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中國將建“超級風(fēng)洞”:從模擬到復(fù)現(xiàn)預(yù)計4年建成

原標題:中國將建“超級風(fēng)洞”:從模擬到復(fù)現(xiàn)預(yù)計4年建成

從模擬到復(fù)現(xiàn)中國將建“超級風(fēng)洞”

本報記者馬愛平

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據(jù)央視新聞頻道3月16日報道,中科院高溫氣動力國家重點實驗室工作人員透露,其團隊正在研制的新風(fēng)洞模擬馬赫數(shù)可達10—25,試驗流場直徑2.5米,將是世界最高水平。

“作為先進飛行器的研發(fā)平臺,建最高技術(shù)水平的風(fēng)洞,全世界都在爭。我們正在研制的這種新超高速風(fēng)洞,計劃四年左右建成?!?1日,該重大項目的首席科學(xué)家姜宗林告訴科技日報記者。

風(fēng)洞技術(shù)決定飛行器水平

風(fēng)洞是推動航空航天飛行器發(fā)展的國家重器,一代風(fēng)洞技術(shù)決定一代飛行器的研制水平,代表著一個國家的科研實力。

此次央視報道的“復(fù)現(xiàn)高超聲速飛行條件激波風(fēng)洞實驗技術(shù)”(以下簡稱“JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞”),有近300米長,是世界上最大的激波風(fēng)洞,被國際同行稱為“超級巨龍”(Hyper-Dragon),是國際首座可復(fù)現(xiàn)高超聲速飛行條件的超大型高超聲速風(fēng)洞。姜宗林告訴記者,JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞是地面氣動試驗這頂皇冠上的明珠,也是氣體動力學(xué)研究領(lǐng)域科研人員心中的珠穆朗瑪峰。

基于中國科學(xué)院院士、中科院力學(xué)所研究員、空氣動力學(xué)家俞鴻儒的爆轟驅(qū)動方法,姜宗林團隊從2000年就開始探索復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞理論與創(chuàng)新技術(shù)驗證。經(jīng)過了16年的艱苦努力,2017年完成JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞的系列實驗研究。

從國際高超聲速風(fēng)洞技術(shù)發(fā)展來看,JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞突破了三大“卡脖子”的技術(shù)瓶頸:風(fēng)洞驅(qū)動功率小、實驗時間短、測量精度低。難能可貴的是,在復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞團隊的研制工作中,從復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞理論,到以九項關(guān)鍵技術(shù)為核心的技術(shù)體系,再到風(fēng)洞設(shè)計,這是一個“跨界”的研究過程。團隊成員既是科學(xué)家,又是工程師。一套設(shè)備,幾千張圖紙,有多少疑難,就有多少討論與質(zhì)疑。通過不斷的努力,他們做到了一次安裝到位,一次調(diào)試成功。

關(guān)于JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞,中國空氣動力學(xué)學(xué)會專門撰文說:“復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞理論和技術(shù)解決了困擾高超聲速實驗60年的世界難題,實現(xiàn)了風(fēng)洞實驗狀態(tài)從流動‘模擬’到‘復(fù)現(xiàn)’的跨越,引領(lǐng)了國際先進風(fēng)洞試驗技術(shù)的發(fā)展?!?/p>

 模擬5—25馬赫高超音速

目前,世界上與中科院JF10風(fēng)洞(馬赫數(shù)7—20)在原理上相近的,是美國1994年為NASA(美國航天局)建成的HYPULSE風(fēng)洞,其測試速度為5—25馬赫,最高據(jù)稱可達30馬赫。此外,美國還有“國家高能激波風(fēng)洞”(LENS),速度也可達7—22馬赫。

不過,這類風(fēng)洞盡管測試速度非常高,但試驗時間非常短,實驗流場小,無法滿足具有化學(xué)反應(yīng)流動特征的氣動性能試驗需求。10—25馬赫大型超高速風(fēng)洞,可支撐高超聲速滑翔、大氣層再入等飛行器的研制。

據(jù)了解,JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞團隊在中國科學(xué)院是一個比較大的群體,由高溫氣體動力學(xué)國家重點實驗室的三個課題組組成。姜宗林擔(dān)任隊長,俞鴻儒院士擔(dān)任學(xué)術(shù)指導(dǎo)。目前團隊主要承擔(dān)著高超聲速和高溫氣體動力學(xué)領(lǐng)域多個基礎(chǔ)性和應(yīng)用基礎(chǔ)性研究課題,項目背景都是針對未來人類實現(xiàn)“兩個小時內(nèi)全球旅行”的高超聲速飛行器開展的。這包括飛行試驗/地面實驗數(shù)據(jù)相關(guān)性理論、飛行器氣動力/熱特性、新型氣動熱管理概念、飛行器/發(fā)動機一體化實驗技術(shù)和新型高效推進方法探索等。

高超聲速復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞技術(shù)是對世界風(fēng)洞實驗技術(shù)的一種跨越,具有自己完整的理論體系。但是,隨著時間的推移和宇航技術(shù)發(fā)展需求的提升,也必將提出更高的要求?!案叱曀亠w行應(yīng)該是必然的,但是真正高超聲速時代何時才能到來,直至今日,我們?nèi)匀辉诓粩嗯?。”姜宗林說。

“JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞可以復(fù)現(xiàn)高度25—50千米、馬赫數(shù)5—9的高超聲速飛行條件,主要針對吸氣式高超聲速巡回飛行器的研發(fā)。新風(fēng)洞將采用我國獨創(chuàng)的系列新技術(shù),構(gòu)建能夠覆蓋高度40—90千米、馬赫數(shù)10—25的超高速風(fēng)洞試驗?zāi)芰Γ鉀Q天地往返、重復(fù)使用飛行器的氣動實驗問題?!苯诹终f。JF10和JF12兩個風(fēng)洞的結(jié)合將形成一座覆蓋馬赫數(shù)5—25范圍空天飛行走廊的實驗平臺,這在國際上是唯一的,水平是領(lǐng)先的。對于我國高超聲速學(xué)科前沿難題探索和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)具有重大意義。

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責(zé)任編輯:趙安生
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