美国认为，在高超音速风洞建设上，美国已落后世界风洞强国至少20年

风洞强国已建成覆盖亚音速到高超音速的全谱系风洞，形成了5~35马赫的连续测试走廊。相比之下，美国风洞数量虽多，但与高超音速飞行相关的高性能风洞性能和数量都面临瓶颈

综合技术差距、预算分配和工业基础等因素来看，美国短期内（2025~2030年）研发出六代机和高超音速导弹的可能性极低

文 | 闫文虎 张楷力 殷学斌 王盛

风洞技术是现代飞行器研发的基石。飞行器在空中飞行时的真实气动特性，必须先在风洞试验中积累数据，俗称“吹”出来。没有与目标飞行环境相匹配的风洞，就无法获得可信的气动力、热和化学载荷数据，飞行器的设计、校核、定型都将失去依据。风洞对于第六代战斗机和高超音速武器这类尖端装备的研发至关重要。在六代机研发中，风洞试验能优化无垂尾飞控、翼身融合气动布局、无附面层隔道超音速进气道、智能蒙皮等技术，验证飞行器的隐身、超机动和超音速巡航等能力。对于速度超过5马赫的高超音速武器，风洞能模拟极端高温高焓环境，测试材料和热防护系统热响应及飞行控制系统机动能力。

风洞是全产业链尖端技术和工程科学的集大成者。风洞本身集大功率电机、高压储气、特种阀门、精密天平、高速测控、非接触光学测量等尖端技术于一体，可带动机械、材料、电子、软件、仪器等多个工业部门技术升级，风洞研发还可以培养大批空气动力学、结构设计、热防护、试验工程等领域复合型人才，是典型的“硬制造”与“软科学”交叉融合的大科学平台。拥有世界一流风洞群的国家，也是相关标准制定的主导者。

美国曾拥有全世界最完备、最先进的风洞试验体系，助力其在冷战期间研发出一系列造型前卫且性能优异的飞行器。然而，过去三十年的经济空心化和产业路线“重软件、轻硬件”导向，已致美国的风洞体系日益落后。未来美国若无法突破高速长时风洞技术，其六代机、空天飞机和高超武器的研发进度将持续落后。

“家底”与困境

当前，美国高超音速风洞体系由一批历史悠久的“国家队”核心设施以及一批由大学主导的新兴力量共同构成。总体来看，美国风洞建设和技术水平具有以下特点：

一是存量规模居全球第一。

美国现在正在运行的各型风洞有50余座，低速、跨音速、超音速各速域布局完整。美国国家航空航天局、阿诺德工程发展中心等拥有4米×4米以上大型生产型风洞，支撑了F-22、F-35、B-21等型号飞机的研发生产。目前能稳定运行且对外开放的最先进设备是LENS-II风洞，能模拟7马赫的飞行速度，试验时间最长为30毫秒。2020年后，美国通过国防授权法案陆续为阿诺德工程发展中心的“高速设施复苏计划”拨款，计划在2030年前新建18～20马赫级高焓风洞，但建设周期至少需要8～10年。

美国的战略级风洞主要集中在由美国空军管理的阿诺德工程发展中心和美国国家航空航天局下属的各大研究中心。其中阿诺德工程发展中心的Tunnel 9风洞是高超音速地面测试体系中的“王牌”，能够模拟的马赫数范围极广，覆盖了高超音速飞行的关键区间，最高可达18马赫，并能够对全尺寸或大比例的再入飞行器和先进拦截器模型进行高保真的气动测试；美国国家航空航天局兰利研究中心也拥有从低速到高超音速的系列风洞，其中的20英寸6马赫风洞是一个关键的高超音速试验平台，另一高超音速风洞设施HTF能够模拟5～7马赫的真实焓值条件，有助于测试超燃冲压发动机等吸气式高超音速推进系统的性能。

上述设施共同构成了美国高超音速装备研发的基础。其中的部分设施建设年代较早，但经过持续的维护和升级，其核心性能指标如今依然处于世界前列。

此外，近年来美国高校也加入了新型风洞研发队伍，其代表是美国普渡大学研发的“静音”风洞和弗吉尼亚理工学院研发的“吹风式”风洞。这些大学风洞规模相对较小，但运用了较多前沿技术。

二是与风洞强国的差距逐渐拉大。

美国认为，在高超音速风洞建设上，美国已落后世界风洞强国至少20年。中国风洞以30马赫的极速和2.5米的流场直径领先全球，而代表美国最高水平的Tunnel 9风洞最高仅能达到18马赫，喷管口径仅1.5米，且电力供应受电网限制，运行成本高昂。2024年11月，圣母大学交付美国海军首座10马赫高超音速气动和材料试验风洞，被媒体称为“里程碑”，但其指标仅相当于中国十年前的水平。在材料测试方面，一些国家的风洞能模拟的极端环境远高于美国的Tunnel 9，这使得一些国家能研发超高温热防护材料，而美国则不具备相应能力。

西方媒体称，风洞强国已建成覆盖亚音速到高超音速的全谱系风洞，形成了5～35马赫的连续测试走廊。相比之下，美国风洞数量虽多，但与高超音速飞行相关的高性能风洞性能和数量都存在瓶颈。

三是设计理念落后，试验效率较低。

风洞强国新建的风洞群注重综合性与体系化，能够在一个区域内完成从气动力、气动热到推进系统甚至材料测试的“一站式”服务，极大地提高了研发效率。而美国风洞由于设计较早，功能较为单一，重复建设较多。技术层面，风洞强国首创的“爆轰驱动”技术一次性解决了试验时间和复现条件两大国际难题，美国则尚未看到相关技术突破。这些差距直接影响了近年来美国的高端装备研发进度。

短期难以突破

六代机的设计理念强调全频谱隐身、超音速巡航、高机动性以及在极端条件下的作战能力，其在不同飞行状态下的气动特性、热效应、舵面控制、隐身效果等都需要高性能风洞的持续试验。高超音速武器更是需要同时满足高马赫数、高雷诺数和高焓值的测试条件，其中马赫数决定了激波形态和可压缩性效应，雷诺数决定了边界层流动的状态，直接影响飞行器的摩擦阻力和热流，焓值代表了气流的总能量，决定了高温真实气体效应的程度，对于预测气动加热和材料响应至关重要，其设计难点在于同时模拟高空高速的气流与飞行器的表面力、热和化学效应。

面对六代机和高超音速武器的测试需求，美国现有风洞体系在同时满足高马赫数、高雷诺数、高焓值、长测试时间、低噪音等多个维度上存在能力短板。

美国现有风洞，特别是以Tunnel 9为代表的设施，测试时长有限、无法完全模拟真实气体效应和推进/气动耦合等问题，是制约研发的瓶颈。2024年7月，美国空军宣布暂停“下一代空中优势”（NGAD）战斗机项目并进行军备重新审查，一个重要的原因就是该项目因风洞试验欠缺严重拖慢了进度。

风洞技术的竞争，本质上是大国之间在基础物理研究、高端制造能力和战略资源控制上的全方位较量。综合技术差距、预算分配和工业基础等因素来看，美国短期内（2025~2030年）研发出六代机和高超音速导弹的可能性极低。

系统性危机

美国风洞技术丧失优势不是单纯的科研问题，而是其整体战略科技能力衰退的缩影。风洞代表了一个国家在航空航天领域的战略发展实力，美国在高超音速领域迟迟没有突破，表面原因是风洞技术相对落后，深层原因则是国家工业基础和基建能力无法支撑高性能风洞的建造与运行。

一是经济空心化导致制造业衰落。

风洞建设需要特种材料、大型真空部件以及兆瓦级变频器等关键工业产品。由于美国本土高端制造能力持续萎缩，如今美国本土已难以支撑精密零部件制造和特种设备生产。美国特种钢和钛合金叶片进口比例超过60%。阿诺德工程发展中心曾因买不到匹配的压缩机叶片将一座30年前建造的风洞改造为“数字孪生”试验平台。

二是迷信仿真，轻视试验，技术路线走偏。

美国曾认为，随着计算流体力学的发展，地面试验只需对特定参数进行模拟，然后通过计算流体力学进行补充计算。基于这一判断，自上世纪90年代起美军方和工业界就逐渐暂停了实体风洞建设，转而投入“数字风洞”，认为超级计算机可替代实物试验。然而，真实气体效应、边界层转捩、热化学非平衡以及湍流-激波相互作用等因素使6马赫以上的气动现象难以通过仿真手段准确模拟。

2022年，美国空军实验室曾利用超级计算机模拟X-60A飞行器表面的温度，结果与风洞实测值存在高达120摄氏度的差距。算力更弱的普通仿真平台与真实情况的差距只会更大。美国研发路线走偏已导致多个高超音速武器项目接连试射失败，也使美军六代机研发陷入停滞。2025年7月，美国国会科学与国防技术委员会发布的报告承认：“风洞数据的缺口直接影响高超音速武器的设计迭代速度。没有30马赫级别风洞，未来任务的可行性都要打问号。”

三是电网基础设施严重影响风洞运行。

稳定有效的电力供应是风洞运行的基础条件。美国电网主要以天然气为基荷，调度复杂且电价较高。Tunnel 9风洞一次30秒的试验，峰值电负荷仅为280兆瓦，却需要提前24小时向电网预报并事先切断周边炼铝厂和数据中心的供电，这种与其他产业“争电”的情况，严重制约了风洞试验频率。

四是投入不足，效费比偏低。

风洞属于“重资产、低周转”平台，美国国家层面投入不足，以盈利为导向的私营企业也不愿承建此类长周期、高风险项目，更倾向于承接“短平快”的型号合同，这导致美国的风洞建设投入不足，技术难以迭代，数据积累严重不足。为弥补数据缺口，美国频繁进行昂贵的实弹试射，单次高超试验含遥测、测控、靶场等费用约为1亿～2亿美元，且失败率高。

1990年代中期，美国曾提出建设新的国家级风洞的宏伟计划，但最终因缺乏资金而未能实施。近年来，美国在高超音速测试基础设施领域呈现出明显的“追赶”和“补课”态势。国防部在高超音速研发上的预算从2020财年的26亿美元增长到2025财年的69亿美元。在2023~2027财年的五年国防计划中，高超音速导弹开发费用的申请总额达到了130亿美元。然而，风洞能力的欠缺并不是短期的资金弥补能够解决的。

五是人才断层，“产学研”模式落后。

风洞的设计、建造和操作极其复杂，特别是高超音速风洞更需要高度专业化的知识和长期的经验积累。如今美国老一代经验丰富的工程师已陆续退休，新一代工程师则缺乏大型项目实践机会，相关知识传承出现问题。美国正通过高校新建项目来解决问题，但重建一支强大的国家级风洞工程技术团队并非一日之功。美国风洞领域“产学研”模式落后，也致使科研机构与军工企业很难紧密合作形成创新闭环。

六是预算分配成为制约因素。

美国国会每年拨付给阿诺德工程发展中心的运维经费不足3亿美元，需维护40多座不同规模的风洞，平均每座风洞仅能分到750万美元，甚至不够一次大修费用的三分之一。2023年，美国国家航空航天局兰利研究中心因“叶片寿命耗尽，排队等预算”关闭了其20兆瓦电弧风洞；美国海军空战中心甚至将模型送往俄罗斯莫斯科进行6马赫试验，理由是“租用场地比维修风洞更划算”。为缓解困境，美国曾尝试向盟友“借洞”，如2021年与澳大利亚合作使用后者的T4激波风洞，2022年与欧洲合作在德国航空航天中心进行高焓试验，但这些盟友的风洞设施并不先进，且同样面临电力供应瓶颈。

（作者单位：中国人民解放军军事科学院）■