全球首个低空风洞落地龙华 低空飞行器的“气象考场”

摘要： 全球首个低空风洞落地龙华 低空飞行器的“气象考场”。电子科技大学（深圳）高等研究院深思实验室研发的低空三维多物理场耦合引导风洞装置，是全球首个面向低空经济这一新兴产业的风洞装置，被...

全球首个低空风洞落地龙华 低空飞行器的“气象考场”。电子科技大学（深圳）高等研究院深思实验室研发的低空三维多物理场耦合引导风洞装置，是全球首个面向低空经济这一新兴产业的风洞装置，被称为低空飞行器的“气象考场”。通过人工控制，该装置能高精度复现城市峡谷风场、热岛效应、风切变、下击暴流等典型及极端气象条件，为飞行器的安全性边界划定提供科学依据。

在广东省深圳市龙华区丹霞路1号的测试区，81台高功率风机轰鸣中，一架四旋翼无人机在模拟8级突风中剧烈颠簸。机翼载荷传感器传回的数据曲线如同心电图般跳动。这一场景展示了引导风洞的实际应用效果。

中国航空学会发布的《2024年度航空领域重大科技问题、重大科技进展》指出，低空飞行器复杂环境效应是工程技术难题之一。传统飞机主要在平流层或开阔区域活动，而未来城市低空飞行器则需面对对流层低空复杂风场。特别是在高容积率城市、山地城市或沿海城市，大气环流和多种局地环流相互作用，使得低空流场极为复杂。

为了帮助无人机、电动垂直起降飞行器等在1000米以下区域安全飞行，低空风洞成为关键。然而，常规风洞只能模拟单一方向气流，无法应对实际低空飞行中的复杂风场。引导风洞包含内外舱两部分，外舱直径18米，内舱直径10米，由3组不同方向的风机矩阵和底部1组绕流风机组成。它支持4米翼展航空器进行垂直起降、巡航、悬停等飞行姿态下的气动特性、飞控性能以及安全性能研究。

引导风洞首次实现了“X—Y—Z三向速度场”精准控制，风机矩阵响应时间缩短至2秒内，风速最高可达60米/秒。同时，它还能集成雨雪、积冰冻雨、湿热、高低温、太阳辐照等气象环境因素，实现城市低空环境全要素模拟。

加拿大工程院院士、深思实验室主任杨军表示，该装置在风切变、突风/时变风、垂直流（热岛风场、下击暴流）、城市特殊风场四大类复杂风场模拟方面达到预期。自2024年9月投用以来，引导风洞已为多家企事业单位提供了小微型飞行器的研发测试服务。

利用引导风洞，一家低空领域人工智能企业正在模拟海洋风力环境的气动测试。过去这项测试仅能在自然风力环境中完成，现在可以随时按需创造可控测试环境，极大节省了时间和人力成本。

当前，引导风洞研制团队已在复杂风场模拟技术、风机矩阵构建与控制策略技术、高功率密度风机设计与制造技术等方面取得多项突破。低空复杂风场对飞行器空气动力特性产生的影响通常是不利的，严重时甚至会导致飞行安全事故。因此，风场的模拟技术至关重要。团队结合数值仿真先期研究，在引导风洞中初步建立了复杂风场模拟技术，并基于国内机场及典型地貌环境测得的风场数据进行仿真，实现了在装置中准确控制X、Y、Z三个方向的速度场，可模拟低空遇到的各种复杂风场。

此外，风机矩阵的构建与控制也是核心技术之一。项目团队全球首创了“固定—移动—顶部”三组矩阵风机墙布局，成功攻克大功率风机耦合振动难题，率先实现城市峡谷、风切变、下击暴流等复杂低空气象场景的人工可控复现。在风机的叶轮气动设计上，团队采用弯掠组合正交型翼型扭转叶片优化设计方法，确保风机综合性能达到最优；叶轮轮毂采用全寿命周期无故障可靠性结构设计理念，满足强度要求的同时引入结构刚度设计和固有频率设计控制方法，确保风机全使用周期无故障发生。

深思实验室计划建设更大的低空复杂环境模拟装置，以实现更大尺寸新型低空飞行器的研究、验证和测试。这将是全球首个飞行器训练平台及低空经济标准制定与验证平台，与现有的引导风洞共同形成低空飞行器研究测试的闭环。目前，深思实验室正不断积累数据，提升模拟及预测精度，有望在城市微气象模拟中获得突破性成果。