尤其重要，因為有些隱形的設計是以犧牲氣動性能為代價。設計隱形戰機的外殼形狀過程非常複雜，需要耗費極大的人力和物力，絕不是一件簡單的事，也絕不可能“山寨”別人的成品。隱形戰機的設計必須腳踏實地從理論計算、風洞實驗、暗室測量反覆進行，一步都不能少，並且要留下詳細記錄。如果過程中有任何馬虎，那麼當飛機製造出來試飛出現問題的時候，很可能連問題的源頭都找不到，這還怎麼解決？丙.J-10的例子飛機是一個外形複雜的物體，它在高速飛行時所產生的種種問題非常複雜，不可能有理論模型，「風洞實驗」可以解決大部份的問題，但是仍會有漏網之魚。譬如中國J-10戰機即使經過無數次的「風洞實驗」，在試飛的時候發現機頭部分有震動的情形，是「風洞實驗」沒有看到的。最後解決的方法是在進氣口和機頭下方用六個“小棍子”連在一起（見圖25）。圖25：J-10A大陸很多網友最