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风洞被誉为飞行器制造的摇篮

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风洞,被誉为“飞行器的摇篮”。有了风洞,才能设计制造飞机、飞船、火箭、导弹等飞行器。因此,建造、驾驭和运用风洞的能力,是一个国家科技实力和综合国力的重要标志,俗话说,火车不是推的,飞机不是吹的。但真正参观过大型风洞群的参观者都应该明白,飞机确实是“吹”出来的——把飞行器模型放在风洞里,用人工可控气流“吹”,模拟出飞行的“千姿百态”,进而最优化设计飞行器的机动性、操作性、稳定性,实际上,风洞就是在地面上创造了一个“天空环境”,可以这么说,比较一个国家是否是航空航天强国,看看他们拥有的风洞群规模和高科技风洞性能就知道一二。

风洞不仅能大大降低各种战斗机、导弹和航天飞行器研制过程中的复杂度,而且还能极大地节省设计和研究投资,达到飞行器研制最终能事半功倍的效果。据军事专家介绍,我们以隐身战斗机的研制为例子,假设在F-22战斗机方案设计阶段,修改气动外形所付出的成本为1,那么把它制造出来进行首次飞行后再进行气动外形修改,所需的代价将会高达5000,因此,风洞被世界各国视为重要的战略资源,他和稀土一样是一个大国的重中之重。

21世纪后,美国由于飞行器研制型号减少、经费预算降低、型号研究试验要求提高等因素影响,常用主要风洞数量锐减近50%,而且美国各种主要风洞至今也运行了约30至70年,日益老化。与美国相反,中国在进入21世纪后明显加强了风洞体系的建设,到目前已经建成了比较完善的风洞体系,整体技术已达世界先进水平,部分技术甚至达到了世界领先水平。

比如,最近非常出名的,中科院力学所高温气体动力学国家重点实验室历时四年多,研制成功了JF-12复现高超声速飞行条件激波风洞,应用其进行气动力测量将可以满足越来越迫切的高超声速研究高端测力试验的需求。JF-12激波风洞的运行特点为可复现25至50千米高空马赫数5至9的飞行,喷管出口直径为1.5米或2.5米,试验气体为纯净空气并且有效试验时间超过了100毫秒,风洞主体结构全长约280米,包括爆轰驱动段、激波管段、喷管、试验段、真空段和卸爆段等主体部分,爆轰驱动段与激波管段、激波管段与喷管、爆轰驱动段与卸爆段之间分别由三道不同的膜片隔开。

JF-12风洞利用了反向爆轰驱动技术,驱动能力强,同时集成应用一系列的延长试验时间的创新技术,从而实现了我国高超声速飞行器地面试验的全面复现能力,能够在高超音速下模拟大气飞行环境,为我国某重大“杀手锏”工程和某型核武器项目关键技术研究和新型高温气体动力学基础研究提供了可靠的地面试验手段,目前,中国的高超音速武器已经进行了11次飞行试验,发展速度创造了世界之最,在高超音速武器的发展上已经开始超越美国的AHW计划,这都是我国在高超音速风洞研究基础上取得的成就。

据了解,美国相关一系列风洞研究机构对于JF-12风洞极为关注,曾经将美国航空航天学会地面试验奖颁给了主持该风洞技术研究的中国科学院力学研究所研究员姜宗林,而姜宗林也因此成为该奖项设立40多年首度获奖的亚洲学者。而美国在羡慕之余,还不断打探JF-12风洞的技术细节和工程实现方法,甚至提出要和中方在该风洞进行民用技术合作,但最终还是无功而返。

 

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