高超声速技术是国家中长期重点发展方向，具有国家战略意义，是世界各大强国在空天领域的制高点。高超声速一词最早由我国航天事业奠基人钱学森先生提出，通常指飞行速度达到马赫5以上的飞行器。高超声速风洞作为高超声速飞行器的设计摇篮，支撑了飞行器的总体和空气动力学设计。然而，常规高超声速风洞的建设和运行成本极高，高等院校类基础科研机构难以负担，影响了我国高超声速空气动力学领域高科技人才的培养。纵观我国相关高校的高超声速空气动力学学科发展，工信部下属的七所院校在飞行器数值模拟均有深厚基础，新型院校的航空航天学院则各有自己特色，但是鲜有高校可以开展高超声速实验空气动力学教学。针对该现状，我校航空航天学院基础力学教学中心依托某研究项目，以科研促教学，成功研制了面向高等院校的高超声速Ludwieg管风洞实验教学平台（图. 1）。
图. 1华中科技大学Φ250 mm 马赫6高超声速风洞实验平台
华中科技大学基础力学教学中心主要承担学校本科生理论力学、材料力学、工程力学、流体力学、水力学、水力学与桥涵水文以及结构力学等课程的理论与实验教学，中心的工程力学教学团队为国家级教学团队、湖北省优秀基层教学组织，力学实验中心为湖北省示范实验中心。本Ludwieg管风洞项目依托基础力学教学中心建成，成功开发了基于Sivells法的高超声速Laval喷管型线生成软件，保证了风洞流场的均匀性；在国内外率先研制了适用于高超声速风洞的毫秒级快开阀系统，大幅降低了风洞运行成本、提高风洞流场重复性；创新采用折回式储气段布局，最大限度地减少了实验平台的空间需求。项目的主要特色如下：
1.Ludwieg式高超声速风洞基于中心波理论驱动风洞运行，相比常规的高超声速具有更为稳定的来流总温和总压，确保实验过程中的变量严格可控，确保实验数据的可信度；
2.Ludwieg式高超声速风洞从高压源到真空单元均在同一个中心轴基准线，风洞能量损失小，该风洞可以模拟来流雷诺数范围较之常规高超声速风洞高，建设成本相对常规高超声速风洞价格仅为1/10；
3.Ludwieg式高超声速风洞采用毫秒级快开阀控制设计可大幅降低高超声速风洞运行的能量消耗，通过精准捕捉膨胀波系在储气段的运动周期，将风洞的单车次运行成本降至数十元/车次，具有较好的经济性；
4.Ludwieg式高超声速风洞采用折回式长直储气段设计可以大幅缩小高超声速风洞的物理空间，相比于常规高超声速风洞占地动辄数千平米，该高超声速风洞占地仅15平米，适合高等院校用于基础教学与科研；
5.Ludwieg式高超声速风洞组成部件简单，集成度高，单人即可运行，适用于实验教学，可以取代常规高超声速风洞用于本科生实验教学。
该成果建成以来，已经大量服务于我校的本科生与研究生实验教学，并为本科毕业设计、大学生创新创业等活动提供实验平台支撑。相关关键技术牵引科研项目10项，并在中国空气动力研究与发展中心、北京大学、国防科技大学、香港理工大学、浙江大学以及北京航空航天大学等多家单位的引进和应用。此外，该Ludwieg式高超声速风洞还支撑了诸多前沿科技的开展，相关成果在航空航天领域期刊《AIAA Journal》、《航空学报》连续发文十余篇，得到了国内外同行的关注。后续，中心将依托已有的高超声速教学风洞重点建设《高超声速实验空气动力学》精品课程，争取依托我校打造我国高超声速空气动力学实验教学的一面旗帜。
该成果获2024年华中科技大学第十三届实验技术成果特等奖。
风洞试验现场
风洞测试技术搭建
（风洞试验模型）
（指导本科生教学）
（实验教学现场）
（学生操作风洞实验）
作者单位：航空航天学院
撰稿人：吴杰
审核领导：朱帅
