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中國獨創技術：33馬赫高超風洞建成，領先美國20年
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    中國獨創技術：33馬赫高超風洞建成，領先美國20年
    #1
    發表於 2023-6-5 23:25 
    原標題：向全世界宣布，33馬赫高超風洞建成，中國獨創技術，領先美國20年


    近日，央視軍事公開向全世界宣布，位于北京懷柔區的JF22高超音速風洞已經建成，中國研究員韓桂來表示，“領先西方約20至30年”。


    風洞是什么？


    什么是風洞，風洞是是以人工的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，並可量度氣流對實體的作用效果以及觀察物理現象的一種管道狀實驗設備。從飛機到飛船，從火箭到導彈，從汽車到高鐵，從大橋到高樓，從體育到軍事，都少不了風洞。


    由于戰鬥機、航天器、艦艇、火箭、導彈等尖端武器，要求運動速度更快、機動能力更好、靜音水平更高、生存能力更強，它們所面臨的氣動環境要複雜嚴酷得多，必須利用風洞模擬各種氣流和風力來進行試驗，觀察氣動現象和運動特性及噪聲來源等情況。


    風洞被喻為“飛行器的搖籃”，一度流傳着“有什么樣的風洞，才能有什么樣的飛機、飛船、火箭、導彈”的說法。飛機、導彈、火箭等飛行器在首飛之前，需要進行成千上萬次風洞實驗。風洞提供不同流速、不同密度、不同温度等飛行環境，模擬飛行器的真實飛行狀態，確定飛行器的氣動布局並評估其氣動性能。


    高超音速風洞是什么？


    而高超音速風洞就是為彈頭、反導彈導彈、衛星、飛船、航天飛機和高超聲速飛機服務的，飛行器的發展對高超聲速風洞試驗不斷提出新的要求，這些要求可以高級彈頭(分導式多彈頭、機動彈頭和高精度彈頭)為代表。簡單理解來說，如果沒有高超音速風洞，就沒有辦法研制出高超音速導彈。


    2022年9月6日，防務新聞網站BreakingDefense上發布一篇美國防部的最新動態，標題就起得非常有意思：


    “DIU plots hypersonic test plane, hoping to circumvent wind tunnel backlog”


    DIU（美國防部國防創新部門）計劃高超音速試驗飛機，希望能繞過風洞問題。
    什么意思？事情是這樣的，美軍有能力研制高超音速武器的高超音速風洞或者高超音速激波風洞數量太少，目前美軍急于突破高超音速技術的願望又非常迫切，因此上馬了一大批高超音速飛行器研制計劃，結果這些僅有的風洞根本無法達到高超音速武器的研制需求，可以說，美國落後的風洞技術嚴重阻礙了其高超音速武器技術的發展。


    中國風洞的建設起源于錢學森和郭永懷，他們在50年代的時候就敏銳發現了，未來會是高超音速武器的天下，于是，他們大力倡導研究風洞技術，郭永懷在1965年于四川組建了高速空氣動力研究機構，1968年，郭永懷在此基礎上又領導組建了中國空氣動力研究與發展中心，也是比歐美更早規模性建設風洞實驗室。這也是為什么中國風洞技術能夠領先全球的原因。


    而中國之所以能夠在高超音速導彈上做到領先全球，最主要的還是，中國在高超聲速風洞領域達到了領先世界20年的技術高度。這多虧了俞鴻儒院士獨創的技術。


    中國獨創高超音速風洞技術
    高超聲速風洞實驗模擬存在四個難點：（1）不能用替代實驗氣體模擬化學反應機制；（2）為確保反應過程的正常觸發，必須模擬氣流温度以確保化學反應進程的復現；（3）由于熱化學反應的不可縮尺性，必須產生足夠大的試驗流場、採用足夠大的模型，解決非平衡流動模擬問題；（4）需要適當長的實驗時間，以確保流場穩定，從而完成超聲速燃燒和飛行器氣動力的實驗研究。


    俞鴻儒院士團隊從上述四大需求出發，分析了國際主流高焓激波風洞技術的局限性，獨創了爆轟驅動高燃激波風洞技術，建立了系統的爆轟驅動高超聲速風洞理論，並進一步提出了激波反射型正向爆轟驅動方法。借助爆轟波反射產生的上行激波，實現了爆轟波形的剪裁和重構，解決了稀疏波導致入射激波嚴重衰減的學科難題，驅動能力比反向爆轟驅動模式提高了5倍。


    目前全世界激波管強驅動方式共有三種：重活塞驅動、加熱輕氣體驅動以及俞鴻儒的爆轟驅動。


    根據俞鴻儒建立的爆轟驅動高超聲速風洞理論，由此打造了JF12高超聲速復現風洞。JF12高超聲速復現風洞有近300米長，是世界上最大的激波風洞，被國際同行稱為“超級巨龍”（Hyper-Dragon），是國際首座可復現高超聲速飛行條件的超大型高超聲速風洞，復現風洞理論和技術解決了困擾高超聲速地面試驗六十年的世界難題，實現了風洞試驗狀態從流動“模擬”到“復現”的跨越。


    JF22高超音速激波風洞究竟多牛？


    而如今的JF22高超音速激波風洞已經可以模擬臨近空間區域，在40到90千米高度，33馬赫速度左右條件下的空氣流場條件。


    JF12已經讓中國研發成功了幾款先進的高超聲速飛行器，其5-9馬赫的速度讓現有的導彈防禦系統都基本無法防禦。而如今建設完成的JF22高超音速風洞的建將會進一步推動中國10-25馬赫飛行器研制，中科院力學所研究員、JF22高超音速風洞負責人姜宗林指出，JF-22風洞的一個最基本的思想就是奔着天地往返系統，做成之后可以把衛星發射、航天器發射的費用減少90％。


    也讓我們期待，隨着JF22高超音速風洞的建設完成，中國在天地往返飛行器、高超音速飛行器領域，取得新的突破。


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    發表於 2023-6-5 23:47 
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