深圳全球首座“低空氣象考場”揭秘

深圳新聞網2025年9月12日訊 （記者 吳臻）在深圳市龍華區丹霞路1號，一座引領低空經濟科技前沿的巨型設施正發出持續的低鳴。81臺高功率風機同時運轉，在直徑18米的環形實驗艙內精準"復現"出8級突風、城市峽谷氣流、沿海風切變等復雜氣象。一架四旋翼無人機在湍流中劇烈抖動，其機翼上的傳感器實時傳回跳動如心電圖般的載荷數據——這不是科幻電影場景，而是電子科技大學（深圳）高等研究院深思實驗室全球首創的"低空三維多物理場耦合引導風洞"中的真實一幕。

全球首創的低空"氣象考場"

作為全球首個專門服務于低空經濟戰略新興產業的風洞實驗裝置，該引導風洞被業內譽為低空飛行器的"終極考場"。它不僅能模擬水平方向的風力，更實現了X、Y、Z三向速度場的精準控制，最高風速可達60米/秒，并融合雨雪、冰凍、濕熱、高低溫乃至太陽輻照等多類氣象要素，構建出高度逼近真實世界的低空飛行環境。

這個風洞的誕生源于低空經濟發展中的核心痛點。中國航空學會發布的《2024年度航空領域重大科技問題、重大科技進展》明確指出，低空飛行器復雜環境效應是 當前面臨的重大工程技術難題之一。隨著無人機配送、空中出租車、應急救援等應用場景的快速拓展，如何確保飛行器在復雜城市環境中的安全性，成為產業發展的關鍵瓶頸。

破解低空風場復雜性挑戰

"傳統飛機多在平流層或開闊空域飛行，氣流相對簡單；而低空飛行器面臨的是建筑物、地形、熱島效應與局地環流交織形成的復雜風場，尤其在高層密集城市、山地和沿海區域，其風環境極具挑戰性。"深思實驗室副主任郭秋泉表示。

城市低空環境的風場復雜性遠超想象。在摩天大樓之間，會形成所謂的"城市峽谷"效應，風速突然加大并產生劇烈湍流；在沿海區域，海陸風交替會形成難以預測的風切變；夏季城市熱島效應會產生上升氣流，而冬季寒冷天氣又可能伴隨結冰風險。這些因素交織在一起，構成了低空飛行器必須面對的嚴峻挑戰。

在此之前，國內外已有的風洞大多僅能產生單一方向的氣流，難以有效模擬低空飛行中實際遇到的突發風切變、下擊暴流等極端情況。航空工程師們往往只能依靠自然環境下試飛來驗證飛行器性能，不僅效率低下，還伴隨著極高的安全風險。

技術創新突破

該風洞由三大風機矩陣及底部繞流風機協同組成，突破了傳統結構限制，首創"固定—移動—頂部"三組風機墻布局，并將系統響應時間壓縮至2秒以內，可對4米翼展以下的航空器開展垂直起降、巡航、懸停等多姿態氣動與安全測試。

在風機的葉輪氣動設計上，研發團隊采用了彎掠組合正交型翼型扭轉葉片優化設計方法，精準控制葉片氣動造型參數，使風機綜合性能達到最優。葉輪輪轂采用全壽命周期無故障可靠性結構設計理念，在滿足強度要求的同時，引入結構剛度設計和固有頻率設計控制方法，確保風機全使用周期無故障發生。

這些技術創新使得引導風洞能夠準確模擬四大類復雜風場：風切變、突風/時變風、垂直流（包括熱島風場和下擊暴流）以及城市特殊風場。工程師們可以在此基礎上疊加雨雪、積冰、凍雨、濕熱、高低溫、太陽輻照等多種環境因素，真正實現城市低空環境全要素模擬。

打造低空經濟研發基礎設施

加拿大工程院院士、深思實驗室主任楊軍指出："在引導風洞問世之前，全球尚無能夠真正模擬低空復雜環境、專門用于新型飛行器研發的公共測試平臺。"

目前，全球已建成的逾千座風洞主要集中在航空航天、交通、建筑工程等領域，但面向低空飛行器的測試設施幾乎為空白。深思實驗室的引導風洞填補了這一關鍵基礎設施缺口，為低空經濟產業發展提供了不可或缺的研發支撐。

該裝置目前已掛牌"低空裝備三維多物理場耦合風洞廣東省工程研究中心"，并自2024年9月投入使用以來，為美團、廣電計量、豐翼科技、深圳海關等多家企業與機構提供關鍵技術驗證服務。

賦能產業創新發展

在一項模擬海洋風場的測試中，深圳市多翼創新科技有限公司副總經理唐曉丹感慨："以往這類試驗只能'靠天吃飯'，如今可以按需生成可控環境，極大提升了研發效率并降低成本和周期。"

對于低空飛行器制造企業來說，引導風洞的價值不言而喻。過去需要數月甚至數年才能完成的環境適應性測試，現在可以在幾天內完成；以往只能在真實環境中冒險進行的極端工況測試，現在可以在實驗室中安全地重復進行。

這不僅大幅縮短了研發周期，降低了測試成本，更重要的是為產品設計提供了精準的優化方向。通過分析飛行器在不同風場條件下的響應數據，工程師能夠有針對性地改進氣動外形、調整控制算法、強化關鍵結構，從而顯著提升產品的可靠性和安全性。

構建完整測試驗證體系

楊軍院士透露，實驗室正在規劃建設一個規模更宏大的風洞裝置——外艙直徑達65米，內艙直徑45米，可容納翼展17米的大型飛行器甚至無人機集群測試。"它將與現有引導風洞共同構成研發-驗證-標準制定一體化的閉環測試生態，成為全球領先的低空經濟標準驗證平臺。"

這個大型風洞裝置將能夠滿足未來城市空中交通（UAM）領域大型電動垂直起降飛行器的測試需求，支持無人機群協同飛行驗證，并為低空飛行器的適航認證提供權威數據支撐。

正如萊特兄弟制造飛機先做風洞，低空飛行器的未來發展，也離不開精準的環境模擬與試驗支撐。深思實驗室正在不斷積累風場數據，提升模擬和預測精度，有望在城市微氣象模擬領域取得突破性成果，為低空交通管理系統的建設提供科學依據。

展望未來

隨著低空經濟納入國家戰略性新興產業范疇，相關基礎設施建設的重要性日益凸顯。深圳引導風洞的建成投用，不僅為當地低空經濟企業提供了關鍵技術支撐，也為全國低空經濟基礎設施布局提供了示范樣板。

從技術創新到產業應用，從標準制定到生態構建，深圳正在以科技創新為引擎，加速布局低空經濟全產業鏈。這座全球首創的低空三維多物理場耦合引導風洞，正悄然構筑起中國低空經濟安全飛行的基石，為未來城市空中交通時代的到來奠定堅實基礎。

在未來低空經濟發展中，類似的測試驗證平臺將發揮越來越重要的作用。它們不僅是產品研發的關鍵環節，也是標準制定、法規完善、產業生態培育的重要基礎。隨著更多創新資源的集聚和更廣泛應用場景的拓展，深圳有望成為全球低空經濟技術創新和產業發展的高地。