荔枝军事:中国空军的超级工程 没它绝对造不出六代战机

2017年04月02日 13:28:00 | 作者: | 来源:荔枝网 | 点击:正在获取...

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  我们都知道,第四代战机有一个重要指标“超音速巡航”,拥有超音速巡航的战机意味着能够更快到达战场、抢占先机,而在研究超音速巡航时有一种工具发挥过巨大的作用,这便是“风洞”,“风洞”系统的好坏直接决定着一个国家在气动外形研究领域的优劣,今天***就来聊聊“风洞”的那些事。

  人类生活在地球大气层以内,大气层内充满空气,在物体低速移动时影响不大,当物体高速移动时:如高铁300公里每小时、甚至战机突破音障后大约1200公里每小时,在这种情况下,空气的阻力会增大到恐怖的程度,这样便催生了一门学科叫做“空气动力学”,而“风洞”作为空气动力学最常用到的工具,在学术界,被喻为“飞行器的摇篮”,流传着“有什么样的风洞,才能有什么样的飞机”的说法。其重要意义不言而喻。

  在飞行器研制过程中,需要做试验。直接造个飞机飞两圈试试,太不安全,更烧不起那钱。人们想出用模型来做试验。但模型也不会飞,怎么办?我们以人工的方式产生并且控制气流,用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况,并可量化气流对实体的作用效果以及观察物理现象,它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。

  “风洞”按气流速度大小来区分,可以分为低速、高速、跨音速、超音速和高超声速风洞。按驱动系统来分,一种由可控电机组带动风扇的连续式风洞,运转时间长,费用低,多在低速风洞中使用。另一类是用小功率的压气机事先将空气增压贮存在贮气罐中,实验时快速开启阀门,使高压空气直接进入洞体的暂冲式风洞。暂冲式风洞工作时间短,功率较高,多用于超声速和高超声速风洞。

  世界上公认的第一个风洞是英国人韦纳姆于1871年建成,并测量了物体与空气相对运动时受到的阻力。美国的莱特兄弟在他们成功地进行世界上第一次动力飞行之前,也在1900年建造了一个风洞,德国在1907年就成立了哥廷根空气动力试验院,并在此后砸钱修建了一批低速、高速、超高速和特种风洞,让德国在世界上率先研制出喷气式飞机、弹道导弹。

  到1945年,第二次世界大战尚未结束时,德国设计并开始建造一个实验段直径1米,最高风速达10马赫的连续式高超音速风洞。战争结束后被美国缴获相关技术,仿制并适当修改后,一直到1961年在阿诺德中心建立最高风速达12马赫的高超音速风洞。而美国加州的艾姆斯研究中心拥有世界上最大的风洞,实验段尺寸达24.4×36.6米,不需要制作等比例模型,足以实验一架完整的真飞机。现代飞行器的设计对风洞的依赖性很大,50年代美国B-52轰炸机的研制,进行了约10000小时的风洞吹风实验,而80年代第一架航天飞机的研制甚至进行了约100000小时的风洞实验。包括测量在不同姿态、不同速度、不同大气条件下的阻力、升力和压力分布。所以风洞试验的水平,体现了一个国家航空航天的水平,更是体现了一个国家国防中制空权的水平。

  我国第一座风洞是1934年清华大学自行设计的低速风洞。该风洞于1936年建成,后来在日本侵华战争中,风洞被毁。此后,又在南昌筹建的4.57米低速风洞1937年基本完工,1938年咋日本飞机的轰炸中受损。1949年之后,哈尔滨军事工程学院、北京大学等都相继建造了低速风洞。为了加速发展中国的航空航天事业,根据力学家钱学森、郭永怀的构想,国家于1965年在四川组建了高速空气动力研究机构,随后又相继迅速组建了超高速和低速空气动力研究机构。现如今,该机构装备有亚洲最大风洞群,拥有8座“世界级”风洞设备;建成峰值运算速度达每秒10万亿次的计算机系统;风洞试验、数值计算和模型飞行试验三大手段齐备,能够进行从低速到24倍声速实验,模拟从水下、地面到94公里高空环境,是中国规模最大、综合实力最强的国家级空气动力试验中心,其综合试验能力跻身世界先进行列,还有我国装备的JF12复现高超声速激波风洞是国际首座超大型高超声速激波风洞,其整体性能更是处于国际领先水平。该风洞可复现25—40 km高空、马赫数5—9飞行条件、喷管直径2.5米、实验舱直径3.5米、试验时间超过100 毫秒。为我国的高超声速飞行器的研发提供了必要条件。

  随着工业空气动力学的发展,“风洞”在交通运输、房屋建筑、风能利用等领域也发挥着重要作用,在过去我们没钱没能力,就连好不容易建成的风洞也毁于战争,而如今从歼10、东风导弹、到神舟飞船,高铁列车,再到跨海30多公里的杭州湾大桥,都在经过风洞的试验后一步步成为现实,我们有理由相信,在一系列世界上最强大的风洞系统的帮助下,中国的空气动力学将问鼎人类科技的巅峰,建设保卫好我们的美好家园。
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