在科學(xué)啟蒙的時(shí)代，為了測(cè)試飛行物體的性能，科學(xué)家們不得不去尋找相對(duì)穩(wěn)定的自然風(fēng)源——人們把模型安裝在山頂或者有風(fēng)的山谷中。不過(guò)變化無(wú)常的自然環(huán)境最終迫使實(shí)驗(yàn)者轉(zhuǎn)向各種機(jī)械方案，嘗試在靜止的空氣中移動(dòng)模型。

于是，人們自然聯(lián)想到了投石索，通過(guò)旋臂來(lái)高速移動(dòng)模型。1746年，英國(guó)數(shù)學(xué)家本杰明·羅賓斯通過(guò)旋臂測(cè)試，證明了空氣阻力是彈丸飛行的關(guān)鍵因素。他的儀器如下圖所示，由一個(gè)重物帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓，提供了穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)速度。

當(dāng)然，物體的運(yùn)動(dòng)除了旋轉(zhuǎn)還有平移。1904 年，法國(guó)軍官兼航空工程師費(fèi)迪南德·費(fèi)伯制造了下圖的裝置，利用重力效應(yīng)將飛機(jī)模型固定在繩索滑車(chē)上向下移動(dòng)。不過(guò)這種設(shè)備的使用條件也相當(dāng)有限，且難以測(cè)量模型受力。

那時(shí)的人們因?yàn)槭芾в诳諝獾牟豢煽兀悸范技性诹巳绾巫屛矬w運(yùn)動(dòng)起來(lái)，然而物體運(yùn)動(dòng)總是會(huì)產(chǎn)生諸多不便。總之，如果你是那時(shí)的工程師，大概率會(huì)感嘆一聲：We need something better。

空氣動(dòng)力學(xué)家眼中的“something better”便是風(fēng)洞。它由一個(gè)封閉的通道組成，空氣由風(fēng)扇或其它方式驅(qū)動(dòng)并流經(jīng)此通道。風(fēng)洞的核心是測(cè)試段，通過(guò)一個(gè)控制機(jī)構(gòu)將物體支撐起來(lái)，模型的空氣動(dòng)力學(xué)特性及其流場(chǎng)則通過(guò)支撐由天平和其它測(cè)試儀器進(jìn)行測(cè)量。風(fēng)洞具有強(qiáng)大的受控測(cè)試能力，使得旋臂測(cè)試設(shè)備很快就過(guò)時(shí)了。測(cè)量在氣流中保持靜止的模型如此簡(jiǎn)便，從而開(kāi)啟了空氣動(dòng)力學(xué)研究的新紀(jì)元。

英國(guó)航空學(xué)會(huì)的一名理事會(huì)成員Frank H. Wenham，在 1871 年設(shè)計(jì)并操作了一個(gè)風(fēng)洞，被普遍認(rèn)為是世界上第一個(gè)真正意義上的風(fēng)洞，不過(guò)由于年代太過(guò)久遠(yuǎn)，這條風(fēng)洞的模型已然消失在歷史的長(zhǎng)河中了。而美國(guó)國(guó)家航空航天博物館則保存了 1901 年萊特兄弟風(fēng)洞的復(fù)制品。

萊特兄弟的風(fēng)洞除了看起來(lái)有點(diǎn)不太牢靠以外，還有一個(gè)非常明顯的錯(cuò)誤——他們把風(fēng)扇安裝在了風(fēng)洞的上游，這將對(duì)測(cè)試段的氣流帶來(lái)很大的干擾。

雖然美國(guó)的萊特兄弟占據(jù)著飛機(jī)發(fā)明者的美名，不過(guò)隨著一戰(zhàn)的到來(lái)，世界航空業(yè)的重心很快便轉(zhuǎn)移到了歐洲。各國(guó)中央政府資助的航空實(shí)驗(yàn)室在英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、意大利和俄羅斯等地興起，這當(dāng)然也包括風(fēng)洞。不得不說(shuō)，現(xiàn)代風(fēng)洞的許多基礎(chǔ)技術(shù)都是在歐洲奠定的。

1908年，在德國(guó)哥廷根，著名的空氣動(dòng)力學(xué)家路德維?！て绽侍刂笇?dǎo)建造了世界上第一個(gè)連續(xù)回路風(fēng)洞。普朗特的風(fēng)洞使用管道連接了風(fēng)洞的出口和入口，并在關(guān)鍵的位置安裝導(dǎo)向葉片、紗網(wǎng)和蜂窩來(lái)獲得均勻和安靜的來(lái)流。有了風(fēng)洞以后，普朗特便愉快地測(cè)試了各種翼型、流線型機(jī)身和飛機(jī)部件，并首次測(cè)量了旋轉(zhuǎn)螺旋槳葉片上的壓力分布。普朗特的風(fēng)洞由于氣流品質(zhì)更穩(wěn)定并更節(jié)省能源，很快便成為許多研究者模仿的標(biāo)準(zhǔn)。

在法國(guó)，以鐵塔聞名的古斯塔夫·埃菲爾 (Gustave Eiffel) 用個(gè)人資金建造了私人空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室。世人皆知埃菲爾是個(gè)建筑大師和結(jié)構(gòu)專家，不過(guò)大神們都是那么精力無(wú)限，他對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)也很感興趣，甚至經(jīng)常高空拋物——從塔上扔下各種形狀的物體來(lái)測(cè)試空氣阻力。或許他建造埃菲爾鐵塔也有那么一點(diǎn)小心思。

1909 年，埃菲爾在鐵塔腳下的戰(zhàn)神廣場(chǎng)上，建造了第一個(gè)開(kāi)放式風(fēng)洞。該風(fēng)洞直徑為 1.5 米，由一臺(tái) 50 千瓦的電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，并加裝了擴(kuò)散器以降低電力消耗。氣流通過(guò)噴嘴以高達(dá)每秒 20 米的速度進(jìn)入測(cè)試部分，并通過(guò)建筑內(nèi)部的開(kāi)放空間返回噴嘴。埃菲爾在這個(gè)設(shè)施中進(jìn)行了 4000 多次測(cè)試，不過(guò)幾年后，法國(guó)政府嫌他占地方太大，就把戰(zhàn)神廣場(chǎng)回收了。于是心有不甘的埃菲爾便又建造了更大且風(fēng)速更高的第二代風(fēng)洞。

雖然沒(méi)有哥廷根式風(fēng)洞那么風(fēng)靡世界，埃菲爾的風(fēng)洞也有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且壓力穩(wěn)定，也被不少研究者采用，因此其與哥廷根式風(fēng)洞并稱為兩大主要的風(fēng)洞類型。

當(dāng)然，另外兩個(gè)歐洲大國(guó)也不甘示弱，英國(guó)和俄羅斯也在20世紀(jì)初期建立了自己的風(fēng)洞。1903 年，托馬斯·斯坦頓開(kāi)始在英國(guó)建造風(fēng)洞，并于 1912 年首次亮相，號(hào)稱其風(fēng)洞擁有“世界上最穩(wěn)定的空氣動(dòng)力流”。俄羅斯第一個(gè)重要的風(fēng)洞則是由杰出的科學(xué)家 D. Riabouchinsky 于 1904 年建造的，他用自己的資金在離莫斯科不遠(yuǎn)的庫(kù)奇諾建造了一個(gè)完整的空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室。其風(fēng)洞測(cè)試部分直徑為 1.2 米，并裝備了一個(gè)圓柱形罩，用于校準(zhǔn)和消除氣流中的湍流。

一戰(zhàn)結(jié)束后，NASA的前身——美國(guó)國(guó)家航空咨詢委員會(huì) (NACA)，向國(guó)會(huì)提交的第一份年度報(bào)告中，清晰的描述了未來(lái)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：航空業(yè)在一戰(zhàn)中取得了如此迅速的進(jìn)步，以至于戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后，將會(huì)有大量的不同種類的飛機(jī)和訓(xùn)練有素的人員，這將迅速使得航空業(yè)進(jìn)入商業(yè)領(lǐng)域。

他們于1920年建造了 NACA 1 號(hào)風(fēng)洞 ，這是一個(gè)低速風(fēng)洞，相比歐洲的風(fēng)洞看起來(lái)簡(jiǎn)陋了許多，也沒(méi)有回流回路。由于從該風(fēng)洞中獲得的數(shù)據(jù)不夠現(xiàn)實(shí)，無(wú)法用于飛機(jī)設(shè)計(jì)，因此一號(hào)風(fēng)洞只能被稱為一個(gè)學(xué)習(xí)的工具。

不過(guò)這只是開(kāi)始，NACA的風(fēng)洞建設(shè)馬不停蹄。1921 年，全世界已經(jīng)建造了超過(guò) 20 個(gè)風(fēng)洞，但所有大型風(fēng)洞都在正常大氣壓下運(yùn)行。這意味著在風(fēng)洞中使用比例模型獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果值得商榷，因?yàn)槔字Z數(shù)等無(wú)量綱數(shù)與全尺寸飛機(jī)實(shí)際飛行中的參數(shù)無(wú)法匹配。

1921 年 6月，NACA大膽決定建造一個(gè)可以改變氣壓的風(fēng)洞，這便是蘭利實(shí)驗(yàn)室的可變密度風(fēng)洞 (VDT)。1923 年 3 月，VDT 開(kāi)始運(yùn)行，并很快成為高雷諾數(shù)下空氣動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的主要來(lái)源。它測(cè)試了各種各樣的飛機(jī)模型，從笨重的齊柏林飛艇到軍用飛機(jī)。

直到 1932 年，NACA 的風(fēng)洞都是亞音速的。1927 年 Joseph S. Ames 成為 NACA 的主席后，決定優(yōu)先考慮高速風(fēng)洞尤其是跨音速和超音速研究能力的發(fā)展。

1939 年，基于其最新的 24 英寸高速風(fēng)洞，NACA 為美國(guó)航空業(yè)提供了一系列新型高速機(jī)翼的空氣動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。這些翼型很快就進(jìn)化出了高速飛機(jī)的螺旋槳，這些螺旋槳為時(shí)速 500 英里的美國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)提供動(dòng)力，而這些戰(zhàn)斗機(jī)在二戰(zhàn)中發(fā)揮了巨大作用。

戰(zhàn)爭(zhēng)極大的刺激了航空業(yè)的發(fā)展。二戰(zhàn)期間，德國(guó)已將其航空研究設(shè)施增加了十倍，并且擁有五個(gè)研究中心。然而建造大型高速風(fēng)洞仍不容易——驅(qū)動(dòng)風(fēng)洞所需的功率和風(fēng)速的三次方成正比。德國(guó)工程師則想到了另外的辦法，他們?cè)谏蕉粗薪ㄔ炝舜笮蛢?chǔ)氣室替代了驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。到戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束時(shí)，德國(guó)至少擁有三個(gè)不同的超音速風(fēng)洞，其中一個(gè)能夠產(chǎn)生 4.4 馬赫的超聲速氣流。

NACA 的研究也不甘落后。到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)，美國(guó)已經(jīng)建造了 8 個(gè)新風(fēng)洞，其中世界上最大的風(fēng)洞位于加利福尼亞州桑尼維爾附近的 Moffett Field，能夠以 250 mph 的速度測(cè)試全尺寸飛機(jī)。位于俄亥俄州賴特機(jī)場(chǎng)附近的垂直風(fēng)洞，則用于測(cè)試直升機(jī)及其旋翼性能。

二戰(zhàn)之后，技術(shù)轉(zhuǎn)移和商用化又進(jìn)入了一個(gè)高峰期，其中最具代表性的則為S1MA風(fēng)洞。該風(fēng)洞在二戰(zhàn)期間由德國(guó)工程師在奧地利阿爾卑斯山開(kāi)始建設(shè)，后被認(rèn)定為戰(zhàn)爭(zhēng)補(bǔ)償轉(zhuǎn)移到法國(guó)。該風(fēng)洞于1952年開(kāi)始使用，它由一對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，功率高達(dá)88兆瓦，比戴高樂(lè)號(hào)航母還要高。其測(cè)試段直徑為8米，最大風(fēng)速可達(dá)1馬赫。

該風(fēng)洞承擔(dān)了大量的商用飛機(jī)開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證工作，至今仍是世界上最重要的風(fēng)洞之一。同S1MA一樣，二戰(zhàn)結(jié)束后仍有許多風(fēng)洞在服役，甚至像埃菲爾風(fēng)洞這樣的老古董，也在建筑領(lǐng)域發(fā)揮著余熱。

不過(guò)還有更多的風(fēng)洞都在二戰(zhàn)結(jié)束20年內(nèi)逐步退出了歷史舞臺(tái)，取而代之的是能耗更低、更適合垂直領(lǐng)域商業(yè)化用途的風(fēng)洞，如S4MA航天器風(fēng)洞，Capua結(jié)冰風(fēng)洞，S2A汽車(chē)風(fēng)洞等等。

而汽車(chē)和飛機(jī)在幾何外形和運(yùn)行工況上有著巨大的差異，比如汽車(chē)會(huì)產(chǎn)生更明顯的堵塞甚至尾流扭曲、具有地面效應(yīng)、更復(fù)雜的湍流來(lái)流等等，使得人們?cè)絹?lái)越考慮建造專用的汽車(chē)風(fēng)洞。

猶如戰(zhàn)爭(zhēng)年代的航空技術(shù)風(fēng)洞，和平年代的汽車(chē)風(fēng)洞便如雨后春筍般冒了出來(lái)，時(shí)至今日已有大量的全尺寸汽車(chē)風(fēng)洞正在夜以繼日的運(yùn)行，不僅包括氣動(dòng)聲學(xué)風(fēng)洞，還包括環(huán)境風(fēng)洞等等。