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國之重器!風(fēng)洞是什么?到底有多重要?我國如今已經(jīng)領(lǐng)先世界

又一大國重器通過驗收,祖國厲害了!根據(jù)報道,JF-22超高速風(fēng)洞,作為全世界最先進的風(fēng)洞之一,將幫助我國航空航天技術(shù)的發(fā)展走上新的巔峰!

所謂的風(fēng)洞,全稱叫風(fēng)洞實驗室,其實和大家通過字面含義理解的差不多,就是人造的管道狀實驗設(shè)備,然后施加人工氣流。通過這樣的方式,研究人員可以模擬飛行器或者實體周圍氣體的流動情況,對飛行動力裝置進行測驗以及改造等工作。畢竟這些裝置不能直接在空中進行測試,否則成本過高,對飛行人員的生命來說也太過于危險了。

世界上最早的風(fēng)洞,是由英國航空學(xué)會的理事會成員Frank H. Wenham于1871年建造的。1901年,當(dāng)時的萊特兄弟在發(fā)明飛機期間,也采用了風(fēng)洞這種實驗方法,成為了飛機的發(fā)明者。他們使用的風(fēng)洞的復(fù)制品,至今還保存在美國國家航空航天博物館中。

飛機問世后不久,就迎來了它發(fā)揮威力的舞臺,那就是第一次世界大戰(zhàn)。參戰(zhàn)國意識到這種工具的巨大優(yōu)勢,因此投入了極大的研究力度。為了更快速地發(fā)展航空業(yè),就離不開風(fēng)洞實驗室。由于當(dāng)時戰(zhàn)爭主要發(fā)生在歐洲,與風(fēng)洞相關(guān)的許多技術(shù)都在這些國家得以大力發(fā)展。

我國最早的風(fēng)洞,建成于1936年。遺憾的是,當(dāng)時我國正處在最虛弱的時期,后來在抗日戰(zhàn)爭中,這個風(fēng)洞也被日軍炸毀了。后來我國又嘗試建造風(fēng)洞,日軍為了遏制我國在空氣動力學(xué)方面的研究,阻止我國發(fā)展航空航天技術(shù),又將其炸毀。從日本的態(tài)度中,我們也可以看出風(fēng)洞的重要性,也看到了國家獨立、富強的重要性。

建國初期,我國仍然處于民生凋敝的狀態(tài)中,百廢待興,風(fēng)洞的研究也遲遲沒有明顯的進展。到了1955年,我國的空氣動力學(xué)研究終于迎來了曙光,因為這一年發(fā)生了一件大事——錢學(xué)森回來了。

美國當(dāng)初百般阻撓,不讓錢學(xué)森回到國內(nèi),就是害怕他淵博的學(xué)識和長遠(yuǎn)的眼光帶領(lǐng)我國走上快速發(fā)展的道路。美國人甚至說:錢學(xué)森一個人就抵得上兩個師。

事實證明,這個說法還是過于委婉了,錢學(xué)森回國之后,就大力倡導(dǎo)我國開展航空航天事業(yè)。如今,我國在這兩個領(lǐng)域都已經(jīng)達(dá)到世界領(lǐng)先的水平,并且越來越縮小與美國的差距,可見錢學(xué)森的偉大和重要意義。

剛剛回國,錢學(xué)森就籌建中國科學(xué)院力學(xué)研究所,并于1956年得到批復(fù)。不僅如此,在他的影響下,另一位科學(xué)家——郭永懷也回到了祖國,兩個人共同組成了我國風(fēng)洞研制的中流砥柱。

在六十年代初,我國成功研制了JF4直通型激波風(fēng)洞和JF4A反射型激波風(fēng)洞,實現(xiàn)了從0到1的突破。憑借我國科學(xué)家的智慧,我國又在1968年建成了JF8激波風(fēng)洞,短短幾年的時間,我們的風(fēng)洞就從無中生有發(fā)展到了國際水平。

1968年,在錢學(xué)森和郭永懷的倡議下,我國又在四川組建了中國空氣動力研究與發(fā)展中心,這是我國風(fēng)洞建設(shè)歷史的重要篇章。時至今日,這里不僅是我國規(guī)模最大、綜合實力最強的風(fēng)洞試驗基地,也是亞洲最大的風(fēng)洞群,在許多領(lǐng)域都擁有著世界最高的水平。

1999年,我國又建成了氫氧爆轟驅(qū)動高焓激波風(fēng)洞(JF10),這是世界上首座成功運行的爆轟驅(qū)動激波風(fēng)洞,為我國高超聲速風(fēng)洞的研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。

風(fēng)洞的原理說起來簡單,實際建設(shè)卻充滿了困難。除了難度大之外,其所需的成本也高得驚人。我們不僅要在建設(shè)過程中進行大筆的投入,建成后日常運營的維護及技術(shù)更新的成本還要更加昂貴。對風(fēng)洞如何投資、需求量的把控,都需要各國政府的審慎思考。

不過話說回來,就算解決了其他的問題,風(fēng)洞本身的建設(shè)難度如果不解決,還是竹籃打水一場空。飛行器在飛行到不同的階段時,遭遇的氣候條件也各不相同?諝獾淖兓瘶O為復(fù)雜,想要在人造的環(huán)境下真實地模擬各種氣流,其難度之大可想而知。

除了飛行本身的測試之外,風(fēng)洞試驗中還會涉及飛機結(jié)冰、噪聲水平、飛機操縱面嗡鳴實驗等,不同的測試又會給風(fēng)洞提出不同的新要求,增加更大的難度。

根據(jù)馬赫數(shù)(Ma,聲速的倍數(shù))的大小,風(fēng)洞又可以分為低速風(fēng)洞(Ma<0.4),高速風(fēng)洞(0.4≤Ma<5)以及超高速風(fēng)洞(Ma≥5),高速風(fēng)洞又可以細(xì)分為跨聲速風(fēng)洞(0.4≤Ma<1.4)和超聲速風(fēng)洞(1.4≤Ma<5)。

時至今日,風(fēng)洞不僅演化出了各種各樣不同的形式,甚至用途也越來越廣。除了飛行器需要利用風(fēng)洞進行測試之外,“和諧號”高速列車、東方明珠塔、杭州灣跨海大橋等,都離不開風(fēng)洞的幫助。

甚至在去年的北京冬奧會之前,我國運動員也曾經(jīng)利用風(fēng)洞進行模擬訓(xùn)練。這種訓(xùn)練方式不僅不用擔(dān)心天氣問題,而且便于和教練溝通,還能大幅降低受傷風(fēng)險,最終幫助他們?nèi)〉昧藘?yōu)異的成績。

當(dāng)然,風(fēng)洞在航空航天領(lǐng)域發(fā)揮的作用是最重要的,它又有“飛行器的搖籃”之美譽,還有“一代風(fēng)洞、一代飛行器”的說法。由此可見,如果沒有風(fēng)洞進行實驗,會極大程度上限制一個國家的相關(guān)技術(shù)發(fā)展,這也是風(fēng)洞被看作是戰(zhàn)略資源的重要原因,稱之為大國重器一點也不夸張。

2012年,我國的JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞通過驗收。該風(fēng)洞長達(dá)265米,建成時是世界上最大、性能最先進的激波風(fēng)洞,達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。

時隔11年,7月15日晚,央視播發(fā)視頻,又向我們公布了一個好消息:“國之重器——JF-22超高速風(fēng)洞通過驗收”,并且?guī)Т蠹易哌M風(fēng)洞內(nèi)部,領(lǐng)略國之重器的風(fēng)采。

JF-22超高速風(fēng)洞堪稱“世界上最為先進”的超高速風(fēng)洞,據(jù)中國科學(xué)院力學(xué)研究所研究員、懷柔激波風(fēng)洞項目負(fù)責(zé)人姜宗林介紹:JF-22吹出來的流場直徑可達(dá)2.5米,相比之下,國外一般最大也就只有1.5米。越大的直徑,就能放下越大的飛行器,得到的數(shù)據(jù)也就越可靠。而且其總溫高、總壓高、性能高的優(yōu)勢,在全世界也是無可匹敵的。

JF-22超高速風(fēng)洞的簡稱,可以滿足我國天地往返飛行技術(shù)領(lǐng)域的國家重大需求和高溫氣體動力學(xué)學(xué)科的前沿探索,解決超高速飛行技術(shù)的試驗研究問題。未來,JF-22超高速風(fēng)洞還將支持滑翔式飛行器、天地往返飛行器、多級入軌飛行器等研究,換句話說,我國未來的高超音速武器乃至傳說中的空天飛機的研發(fā),可能都要依賴它。

回想六十多年前,我國在經(jīng)濟還遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上歐美發(fā)達(dá)國家的情況下,依然堅持重視對這些國之重器的研發(fā),換來了六十年后的國際地位。相信美國看到我國的風(fēng)洞、高超音速武器以及空間站,也會拍著大腿后悔當(dāng)初讓錢學(xué)森回來吧……

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