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我国超级风洞技术!已远超美国!

时间:2017-12-02 22:22:39   作者:   来源:   阅读:7   评论:0

我国超级风洞技术!已远超美国!

“超级风洞”超级技术

    什么是风洞?风洞就是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,并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备,是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。

    对任何飞行器的研发而言,风洞都是极其重要的工具。如果没有配套风洞,其研发几乎是不可能成功的。日本“心神”战机都心神不宁地试验了几十年了,为何就是搞不出战机来?原因就是他一直搞不出高级别风洞。

    中国则不同,中国的风洞是现在世界上最领先的,世界上最大、最先进的风洞就在中国。美国的著名风洞做到4-7倍声速,喷管直径1.5米,实验时间30毫秒;而JF12复现高超声速激波风洞风速达到5-10倍声速,喷管直径2.5米,实验时间达100毫秒。

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“超级风洞”的牛可不是吹出来的

“超级风洞”的过人之处:

1、独创反向爆轰驱动法

    JF12超级风洞是世界唯一的,不仅在于它产生的流场区域大、气流速度高、试验时间长,更重要的是应用了最独特的爆轰驱动技术,克服了自由活塞驱动技术实验时间短、定常性差等弱点。受此启发,德国和美国NASA修改原来的自由活塞驱动设计方案,在美国通用应用科学实验室(GASL)建成了正向爆轰驱动高焓激波风洞。

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    中国JF12风洞和美国LENS风洞的氢气消耗量比较

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    如上图所示,在产生同样的5兆帕驻室压力的情况下,美国的风洞每次运行所消耗的氢气是JF12的20多倍。加之使用大量氢气,成本昂贵,其储存、加热和排放又极具危险性,这使得轻气体驱动的应用与扩展具有很大局限性。更重要的是,LENS的试验时间只有18~30毫秒,远远低于JF12的100毫秒。因而,和轻气体加热驱动相比,爆轰驱动具有很大的优势,其应用具有很好的扩展性。

2、空气动力学模拟软件堪称iOS操作系统

    超高音速风洞,解决了包括大型客机、先进战斗机/导弹、高超声速飞行器等多项重大武器装备研制中的关键气动问题,成功的一个重要因素在于中国研制了第一个具有自主知识产权的“高超声速空气动力学数值模拟软件平台”。

     如果把风洞设施比喻为电脑的硬件设施,那空气动力学模拟软件就相当于操作系统,只有硬件搭配了好的软件,整个系统才能正常运转。

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超声速复现风洞

3、265米长度世界第一

    JF12激波风洞被国际同行称作“Hyper-Dragon”(超级巨龙)。做出265米的长管子并不容易,项目组首创了超高压、大口径合金钢管设计技术和超高压爆轰段夹膜机设计技术,并与北方重工合作突破了高强度合金钢管大口径深孔加工技术。

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4、国外30秒,中国100秒:JF12性能优越,可复现25-40公里高空、5-9倍声速的高超声速飞行条件。模拟带发动机工作的高超声速一体化试验需要的测试时间至少是几十毫秒,国外的相关风洞大约只能做到30毫秒,而JF12能达到100毫秒试验时间。

5、风洞尺寸优于国外:风洞试验段尺寸决定了试验模型的大小。一般风洞试验模型尺寸比真实飞行器尺寸小得多,当模型尺寸太小时,飞行器上的几何细节和小部件难以模拟。风洞越大,试验模型尺寸就越大,模型保真度就越高,试验数据就越可靠。

    但是风洞尺寸越大,建设难度越大、运行成本就越高,这就要求权衡模拟准确度、可行性与经济性,合理确定风洞尺寸。国外一般主流为1.2米风洞尺寸,JF12超级风洞喷管出口直径达2.5米,试验舱直径3.5米。

6、Ma9超音速,北京到纽约2小时

    JF12激波风洞里的“风”,速度最高可达Ma9,可以说是个“超级风洞”。民用飞机的飞行速度一般为Ma0.8(马赫数0.8)以下的亚声速(一个马赫数是一倍声速)。高超声速指飞行器达到Ma5以上的飞行速度,Ma9则意味着从北京到纽约的时间将由现在的14小时缩短到2小时。

    有人形容Ma9时,对于飞机的发动机点火来说,就像在龙卷风中点燃一根火柴,还要保证它持续燃烧。JF12风洞完全可以复现“龙卷风”的状态。

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    JF12激波风洞驱动能力与空天飞行器飞行走廊 (红色三角表示JF12的模拟能力)

    JF12激波风洞里的‘风’温度可达3000摄氏度左右,可以满足研制高超声速空天飞行器的需要。恰是由于有了爆轰驱动激波风洞,中国才在2014年1月,起头试验第一代高尚崇高音速飞翔器,也便是赶过5倍音速的,Wu-14(项目代号)。

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被外媒称为WU-14的中国高超声速滑翔飞行器想象图

    由于JF12复现高超声速激波风洞的水平极高,两天就做一次试验,能承担住我国的高超音速飞行器、各种飞行器不断在里面重复试验,当然这是我们国家高超音速武器能够连续试验成功的基础。美国试验连续失败,很重要的原因可能就是没有这样水平的风洞,无法模拟高超音速下的飞行状态。

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高超音速武器的应用

    我们前面说了这么多“超级风洞”的内容,那么作为“超级风洞”的孵化目标——高超高速武器,研发这些又有什么用呢?

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    高超音速一般是指物体的速度超过5倍音速(约合每小时移动6000公里)以上,主要包括3类:高超音速巡航导弹、高超音速飞机以及航天飞机。俄罗斯副总理德米特里·罗戈津2013年曾说:谁掌握了高超音速武器,谁就将彻底颠覆战争的逻辑。

    高超音速武器,意味着一小时内打遍全球。与核武器毁灭性打击不同,高超音速武器的打击完全是点穴式的,可以起到四两拨千金的作用,可以一击致命还能将破坏力降到最小。所以,相比核武器主要起战略威慑作用,高超音速武器未来的应用空间要大得多。中国能够在高超音速武器领先一筹的意义自然可想而知,掌握军事主动权,就是国泰民安、人民安居乐业的坚实保障。


标签:风洞 
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