我國打造低空飛行器“御風實驗室”

記者 李迅典

低空飛行器風洞

編者的話：我國首個專注低空飛行器氣動研究的復合型風洞近期在廣東空天科技研究院（以下簡稱“廣天院”）正式落成啟用。該風洞的落成代表著中國整體風洞技術實力的一次躍升，不僅填補了低空飛行器從實驗室研究到真實場景驗證的基礎設施空白，也標志著粵港澳大灣區低空經濟基礎科研平臺建設取得新突破。

啟用首座低空飛行器專用復合型風洞

風洞，被譽為“飛行器的搖籃”，通過人工控制氣流流動，為飛行器設計提供至關重要的系統性測試環境。廣天院風洞平臺負責人尚祖銘向《環球時報》記者詳細闡釋了其核心原理：“風洞測試的核心在于，將飛行器模型固定在設備中，主動驅動氣流高速流動，模擬飛行器與空氣的相對運動狀態，從而精準測量其在空中飛行時的各項關鍵氣動參數。”相較于復雜且周期漫長的戶外實景測試，風洞測試將周期大幅縮短至3-4個月，并顯著降低了研發成本，成為飛行器研制提速降本的關鍵環節。

據介紹，此次啟用的風洞是4.5米量級的復合型設施，其創新之處在于開創性地將傳統航空風洞與無人機專用的風墻測試系統集于一身。此次該復合型風洞的啟用，也是中國整體風洞技術實力的躍升。廣天院風洞技術負責人孫良寶表示：“綜合評估規模、技術能力和覆蓋范圍，中國風洞技術整體實力已穩居世界前三，規模效應和在前沿研究領域的能力均已進入國際第一梯隊。”

孫良寶具體解釋稱：“國內某高超聲速風洞設施，能夠模擬高達30倍音速的極端飛行環境，這種極端條件的模擬能力在世界上是獨一無二的，在該單項技術領域我們可位列全球第一。這得益于改革開放以來國家對航空航天基礎科研設施的持續投入，使我們在風洞建設規模和技術創新深度上都實現了歷史性跨越。”

尚祖銘對《環球時報》記者表示：“風洞的技術突破是有里程碑意義的，可以說，沒有這些在地面模擬的萬次飛行所積累的寶貴數據和經驗，就不可能有國產低空飛行器如今翱翔藍天的‘空中奇跡’。”

尚祖銘強調：“最大的技術突破在于實現了傳統航空風洞與新型風墻系統的深度融合。這使得我們既能進行高精度的定量氣動數據測量，又能有效模擬低空復雜多變的氣流環境，對飛行器性能進行全面評估。”該風洞擁有8米×6米的龐大實驗區，是目前國內可承載中型乃至中大型飛行器進行抗風性能測試的單體面積最大的工程化風洞設施，其風墻系統的規模在全球同類設施中也居于領先地位。

尚祖銘在接受《環球時報》記者采訪時，明確了該設施的獨特定位與戰略意義：“我們這座風洞的使命非常清晰——專注于低空飛行器的氣動研究，核心目標是服務大灣區蓬勃發展的低空經濟產業。”他表示，行業發展長期存在痛點：國內頂尖的風洞資源（生產型風洞）主要服務于國家重大航空航天型號任務。“低空飛行器研發企業，尤其是南方的民營企業，長期以來很難獲得這些國家級資源的測試支持。可以說，在南方，特別是粵港澳大灣區，服務于產業化的生產型風洞資源幾乎是空白。”

尚祖銘表示，“這座風洞的建成啟用，標志著中國在低空經濟領域擁有了首個專門面向產業化需求的‘生產型風洞’，讓大灣區的企業能夠在家門口獲得高效、便捷的檢測服務。”他進一步強調：“在低空飛行器面臨的特殊氣動問題研究上，全球包括中美都處于探索階段。通過這座風洞平臺聯合國內優勢技術力量進行攻關，我們在飛行安全性和關鍵氣動問題的解決能力上，已經取得了領先半個身位的優勢。”

工作人員正在風洞前測試無人機

攻克“卡脖子”難關

低空飛行器，尤其是電動垂直起降飛行器（eVTOL），其運行環境和飛行模式帶來了與傳統航空器截然不同的氣動難題。尚祖銘系統性地梳理了當前面臨的五大核心技術挑戰。

首當其沖的是分布式動力效率瓶頸。低空飛行器普遍采用多旋翼/多槳設計以提高安全冗余，“但這也導致單槳效率相對較低，使得整個動力系統天生存在效率不足的問題，直接影響飛行器的續航里程和運營經濟性。”

其次是多槳干擾的極端復雜性，多個旋翼/螺旋槳之間、槳葉與機身結構之間產生的復雜氣動干擾，包括轉向差異、相位控制、渦流相互作用等，都需要極其深入細致的研究。

第三大挑戰是垂直起降特有的過渡態飛行安全風險。“從懸停狀態轉換到前飛巡航狀態的過渡階段，氣動特性極為復雜且不穩定，是事故的高發期，美國V-22‘魚鷹’運輸機歷史上多次嚴重事故均與此階段相關。”

第四項挑戰是城市復雜環境的強適應性要求。“低空飛行器主要在城市樓宇峽谷、人口密集區運行，其遭遇的湍流、陣風（切片風陣）、下洗氣流等復雜環境遠超傳統航空器的飛行空域預期。”

最后是噪聲控制與公眾舒適性挑戰。“低空飛行器產生的噪音直接關系到公眾接受度和商業運營的可行性。若因噪音問題引發居民投訴，迫使進行設計修改，將大幅推高研制成本。”

尚祖銘向記者詳細介紹了該風洞在攻克這些“卡脖子”難題上的獨特能力：“傳統的大型航空風洞難以精確模擬城市峽谷中那種高度不規則的‘切片風陣’等復雜瞬變氣流；而一些新興、專注于模擬復雜氣流的風墻系統，往往又難以達到進行高精度定量氣動測試所需的流場品質要求。我們這座復合型風洞成功融合了兩者的優勢，實現了對低空飛行器在真實復雜環境下性能的高精度測量與評估。”

針對行業面臨的另一個痛點——高昂的測試成本和標準缺失，廣天院風洞技術負責人孫良寶坦言：“傳統航空風洞進行一次高規格測試，成本動輒達到百萬量級。而許多低空飛行器原型機或早期產品的造價本身可能也只有兩三百萬人民幣，企業根本無力承擔如此高昂的測試費用。因此，我們的首要任務之一，是與產業界緊密合作，共同制定一套適合低空飛行器研發特點、經濟可行的新測試標準體系，涵蓋從模型設計規范到抗風性能測試方法等全流程創新。”

據《環球時報》記者了解，廣天院已聯合國內多家低空飛行器研發機構、高校和產業鏈企業，共同啟動了低空飛行器風洞試驗標準化體系的共建工作。

撬動三千億市場的低空經濟圈

該風洞的啟用，其產業帶動效應正在迅速顯現。據尚祖銘透露，目前廣天院已接到深圳海關、小鵬匯天、威凱檢測等10余家單位的測試需求，其意義遠不止于提供一個測試場所，更在于圍繞風洞構建起一個完整的低空經濟創新生態圈。

依托廣州南沙得天獨厚的區位優勢，廣天院正全力打造覆蓋研發全鏈條的一站式服務基地。尚祖銘描繪了藍圖：“從數值仿真計算集群提供的前端設計支持，到室內風洞實驗室進行關鍵氣動驗證，再到走出風洞大門即可利用配套的外場試飛基地進行實際飛行測試，配合先進的5G-A通感一體網絡和精密測風雷達，我們真正實現了低空飛行器研發的‘設計-仿真-風洞驗證-試飛’閉環。”這一獨特且完善的研發環境正形成強大的“磁場效應”，吸引著低空經濟產業鏈上下游企業加速向廣州聚集。

針對低空飛行器領域以創新民企為主、普遍“抗風險能力弱”的痛點，廣天院創新性地聯合相關保險公司推出專屬的科技保險產品。“通過我們風洞實驗室的嚴格測試以及半實物仿真等驗證環節后，企業研發的飛行器原型即可獲得相應的試飛風險保障，”尚祖銘解釋道，“這能極大減輕企業，特別是像eVTOL這類前沿領域民營企業的后顧之憂，為創新保駕護航。”

值得注意的是，在傾轉旋翼等代表未來方向的前沿布局上，2021年專家研討曾判定中國與歐美存在3-10年的技術差距。為加速追趕并降低行業整體研發風險，廣天院推出“灣區1號”風洞試驗數據共享平臺，并自主研發了具有代表性的傾轉旋翼驗證機。

尚祖銘表示：“我們采用‘清點權益’的創新模式，在保護核心知識產權的同時，將大量基礎性、共性技術的氣動試驗數據向全球研究者和產業伙伴開放共享。這類似于西方國家當年在研發新型戰斗機前，通過一系列驗證機項目降低全行業技術風險的策略。這個驗證平臺，正是我們加速突破關鍵技術瓶頸、實現協同創新的關鍵載體。”

對于低空經濟的產業前景，尚祖銘充滿信心：“低空經濟規模未來可能超過3000億元，影響深遠。”

他特別以中國新能源汽車產業的崛起歷程作為類比：“我們有最活躍的市場、最密集的企業集群和最有力的政策支持。”

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