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最强设施之一:中国的35倍音速风洞,研究装备确实厉害

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2022-07-29 21:11安徽

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要提到我国目前拥有的最强设施是什么,这个话题总离不开“风洞”。我国目前正在建造着35倍音速的风洞JF-22风洞,这个风洞一旦建成将打破美国30倍音速风洞记录,跃居世界第一。

35倍音速是什么概念呢?很多人可能不清楚,这意味着任何飞行器都可以在十五秒内随意飞行到全球各地,无论是从中国到美国,还是从中国到非洲,都只不过是一扭脸的功夫。

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我国目前在风洞领域的技术,是令众多发达国家都难以望其项背的。我国为什么要建造35倍音速的风洞呢?建造这样的风洞都有哪些用处呢?

提到风洞,这个词对于大家来说还是非常陌生的,风洞是指人工产生并控制气流,以此来模拟实验对象周围的空气流动情况。

风洞整体看起来就像一个巨大的管道,一头放置了吹风的设备,中间设置了多个流段,让吹出的气流在多个环节的作用下变成适合实验的气流。根据相对运动的原理,风洞会模拟现实的环境,研究人员会在管道的中央会放置飞行器等实验对象,并在飞行器的周围安装探测装置来测量数据。

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经过风洞实验,实验对象的材料、结构布局和气动等多个方面都能得到检验。

风洞比实际实验更加安全,更容易观测到实验现象并获取比较精确的实验数据。

试想,如果没有风洞,人们制造出来了一款飞机,他们怎么才能知道自己制造的飞机的布局合理不合理呢?

有人会说可以让人开开试试。制造出样机直接让人试飞,历史上曾经有人这么干过,飞机之父莱特兄弟就在发明飞机的过程中,亲身试飞过多架样机。每一次试飞对于兄弟二人来说都有可能是有去无回。

因为直接试飞存在着诸多安全隐患,有的飞机直接在空中解体,飞行员落得机毁人亡的下场。

即使让真人来试验飞机,也会存在观测不准确、获取实验数据困难的情况。

因此飞机之父想到了用风洞来模拟实验环境,以此进行仿真测试。

其实风洞更像是一种专为测试而生的机器,有了它就更有利于制造飞行器。

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印度曾经想要研制自己的战机,但是由于印度并没有风洞,因此战机的研制一度陷入停滞状态,拖拖拉拉数年也没有多少进度,最后他们借用了欧洲的风洞才完成了建造。

可以说一个国家若想制造出先进的飞行器是绝对离不开风洞帮忙的。

新中国刚刚成立,我国就布局了航空工业体系的规划。对于当时的新中国来说,亟需一支强劲的空中力量。打造空中劲旅怎能没有自己的战机呢,但若要研发出自己的战机,就势必要拥有风洞技术。

因此在20世纪50年代到60年代,老一辈科学家就夜以继日、宵衣旰食地研究风洞技术。

由于当时不仅物质条件比较有限,而且技术和设备等还遭到了国外的封锁。例如压缩机,建造风洞离不开压缩机,但是这种压缩机均被外国限制出口。无奈之下,我国的科学家只能选择从一种被世界主流抛弃的技术开始研究。经过多次实验之后,我国终于在风洞领域实现了0到1的突破。

有了老一辈科学家打下的技术基础,我国在风洞领域一路高歌猛进,才有了如今的35倍音速风洞。

35倍音速风洞不仅是目前世界上最大的风洞,还是世界上性能最先进的风洞,更是帮助我国接下来研究高超音速飞行器的“大杀器”。

高超音速和高音速不同,后者只需要用一台大功率的鼓风机不断地使劲吹就可以了,而前者需要在极高压的状态进行。

受制于技术,目前各国的高超音速风洞稳态时间只能以毫秒来计算。超高音速的稳态时间短之又短,非常不利于高超音速飞行器的研发。

哪个国家的高超音速稳定的时间越长,就越有利于飞行器的研发。日本的高超音速风洞可以在2毫秒的时间内稳定,纵使拥有大量先进技术的美国,稳定时间也不过10毫秒而已。

而我国之前自主研发的高超音速风洞稳定时间可以达到100毫秒,35倍音速风洞是集历年研究技术的大成者,它在高音速稳定时间的表现更值得期待。

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此外,35倍音速风洞还可以做高超音速地面飞行实验。地面飞行实验的研发耗费了60年,每一步都走得步履维艰,因为高超音速风洞本身的实验时间就非常短,从而会导致测量参数失真。因此这项技术能取得突破并投入使用实为不易,放眼全世界,地面飞行实验这种实验也只有中国能做。

正是因为有了35倍音速风洞等高超音速风洞的加持,我国近些年在航空领域的表现令人瞩目,歼-20战斗机、DF-17高超音速导弹等等层出不穷。

除此之外,35倍音速风洞最大的技术亮点还在于采用了一种世界主流所不使用的技术,这项技术使用了正向爆轰驱动器以向激波风洞提供了更加平稳的气流。

与它的前辈相比,35倍音速风洞在四十公里至一百公里的高空上驱动能力是前一代风洞的十倍。

值得注意的是,35倍音速风洞的测试范围十分广泛,不仅可以测试各国的顶尖飞行器,诸如LRHW中程弹道导弹等等,还可以用来模拟太空环境,模拟卫星、航天器在太空的情况。

风洞是飞行器的摇篮。风洞的不断发展,正是由飞行器的需求来推动的。一代飞行器的背后包含着无数次的风洞实验。

据相关专家预测,未来各国的军事战备将以高超音速武器为主。我国目前布局的35倍音速风洞正是考虑到这样的战略需求,能拥有的35倍音速风洞将更有利于建造更多高超音速武器,帮助我国在未来的军事战备竞赛中拔得头筹。

参考文献:
【1】唐志共,许晓斌,杨彦广等.高超声速风洞气动力试验技术进展[J].航空学报,2015(1):86-97.
【2】龙杰,美媒懵了:中国新型高超音速飞行器可绕地球飞行!无线泉州,2021-10-21

作者:贾斯丁 审核henna 校稿编辑:李子

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