风洞测试（Wind Tunnel），这是不是只有地球人类才做的事？请恕笔者才疏学浅，难以回答。但在地球上，一物体在空气或者其他流体中作相对运动时，当中所产生的“风阻系数、Cd值”是你我他尽知的字眼，也可以高逼格地说上一句“空气动力学”。
那，这跟风洞测试有什么关系？关系可是杠杠滴，当物体通过风洞测试后将会得出一系列的实验数据（光是受力特性就有：升力、阻力、横向力等等，以及气体流动的变化情况等等），让那高逼格的空气动力学得以实现。
但说句实在话，这现今大型风洞测试也是高逼格的存在，投资建设费用可是大大滴说，可对于飞机制造来说这是一笔不可缺的成本费用。因为世界上公认最早的风洞出现在19世纪末（1869～1871年），由英国人韦纳姆（E.Mariotte）研究发明，后来飞机发明者美国莱特兄弟也在1900年、1901年前后均对他们的飞机进行风洞测试。可以说当年的风洞测试和空气动力研究大多数是与航空领域有关。
图：飞机发明者美国莱特兄弟在1900年、1901年前后均对他们的飞机进行风洞测试，虽说只是一个十分简陋的风洞机构，但在1903年他们成功研制出载人飞机。
图：其实当年有着不少有关风洞的设计，法国人Gustave Eiffel就曾在1909年建造出第一个直流开放式风洞。
随后就是在第二次世界大战（1939～1945年）建有大型风洞，而在美苏冷战时期，这类型的大型风洞测试更具有重要战略性意义，当中出品不乏有超音速战机和作战导弹。在此过后的发展中风洞测试就自成一体，不再是单单地为飞机、航空领域服务。1960年第一个全尺寸实车专用风洞测试由英国MIRA建造并投入使用，除了汽车之外，现今的风洞测试还关系到高楼建筑、运动员装备、航船等等。
图：这是北美的XP-51B战机进行去掉外翼时的风洞测试，要知道在空战时被击中断掉机翼的情况大有发生。
图：虽说被击中一半机翼后会更难操控战机，但至少在通过风洞测试后能提高人机返回基地的机率。
图：德国，在第二次世界大战中的各种手段先不论，但不可否认的是它当中的科学技术。
图：早年美国NACA太空总局，就曾在0.04马赫（约为50km/h）至0.58马赫（710km/h），图中左至右是0.04马赫、0.4马赫、0.58马赫的测试情况）的风速区间段对人体进行风洞测试，其实是为当时的飞行员提供测试数据。
图：再往后的风洞测试就不再是局限于飞机，还将会涉及太空设备、汽车、高楼大厦建筑。
图：1960年第一个全尺寸实车专用风洞测试是由英国MIRA建造设计，图中大家所见到的白色气流是由于加入有烟雾，让高速气流可视化。
稍微说点近的，像是近期举行的2016里约奥运会，空气动力学也大派用场。来自捷克的斯柯达车厂，运用汽车空气动力学的技术协助捷克奥运自行车选手Pavel Kelemen夺金。不同于上述的风洞测试，运用的是150台高解析度相机来建立骑乘时的3D模型，再运用CFD电脑模拟不同骑姿的风阻，这样一来即可找出最小风阻的骑姿。不仅仅是斯柯达，像是BMW也以自动驾驶的侦测技术协助美国泳队在本届奥运夺冠，此前McLaren、Ferrari也曾协助过英国和意大利运动代表队。
图：图上所见的是捷克斯柯达车厂，运用汽车空气动力学的技术为捷克奥运自行车选手Pavel Kelemen进行模拟风洞测试，最终成功夺冠。
而我国也早在1937年清华大学（当年开设有航空工程课程）就建造有国内第一个风洞，1947～1948年期间继而建造有铁壳风洞，气流速度达40～50m/s。而在1968年新中国成立后，位于川西山区的“中国空气动力发展与研究中心”建成，并称装备有亚洲最大的风洞群，如：歼-10战机、神舟系列航空工程、和谐号高速列车等均在此进行风洞测试。
往后就是藏身于各大学中的风洞测试实验室：上海同济大学地面交通工具风洞中心（国内第一个汽车整车风洞）、吉林大学汽车风洞实验室、汕头大学风洞试验室、北京交通大学风洞实验室、西南交通大学XNJD-3风洞。
图：国内的风洞测试除了涉及军事项目外，还涉及有高速交通工具等民生工程。
图：C919中型客机是国内首款按照最新国际适航标准研制的干线民用飞机，图上所见的是研发期间对比例模型进行声学风洞测试，以检测飞行过程中的风噪。
图：目前国内大大小小的风洞测试实验室众多，大多数置身于国内的大学校园，好比吉林大学的汽车风洞实验室，可以进行等比例模型和实车的风洞测试。
至今，风洞技术已有100多年历史，当中的结构组成也大致相似。目前风洞的分类有多种，假若按照流场气流速度大小区分共有两大类：低速风洞（气体流动速度为0.4马赫，约为480km/h）、高速风洞（气体流动速度可达0.4～>5马赫，1马赫即1倍音速），期间高速风洞又包含：超音速风洞（Supersonic wind tunnel）、高超声速风洞（Hypersonic wind tunnel）、亚音速风洞（Subsonic wind tunnel）和跨音速风洞（Transonic wind tunnel）。而像是汽车风洞测试之类采用的是低速风洞，而像是飞机、导弹、航天工程等采用的是高速风洞测试。
图：以0.4马赫为界限，数值往下的为低速风洞，往上的为高速风洞，像是图中的比例战机模型就进行亚音速风洞测试。
再来就简单介绍一下风洞的结构形式，汽车用的与航空领域用的风洞大致相似，毕竟早期汽车用的风洞大多是从航空风洞改造过来，而当中的许多空气动力理论和概念也是从航空力学延续过来的，所以目前分有三大类风洞结构类型：直流式、回流式和立式风洞。
直流式风洞：
图：直流闭式风洞，气流通过试验段后直接排到大气中，虽结构简单但不易保持恒定的空气温度和湿度，以及气流稳定性差、噪声大。
图：宾尼法利纳的直流开式风洞，半开式试验段为保持有稳定气流。
回流式风洞：
图：回流闭式风洞，空气温度、湿度、噪声等较佳，但也需要冷却系统降温（快速流动的空气分子摩擦），换言之建造成本费用高。
图：回流3/4开口式风洞，试验段为开口设计能在测试时较好地模拟周围气体流动的情况，获得相对准确的测试结果，但也由于此原因会带来涡流和气流能量损耗。
图：回流槽壁式风洞，在风洞管道周围装有平行槽，用意是减少空气流动阻塞。
立式风洞：
图：立式风洞一般常见于汽车环境风洞（模拟风雪雨等气候环境），占地面积少是特点所在。
现今大多数风洞均采用回流式设计，当中的封闭管道是从小扩大，再由大缩小的循环回路，好处是为了减少空气传输时的能量损失，不然全尺寸相等的封闭管道会有边缘气流堆积、高速时气流也会与通道边缘有更大摩擦。
至于说到更具体的风洞组成则有：收缩段、试验段、扩散段、稳定段（蜂窝器、阻尼网）、动力段（电机、风扇、整流罩、预扭导流片、止旋片等）、拐角段（拐角导流片）、散热段。
其实这一大堆零部件的出现，不过是想让风洞测试更加高效、让测试数据更接近真实情况。所以像是蜂窝器、阻尼网、拐角导流片等部件就是消除当中的旋涡、稳定气流；空气分子会在传输中剧烈运动摩擦而产生热量，尽管管道内设有大型水冷散热器，可一般风洞会稳定空气温度在25℃左右。再来就是动力风机，以F1赛车风洞设计为例：将会被置于一大混凝土块中作为固定，与底部承托混凝土之间将会是弹性元件连接，因为风机一旦被启动后将会伴随有剧烈震动，而这样震动还会影响被测试对象，影响测试数据。
图：像是在这种循环风道的设计，解决涡流是一大要事，因此我们可以在风道的拐角处见到有导流片（上图），在进入试验对象的收缩段前见到有密密麻麻的蜂窝网（下图），均是用来尽可能地消除涡流现象。
图：为避免风洞电机的运行震动影响被测试对象，像是F1的风洞就在固定电机的混凝土块与承托混泥土块之间设计有弹性元件滤震。
笔者曾阅读过某汽车杂志，上面写着“当汽车以80公里/小时行驶时，将近有60%油耗是用来克服风阻”，这准确性如何还有待考究，但这句话即便是放在各品牌车厂看来也并没有错，因为他们也知道等条件下，当汽车行驶的速度越快，所受的空气阻力也就越大。用学霸的话解析就是：F=(1/2)CρSV^2（F为空气阻力，C为空气阻力系数，ρ为空气密度，S为物体迎风面积，V为物体与空气的相对运动速度）。
图：量产民用车进行风洞测试过后，多半会搬弄出风阻系数Cd值说事，各类广告和宣传片也均推广其低油耗的表现。
假设在一定的ρ空气密度下（不同的空气温度和压力，也就有不同的空气密度），空气阻力的大小就与空气阻力系数、迎风面积和速度成正比，抛开“速度”这一人为主观的变量，各品牌车厂都想旗下的量产车型有更低的空气阻力系数和迎风面积。所以早期的汽车设计师机智地采用上流线型车身，用以降低风阻系数，而当中最为突出的是1922年，罗马尼亚工程师Aurel Persu设计的超低风阻系数汽车，Cd值范围在0.22～0.28（即便是最大的0.28Cd值，也如现代保时捷Carrera一样），要知道当时一般汽车的风阻系数在0.8～1Cd值。
图：最小0.22Cd值，即便是现今车型也是高难度的水平，但笔者估计这仅仅是冲着降低风阻系数而来的。
图：丰田的第一款轿车：丰田AA型（1936产），也将当年美国车型中的流线型车身搬弄过来。
但现今在汽车风洞测试中除了讲求低风阻系数外，还需要考虑到整车的热交换管理、风噪处理，以及高速行驶时车身不稳定现象等，换言之更加讲求整车高效空气动力的表现，而这就有赖于外观包围套件和车身设计。
为了能相对更接近地得到车辆实际上路后的表现，车厂会进行比例模型风洞测试（模型比例通常有：1:2、1:2.5、3:8、1:4、1:5、1:10）、1：1实车风洞测试、声学风洞测试和环境风洞测试，一系列过后收集数据、综合分析再通过计算机运算，再逐步修改当中的车身造型设计、空力包围套件、扰流导流板。
量产民用车利用风洞测试后，改善风阻系数还能省个油耗作为卖点，那赛车的风洞测试呢？烧钱是各车队每年早料到的事，但前提是能有那么一套空力套件产生下压力的同时不增加空气阻力，就好比F1赛车。而大致上用于测试F1赛车的风洞没多大不同，唯独是各车队会根据所需选用不同类型的风洞。
笔者不敢说F1赛车的风洞测试只为了下压力，但假若说民用家庭轿车行驶时的升力系数（Lift Coefficient）为0.3，那F1赛车的升力系数将会去到3.8，再者速度越快升力也将会增加。换言之，F1赛车的空力套件在风洞测试中会在一定范围内控制气流压力和温度等，实际比赛时能紧紧咬合地面。这样一说，就让笔者想起各种脑洞大开的车尾扩散器，还带风扇的。
图：扩散器的工作原理涉及到文丘里效应。根据文丘里效应，流体经过缩窄断面时，流速会增加，车底部分相当于文丘里效应中的缩窄断面。而且要说明的是，真正形成下压力的区域是车底，而非扩散器，因为根据上面的CFD图，气体流速最快的部分是扩散器前面的车底部分，扩散器的作用只是帮助车底形成一个文丘里式的缩窄断面。
图：2009赛季的F1闹起了双层扩散器热潮，结构复杂的扩散器为F1赛车提供更多的下压力，现今已被禁用。
图：1978年的Brabham BT46赛车，它后面的那个大风扇，其实也算是一个扩散器，风扇旋转吸走车底的气流，只不过科技的进步使其成为一个大笑话。
除了提供有下压力外，F1赛车还可以通过空气动力套件减少下压力超车，就好比DRS可调尾翼在调平状态下大约能增加80匹马力。总的来说，不管是为了娱乐观赏性还是真刀实枪，F1赛车还有众多复杂的有关空气动力学的套件，而这一切均需要风洞测试得以实现。当然FIA也明白，也在不断地修改F1赛车风洞规则，只可用不大于原车尺寸60%的模型测试、180km/h风速限制、即便是上限12套倍耐力轮胎也是规则指定内。
图：曾听说过这样一句话（大致意思是）：谁家掌握了优秀的空气动力，谁家就是F1赛事中的冠军。所以如果对比起F1赛车的引擎研发费用，笔者相信空力套件研发、风洞测试的费用更大。
图：哪怕是F1车手的头盔形状也需要进行风洞测试。
大尾翼、风刀、前后扰流、包围、侧裙等等是现今不少改装玩家、赛道玩家都听闻过的，像是World Time Attack Challenge（简称WTAC）赛车都会装上这类的空力套件，而这无非也是想获得更大下压力和引导气流降低风阻。
图：其实对于赛车而言，进行风洞测试无非是想在下压力和空气阻力之间找出相对较佳的平衡点，当然最好的情况是增加下压力减少阻力，因此诞生有各类的空力套件。但笔者需要在这里表明的是至今有不少知名车厂（尤其是法拉利），其民用车型即便原厂没有大尾翼、风刀之类的，可风洞测试中却能提供足以称赞的下压力。
图：封闭风口，是减低风阻减少涡流乱流的做法，但当中所需考虑的还有车辆散热等问题。
上文中我们不难理解风洞测试对汽车技术、发展的重要性意义，但上文也讲述了投入设计、建造风洞所需要巨大的资金财力，所以在后来催生出仿真、虚拟计算机风洞测试。虽然说是计算机虚拟仿真，但像是飞机、航空、F1赛车、量产民用车等均进行有仿真计算机风洞测试。
在进行有一系列的CAD建模后，随后就可以在CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学）中得知被测试对象的升力、阻力、压力分布、流场（流动分离）、声学等，可以说是在投入真实风洞测试前，为设计研发节约时间、节约金钱。至于说其准确性、精度如何？那笔者个人则认为，估计在真实的风洞测试后也难以保证汽车等物体在实际使用中一致，所以说到那CFD得出的数值只能算是辅助参考。
编辑点评：在本文开篇之前笔者就曾查阅过相关资料，一番过后自醒地明白真相：光凭这几页篇幅就想将风洞测试中的空气动力学、流体力学说清讲透，那笔者宁愿选择“身体被掏空”，因为光是那F1赛车上的空气动力学就够玩三天三夜了。可即便如此，后来发现捣腾那“风洞测试”还是有它的必要性，现今不都在讲求高效率吗？