摘要：风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用，随着工业空气动力学的发展，在交通运输、房屋建筑、风能利用和环境保护等部门中也得到越来越广泛的应用。用风洞作实验的依据是运动的相对性原理，实验时，常将模型或实物固定在风洞内，使气体流过模型。为了推进我国在风洞领域的研究发展，下面将针对风洞专利技术进行分析研究。
关键词：风洞
引言
风洞是依据运动的相对性原理，将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中，是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。
1风洞简介
风洞中的气流需要有不同的流速和不同的密度，甚至不同的温度，才能模拟各种飞行器的真实飞行状态。风洞中的气流速度一般用实验气流的马赫数(M数)来衡量。风洞一般根据流速的范围分类：M<0.3的风洞称为低速风洞，这时气流中的空气密度几乎无变化；在 0.3<M<0.8 范围内的风洞称为亚音速风洞，这时气流的密度在流动中已有所变化； 0.8<M<1.2 范围内的风洞称为跨音速风洞；1.2<M<5范围内的风洞称为超音速风洞；M≥5的风洞称为高超音速风洞。风洞也可按用途、结构型式、实验时间等分类。
2风洞的发展
世界上公认的第一个风洞是英国人韦纳姆(E.Mariotte)于1869～1871年建成，并测量了物体与空气相对运动时受到的阻力。它是一个两端开口的木箱，截面45.7厘米×45.7厘米，长3.05米。
1932年瑞士阿克雷特（G.Ackttet）建成了世界第一座超声速风洞，当时主要为了试验炮弹的气动力作用和研究超声速流动而设计。
美国早在80年代中期出台的震撼全球的超级跨世纪工程--"星球大战"计划中，就曾把作为基础学科的空气动力学放在非常突出的重要位置上。1956年为了适应跨超声速飞行器的发展，美国建成世界最大的跨超声速风洞。1958年，美国航天局建成高超声速风洞。1980年，美国将一座旧的低速风洞改造成为世界最大的全尺寸风洞。
前苏联在"十月革命"胜利后的第二年，列宁就下令组建了国家空气动力研究机构--中央流体动力研究院。二次大战之前，斯大林曾下令建造了世界上第一座可用于进行整架飞机试验的全尺寸风洞。
英、法两国在二次大战前均为名列前茅的老牌航空先进国家，在战后第二年，法国政府便决定把因战争和被占领分散到全国各地的研究机构组织到一起，组建了国家空气动力研究机构，并在阿尔卑斯山腹地开始创建莫当试验中心，堪称世界一流的大功率空气动力试验风洞设备。
日本在战后受到限制的情况下，航空工业曾有过长达8年的空白。但在此期间，其基础研究--空气动力学则进展神速。仅60年代，就先后仿制出11种飞机，自行设计8种飞机。[1]
风洞的大量出现是在20世纪中叶，目前全世界的风洞总数已达千余座，最大的低速风洞是美国国家航空航天局艾姆斯中心的国家全尺寸设备(NFSF),足以实验一架完整的真飞机；雷诺数最高的大型跨音速风洞是美国兰利中心的国家跨音速设备。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3专利申请年度分析状况
经过检索发现，全球范围内关于风洞的专利申请共计9674项。全球范围内的申请趋势可粗略分为三个阶段，以 1980年为分水岭，在此之前风洞领域处于萌芽期，专利申请量不大；从1981年开始到1999年，虽然申请量随时间出现波动，但较1980年以前仍维持较高水平，进入缓慢发展期；从2000年开始到2016年，专利申请量逐年飞速增加，风洞领域受到世界各国的重视，进入黄金发展期。
4专利申请地域分布状况
该领域的全球专利申请的国别/地区分布呈现相对集中的趋势，目前在风洞领域中国的专利申请量位于世界第一，为该领域最大的申请来源国；此外，日本、美国、德国、韩国和俄罗斯（以及苏联）的申请量均较大，是风洞研究的活跃地区。
从申请的地域分布看，1999-2016年该领域的全球专利申请趋势。在该领域专利申请量随时间和地域分布的变化趋势中，可以探知风电领域的发展历程：1999-2004年，起初日本的专利申请在全球专利申请量占比第一，美国、德国紧随其后，我国在风洞领域的专利申请处于起步阶段，随后，美国和我国的专利申请量逐年增加，究其原因，美国、日本、德国等发达国家在该领域的研究在起步较早，我国的风洞研究起步较晚。2004年之后，我国在该领域的专利申请量超过日本，成为该领域最大的专利申请来源国，这是由于我国对风洞领域的重视程度逐步增加，研究热度不断积累，从而出现了大量的专利申请。对该种现象出现的原因进行分析，此番专利申请的地域分布演变趋势与早期西方发达国家技术较先进，而中国经济在近年来开始起步并逐渐发展繁荣的大背景相呼应。
5专利申请人分布状况分析
申请人在风洞领域的专利申请量排名第1位的是三菱重工公司（MITSUBISHI HEAVY IND LTD），三菱重工是日本最大的军工生产企业，该公司于1870年成立，其生产装备包括F-2和F-15J型战斗机、90式坦克、潜艇和驱逐舰，企业内部具有完善的研发、制造、销售体系，上述军工武器的研发过程依赖于风洞，所以该公司技术的发展较早、技术成熟度高、工程应用更成熟。专利申请量排名第2位的中国航天空气动力技术研究院，是我过最早建成的空气动力研究试验基地，至今已有50多年的历史，主要从事飞行器空气动力综合技术研究，开发研制各种飞行器气动外形优化设计平台和发展气动性能预测方法。虽然该研究院的申请量位居第二，但是大多数是在2012年以后申请的，反映出近些年来该研究院在该领域的技术能力在不断的提升。
就该领域专利申请的主体看，国外申请主体均为企业，而国内申请则呈现主体多元化的态势。该领域中国专利申请的主要来源为企业、大专院校和科研单位，占比分别为35%、25%和20%。可见，我国在风洞领域的研究不只在航天、军工方向，开始向民用、商用领域扩展，逐步推进风洞领域产学研一体化的进展。
结语
综上所述，从专利申请量看，虽然我国的专利申请数量在全球范围内处于领先地位，但是欧美国家以及日本、韩国为代表的东亚地区发达国家都在该领域具有较核心的专利的申请。鉴于我国研究和开发较晚，虽然产业应用需求旺盛、领域扩展广，但在规模化应用还需提高，在研究所和高校投入研究的同时，还需要注重企业的研发投入，在关键领域和核心技术上形成自己的专利，促进我国风洞技术快速发展及其科研成果的快速产业化发展。
参考文献
[1] 李周复。风洞试验手册[M]，北京：航空工业出版社，2015.
[2] 周金宝、汪铸、王可。汽车试验场总论[M],北京： 中国科学技术出版社，2013.
[3]黄金陵。汽车车身设计[M],北京： 机械工业出版社，2007.
论文作者:甄卫萌
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/27
标签：风洞论文; 专利申请论文; 领域论文; 美国论文; 飞行器论文; 日本论文; 范围内论文; 《基层建设》2018年第34期论文;