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  • 1 # 木蘇君

    航天局的專家告訴我:中國35倍音速風洞,風速近12公里/秒,風力能將34噸重的洲際導彈吹下來,14分鐘就能抵達美國西海岸。論風洞技術,老美差的不是一星半點。

    35倍音速是什麼概念,風速接近12公里/秒,14分鐘的時間就可以抵達美國,也就上個廁所的工夫。現實生活中,會按等級來區分風力大小,10級大風的風速只有24~28米/秒,與35倍音速的風洞不在一個級別。

    風洞是個啥?是如何工作的

    風洞這個詞,不能單從字面上來理解,屬於航天高科技的東西,有點高大上的感覺,先進的35倍超音速風洞,目前沒有幾個國家能造出來,就連強大的老美,在這方面還是差點意思。

    從外形結構來看,風洞就是一個實驗室,根據建造的規模,面積大小也不同,外面是金屬材質,有出口和入口,各個位置裝有控制器和閥門,用來模擬飛行器執行。

    也有閉式結構的環形風洞,屬於小型風洞,類似管道的形狀,常常用於企業動力實驗的裝置,造價成本也沒那麼高。

    世界上的第一個風洞,由英華人韋納姆建造,那個時候科技並不發達,用的材料是木頭,截面46公分,總長度只有3.05米,測量資料全部由人工完成。

    如今,風洞也越來越龐大,面積達到了800平方米以上,足以容納一架大型飛機,裡面的機器裝置可以控制氣流,監測周圍的氣體流動情況,得出相關的實驗資料,用來研究各種新型飛機,適用於航天、軍事等領域。

    中國的35倍音速風洞,啟動以後風速可以達到12公里/秒,毫不誇張地說,產生的風力,能將34噸重的洲際導彈吹下來。

    有的人就要問,35倍音速風洞這麼厲害,把它放在戰場上,是不是可以取代衛星攔截系統,直接把導彈給吹下來,這個想法很大膽,但風洞還幹不了這個事。

    需要提醒大家,前面只是說35倍音速風洞產生的風力能將導彈吹下來,這個風力只是在內部才會產生,更何況有的導彈發射以後會隱身,大部分時間都在大氣層以外飛行,就連衛星和雷達攔截的機率也不高,用風洞對著導彈吹不太現實。

    實際上風洞就是檢測飛行器的場所,裡面的空間足夠大,安裝各種裝置和控制器,大大小小的飛機模型可以開進去。

    風洞內的發生器產生強大的氣流,經過特殊管道,增強以後的氣流可以形成風,吹到模型的表面,形成不同的大氣噪聲環境,飛機模型就會產生變化,感應器接收到這些資料,傳輸到控制中心,就可以計算出強大氣流對模型的影響,後續在製造飛行器時,就可以適當改進引數,增加穩定性和安全性。

    風洞產生強大的氣流,受到場地和模型的影響,得出的資料也存在差異,對於一般的飛行器,普通風洞就可以達到測試要求,完全沒有必要上超高音速風洞。

    這類普通風洞,對空間要求沒有那麼高,配備主要的大功率風扇和噴流管就可以,大多數國家的技術水平都能達到。

    中國建造風洞的發展歷程

    1963年,中國就建造出了第一個風洞,那個時候的條件有多難,大家應該都知道,雖然起步晚了,但步子邁得並不小。

    到了1968年,以錢學森、郭永懷等科學家提議,必須加快國內的空氣動力研究,並在四川建了一座實驗基地,那時的規模,在亞洲範圍內是最大的風洞基地。

    當時建造出來的一個風洞,總長度不足3米,麻雀雖小,但五臟俱全,具備了低速、高速、超高速的動力,可以對飛行器進行風力、噪聲、結冰等實驗。

    像大家熟知的殲-10“梟龍”戰機、和諧號高速列車、神舟系列飛船、杭州灣跨海大橋等這些重大專案,都在這個風洞基地測試過。

    2010年5月,風洞實驗基地經過多次升級,啟動新的科研建設,大型飛機模型在這裡展開實驗,相關的資料高達上百萬種,都全部進入資料庫進行分類,大型客機C919研發試驗,大多是在這個風洞完成。

    2017年,最大的風洞JF-12在北京誕生,風速為10馬赫,相當於10倍音速,從北京飛到紐約只需要2小時,保持強勁穩定的動力,就像在龍捲風中要點燃一根火柴,需要足夠的風力,又要讓火柴燃燒。

    從2018年開始,中國啟動35倍速的新型風洞,動力和精度方面得到很大的提升,風速成倍增長,飛行器只需14分鐘就可以抵達美國西海岸,技術水平超過NASA的超音速LENS-X風洞。

    最具代表性的FL-62風洞,由8萬千瓦的電機提供動力,重量達到6620噸,內部的容積有17000立方米,可以產生連續的跨式風力,對於第六代隱形戰機的研發起到了很大作用。

    35倍音速風洞與低速風洞的區別

    1、低速風洞產生的風力基本靠吹

    普通的低速風洞在學校和企業都能看到,風速一般在1.2倍音速以下,裡面的構造比較簡單,用一臺功率大點的電風扇,產生的風力,透過Laval噴管將亞音速氣流轉換成超音速氣流,基本就可以超過音速的標準。像這種普通低速風洞,成本只需要幾百萬就能搞定,並不存在風洞一響,黃金萬兩的說法。

    如果要建造高速風洞,風速達到十幾倍音速以上,單靠風扇產生的氣流有限,達不到那麼高的風速。

    2、高速風洞內部裝有壓力罐,透過壓力可以產生高速氣流

    我們在吹氣球時,裡面的空氣越多,內部的壓力與外部產生壓力差,當開啟氣球嘴時,強大的氣流就會跑出來。高速風洞產生強大的氣流,正是以壓力差為前提,用壓力罐將氣體儲存起來。

    這個壓力罐並不普通,一邊是高壓氣體,另一邊則是真空的狀態,兩者之間會有強大的壓力差,當開啟閥門的時候,裡面的高壓氣體瞬間會向真空端噴湧,在它的作用下,氣流的速度會增加3~5倍,真正達到高音速標準。

    大型超高音速風洞,除了基本的裝置以外,還要加裝巨大的壓力機、儲氣罐、加熱系統,構造複雜,造價成本比低速風洞高得多。

    3、超高音速風洞,想要獲得更強的風力,用上了爆炸產生的威力

    想要獲得20倍以上的超高音速氣流,僅僅靠真空壓力罐不夠,科學家們用上了爆炸產生的威力。大家都知道,原子彈爆炸,產生的威力相當於1.5萬億噸TNT炸藥,若是把爆炸瞬間爆發的能量用在風洞上,強大的壓力就可以產生超高音速氣流。

    目前,20倍以上的超高音速風洞,用得最多的就是透過加熱系統,將氫氣和氧氣密封起來,放進特製的容器罐中,透過燃燒最終發生爆炸,獲取強大的氣流。

    還有一種風洞,是以電弧產生衝擊波為動力,安裝有超大電容的裝置,啟動以後產生600000安培的電流,強大的電流也可以帶來高速氣流。

    寫在最後

    風洞實驗是建造飛行器的主要裝置,一架飛機的設計、製造、測試等流程,都離不開風洞,它的重要性也愈加凸顯。在科學界有這麼一句話:有什麼樣的風洞,就有什麼樣的飛機、火箭,由此可見風洞技術的重要性。

    中國的35倍音速風洞,擁有先進的科學技術,已成為地面最強大的測試設施之一。

    我為生活在這個強大的祖國而感到自豪!

  • 2 # 卡路里公社

    美國、俄羅斯等猜測,中國建這個風洞是為了“試驗新型武器”、高超音速武器,應用於軍事方面,就很關注。因而這個資訊也主要是被外媒披露。

    當然了,這類專案帶有一定的機密性,不可能隨便公開。何況它不是建造普通建築物那樣簡單。

    什麼是風洞?

    風洞(wind tunnel)即風洞實驗室,是空氣動力研究和試驗中最常用、最有效的工具之一。

    它是以人工方式產生並且控制氣流,用來模擬飛行器或實體周圍氣體的流動情況,透過測控儀器和裝置取得實驗資料。

    現代飛行器的設計,對風洞的依賴性很大。

    例如美國萊特兄弟在進行世界上第一次動力飛行時,於1900年建造了風洞,為他們的飛機進行實驗測試。

    美國在上世紀50年代研製 B-52型轟炸機、80年代研製第一架太空梭時,都進行了大量的風洞實驗。

    風洞實驗技術,決定著飛行器的研發水平,代表著一個國家航空航天領域戰略發展實力。

    隨著工業空氣動力學的發展,風洞實驗在交通運輸、房屋建築、風能利用等領域更是不可或缺的。例如汽車研發時往往也會進行風洞試驗。

    風洞中的氣流速度,一般用實驗氣流的馬赫數(M)來衡量。

    按實驗段氣流速度大小,風洞大致可分為低速、高速、高超聲速風洞等多種型別。

    M<0.3的風洞,稱為低速風洞,這時氣流中的空氣密度幾乎無變化;在 0.3<M<0.8 範圍內的風洞稱為亞音速風洞,這時氣流的密度在流動中已有所變化;0.8<M<1.2 範圍內的風洞,稱為跨音速風洞;1.2<M<5範圍內的風洞,稱為超音速風洞;M≥5的風洞,則稱為高超音速風洞。

    中國的這個35倍音速風洞厲害在哪裡?

    風洞大量出現是在20世紀中期。目前全世界的風洞總數已有將近兩千座。

    在風洞實驗技術方面,老牌大國美國和俄羅斯處於世界領先水平。

    尤其高速風洞,是研製高水準飛行器不可或缺的戰略資源,美國和俄羅斯均有高超音速風洞。

    而中國,已經擁有低速、高速、超高速以及激波、電弧等風洞,綜合試驗能力躋身世界先進行列。

    這些風洞,為中國國防軍事裝備發展和國民經濟建設作出了重大貢獻。“殲-10”、“梟龍”戰機和“神舟”系列飛船,磁懸浮、“和諧號”高速列車,以及東方明珠塔、杭州灣跨海大橋等,都進行過風洞試驗。

    其中,位於川西山區的中國空氣動力發展與研究中心,是中國規模最大、綜合實力最強的國家級空氣動力試驗、研究和開發中心。

    這裡裝備有亞洲最大風洞群,先後建成以低速風洞和亞、跨、超和高超聲速風洞五十多座,擁有多座世界級風洞裝置。建成峰值運算速度達每秒10萬億次的計算機系統,風洞試驗、數值計算和模型飛行試驗三大手段齊備,覆蓋氣動力、氣動熱、氣動物理、氣動光學等領域的空氣動力試驗。

    美國航空航天學會稱,這座風洞可復現25公里-40公里高空、5-9馬赫的飛行條件。

    按外媒的說法,中國正在進行新突破,新建一座風洞,模擬風速超過12公里/秒,達到35馬赫。

    顯然,這座風洞的風速,是北京JF-12風洞的三倍多。

    目前世界上最強大的風洞,是位於美國加利福尼亞的超音速風洞LENS-X,風速達到30馬赫。

    中國新建的這座風洞則超過了它。

    而且,12公里/秒的高超音速飛行條件,在全球也是史無前例。

    按國際業界人士的說法,“以這個速度,一臺高超音速飛行器可以在14分鐘內從中國飛到美國西海岸。”並稱它是“全世界最強大和最先進的高超音速飛行器地面測試設施之一”。

    由此,美國媒體猜測,中國建這座風洞的目的就是為了滿足高超音速武器研發專案的急迫需求。

    對於這個猜測,中國有關專家做了表態和解釋。

    專家說,35倍音速超過了第二宇宙速度。如果飛行器以這個速度在大氣層中飛行,必須克服巨大的阻力和氣動加熱,而且在打擊效果上沒有明顯優勢,在經濟上更划不來。沒有高超音速武器需要加速到這個速度。

    專家還表態,即便中國建設35倍音速的風洞,唯一不可能的用途就是製造35倍音速的高超音速武器。

    綜合上述,外媒尤其是美國的猜測,是“中國威脅論”的又一個體現。

    腦袋和嘴巴長在別人身上,我們控制不了。

    但是我覺得,無論怎樣,這至少反映了中國日新月異的科技發展水平,以及蒸蒸日上的綜合國力。

  • 3 # 海事先鋒

    有了35倍音速的風洞,就能研發軌道轟炸機,實現降維打擊了!

    中國的JF-22高超音速風洞,可以製造出35倍音速的風速,用以測試高超音速狀態飛機的航空航天裝備,他有多厲害?他是目前全球風速最快的風洞,超過了美國的LENS-X風洞,如果有一天中國研發出軌道轟炸機,那就肯定有JF-22高超音速風洞的功勞。

    圖為正在測試隱身飛行器的風洞設施。

    風洞的概念,說簡單一些,就是把飛行器的模型放在風洞的涵道內,然後製造出符合飛行器飛行速度的風速,來觀察、分析和測試他的氣動外形是否合理,以便於確定如何進行改進。一般而言,風洞就是一根巨大的管道,一邊佈置有風速發生器,中間可以放置飛行器等比例模型,並且在涵道內佈置了光電、紅外、電磁等探測和感應裝置,以便於收集飛行器在風洞內的測試狀態和氣流情況。

    圖為測試高超音速飛行器的風洞設施。

    風洞對於飛行器的氣動外形確定有重要的實驗價值,避免了使用真實飛機和飛行員測試的危險及高成本。而風洞內的風速,決定了一個國家研發的飛行器,能達到多大的飛行速度。再過去,沒有風洞這樣的先進設施幫助,飛機的研發人員只能製造出一架真正的測試飛機,由飛行員駕駛升空,進行飛行測試,這樣有一定的危險性,畢竟飛機氣動佈局是否科學合理還未可知,在極限測試中,很容易發生事故。

    圖為正在測試戰鬥機的風洞設施。

    另外,實機測試成本也很高,畢竟這是一架完全測試用的飛機,白白生產一架或者多架註定要進行改良的測試飛機,在試驗完成後就棄之不用,實在是耗費財力物力。於是,科研人員想到一個辦法:用空氣吹飛機的模型,來取代飛機在空氣中飛行,這樣得到的測試效果是差不多的,而且避免了危險和成本問題。甚至,由於風洞內可以安裝的觀測裝置很多,因此能獲取比實機飛行測試更多的試驗資料,有利於進行氣動佈局的反覆精確調整。

    風洞並非每個國家都能研發出來,目前世界上擁有風洞的國家就不多,僅限於中美俄英法五大常任理事國,連日本、印度這樣的國家都沒有真正能測試軍用飛機的風洞。能研發出高超音速風洞的國家,更是隻有中美俄三大國。也正是因為有高超音速風洞的幫助,才讓中國在高超音速飛行器研發上,走在世界前列。

    目前的高超音速導彈,大氣層內最大飛行速度已經超過了15馬赫,在可以預見的將來,飛行速度超過20馬赫是可以預期到的。因此,有必要建造更加先進的高超音速風洞來應對技術進步的需求。舉個簡單的例子,軍迷們總是心心念念空間轟炸機、軌道轟炸機,畢竟這種臨近空間飛行器的飛行高度很大,一般的防空導彈射高根本就夠不著,而彈道導彈攔截彈的飛行高度則超過了大氣層,因此軌道轟炸機處於兩型別攔截導彈的攔截間隙中。

    另外,軌道轟炸機的飛行速度極快,起飛後可以在10分鐘內實現洲際轟炸,在1小時內可攻擊全球任何角落,一般的國家根本來不及進行防禦和反應,因此軌道轟炸機將會是未來軍事發展的必然產物。要研發這種降維打擊的先進武器,高超音速風洞是一個關鍵。中國在第14屆珠海航展上展出的“騰雲”組合飛行器,就是一種臨近空間高度飛行的高超音速飛行器,對其進行氣動佈局設計,就必須使用這種高超音速的風洞。

    “騰雲”飛行器可以在3萬米高空進入高超音速飛行階段,速度為7馬赫,並且可以在臨近空間高度實現超過15馬赫的飛行速度。對他進行測試需要用到最少20倍音速的風洞,而這還只是臨近空間飛行器發展的開端而已,突破35倍音速的飛行器很快就會出現,如果不事先進行風洞建設,那是跟不上技術發展潮流的。同樣的,也正是因為中國在高超音速風洞的發展上走在全球領先,也就意味著中國在未來臨近空間飛行器、甚至是軌道轟炸機的發展上,也將會走在全球前列。怎麼樣,你期待嗎?

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