近日，《经济日报》的一篇报道，披露了北京钱学森工程科学实验基地的空天飞行器实验室里，JF12复现高超音速飞行条件激波风洞，安装、调试、验收、获取试验结果，均一次成功。 该报道称，JF12是首个具有中国人独立知识产权、目前技术指标国际最先进的高超音速风洞，为研制高超音速飞行器，提供了关键条件。 “高超音速飞行器”，是一个极富诱惑力的词汇。记者不禁回想起，流传在1990年代的一个传说——神秘莫测的美国“曙光女神”侦察机，能以6倍音速，疾驰在4万多米的高空，窥探任何一个国家的机密。 近年来，美国X-51A、X-43、HTV等高超音速飞行器不时见诸媒体，而俄罗斯、中国也在积极发展这种潜力无限的“科幻神器”。 在能看得清地球曲线的大气层边缘，风驰电掣，两个小时之内，可以打击我们这个星球上的任何一个目标。这样一种超级武器，距离我们还远吗？ 模拟40公里高空9倍音速JF12全球领先 据《经济日报》报道，JF12激波风洞长达265米，该项目是财政部和中国科学院共同支持的8个国家重大科研装备研制项目之一，于2012年5月顺利通过验收。 据中科院力学所高温气体动力学国家重点实验室主任、JF12研发团队负责人姜宗林透露，JF12可复现25~40公里高空、5到9倍音速的高超声速飞行条件。“模拟带发动机工作的测试时间，国外同类风洞只能做到30毫秒，而JF12能达到100毫秒。” 此外，JF12喷管出口直径可达2.5米，试验舱直径3.5米，都明显优于国外同类风洞。 “JF12它以新颖的反向爆轰驱动方法为核心，这是中国风洞独有的创意。”姜宗林表示，“美国有一个指标相类的风洞，不仅试验时间远不及JF12，每次试验成本也远高于JF12。” 据“俄罗斯之声”电台报道，中国高超音速飞行器的研制工作规模庞大，至少在两个方向展开：空天飞机和高超音速巡航导弹。 5倍音速以上的巡航飞行 目前人类尚无法拦截 “6倍音速以上的高超音速飞行，常规的喷气式发动机已经难以支持。目前，主流的高超音速飞行器项目，都选用了冲压发动机。”航空专家宋心之告诉记者。 据悉，冲压发动机是吸气式发动机的一种，其工作原理，是首先通过进气道将高速气流减速增压，在燃烧室内，空气与燃料发生化学反应，通过燃烧，最终气体经过喷管膨胀加速，排入大气。此时喷管出口的气体速度，要高于进气道入口速度，因此产生了向前的推力。 宋心之告诉记者，与火箭发动机相比，它无需携带很重的氧化剂，和普通喷气式飞机类似，吸入空气充当氧化剂，与自身携带的燃料进行反应。 “以往的高超音速飞行器，多以火箭为动力，但火箭的‘饭量’大得吓人。”宋心之介绍说，美国“大力神”火箭向近地轨道运送13吨载荷，竟要消耗燃料600吨以上，其中，氧化剂占了大头。而冲压发动机飞行器本身仅携带航空燃料，可要‘勤俭节约’得多了。” 因为无需携带氧化剂，冲压飞行器的航程比火箭更远、可携带更多的载荷。由于拦截超过5倍音速巡航飞行的导弹，目前还是不可能完成的任务，可见，高超音速的冲压飞行器，在战场上有着巨大威力。 如果有高超音速巡航导弹 “9·11”可能不会发生 2001年，五角大楼发起了“快速全球打击”项目，开始大力发展各型高超音速飞行器，实现“一小时全球到达和打击”。美国人之所以表现得如此积极，是与“9·11”事件之前的一次对本·拉丹的“斩首行动”失败带来的刺激分不开的。 一架飞行器上天之前，需要在风洞里进行几千上万次的吹风试验。 在北京市郊的雁栖湖畔，有一栋长条形的灰色建筑，这是钱学森工程科学实验基地的空天飞行器实验室。建筑中有一条265米长的巨大管道，这是“JF12复现高超声速飞行条件激波风洞”。 风洞，是先进飞行器的摇篮。它通过人工产生并控制气流来模拟飞行器周围气体的流动，提供飞行器设计需要的基础数据，是进行空气动力试验最常用、最有效的工具。相对于后期的飞行实验，风洞提供了飞行器研发前期一个高效、方便、经济的试验手段。一架先进飞行器在上天之前，需要在风洞里做上几千上万次的吹风试验。JF12则是首个具有中国人独立知识产权，其技术指标目前在国际上也是最先进的高超声速风洞。 高超声速飞行器有着诱人的前景：如果用于航天，未来的空间飞行器将可重复使用，届时太空天地往返费用将降至目前的千分之一;如果用于航空，目前的超声速飞机将被高超声速飞机所替代，这种飞行器超过5倍声速，两小时内可全球到达 -“要突破吸气式高超声速空间飞行器的关键技术，需要大量地面实验，风洞气流要满足马赫数8（即8倍声速）以上速度，而且兼有大尺度和模拟发动机燃烧的一体化实验能力。”中科院力学所高温气体动力学国家重点实验室主任、JF12风洞研发团队负责人姜宗林研究员说，“JF12就具备了这样的能力。” JF12激波风洞项目于2008年1月启动，是财政部和中国科学院共同支持的8个国家重大科研装备研制项目之一，于2012年5月顺利通过验收。 JF12性能优越，可复现25—40公里高空、5到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。JF12喷管出口直径可达2.5米，试验舱直径3.5米，都明显优于国外同类风洞。 “我们的性价比也很高。”姜宗林说，美国有一个指标相类的风洞，不仅试验时间远不及JF12，每次试验成本也远远高于JF12。 4年多时间，4600万元经费，就建成了这样一个国际领先的超大型试验装备，简直就是一个奇迹。但这个奇迹并不意外，因为它是在研发团队对氢氧爆轰现象研究50年积累、对爆轰驱动激波风洞应用技术15年探索的基础上取得的。最早的团队负责人俞鸿儒院士如今已85岁高龄。 JF12是一个典型的自主创新的实验设备：它以新颖的反向爆轰驱动方法为核心，这是中国风洞独有的创意。它集成了五大关键创新技术，从设计、加工、建造到调试都是中国人亲力亲为。 研究和施工人员用盒饭支撑了两年的安装调试，取得“一次安装到位、一次调试成功、一次验收合格、一次获得试验结果”的漂亮答卷！ “有几多问题，就有几多创意，办法总比困难多！”姜宗林自豪地说，“科学家探索未知，工程师创造将来。对于JF12研制，团队两者都做了。” 7月26日，多家媒体采访了位于中国科学院力学研究所北京怀柔钱学森工程科学实验基地高温气体动力学国家重点实验室内的超大型高超声速激波风洞。这是我国超大型高超声速激波风洞在2012年5月通过验收后首次对媒体公开亮相。 高温气体动力学国家重点实验室主任姜宗林研究员，向媒体介绍该实验室复现高超声速飞行条件激波风洞研制情况 我国装备的JF12复现高超声速飞行条件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、喷管出口直径Φ2.5/Φ1.5 m、试验气体为洁净空气、试验时间超过100 ms。 该风洞应用了最独特的爆轰驱动技术，克服了自由活塞驱动技术的弱点，同时达到了“复现气流总温和总压”、“产生纯净试验气体”、“满足基本试验时间需求”和“能够全尺寸或接近全尺寸模型试验”等四项关键技术指标，实现了高超声速飞行器地面试验的复现能力，为我国重大工程项目的关键技术和高温气体动力学基础研究提供了不可替代的试验手段。 JF12复现高超声速飞行条件激波风洞完全由我国独立自主设计。风洞主体是一根架起来半人多高、金属质地的长管子，风洞设备总长265米、总重约1000吨，居世界激波风洞长度之首。为了制造风洞，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。JF12激波风洞的研制推动了我国重大科研装备的设计与加工技术的发展。 “据我所知，这个设备是世界唯一的，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的弱点，是在俞先生的指导下由你们研究所发展起来的。你们将为获得的可靠的高超声速试验数据感到骄傲。”这是国际著名激波管技术专家、国际激波研究院创始人高山和喜教授对JF12复现高超声速飞行条件激波风洞的赞誉。 “JF12激波风洞从概念、设计、加工、安装、调试、性能试验到现场测试，历时4年。项目组几多坎坷，几多艰辛，终于不辱使命，完成任务！”这是中科院力学所高温气体动力学国家重点实验室主任、国家重大科研装备研制项目组负责人姜宗林近日在JF12风洞验收通过后的感慨。 高山和喜提到的“俞先生”，是“两弹一星”元勋郭永怀的学生、中科院院士俞鸿儒，激波风洞爆轰驱动技术的创始人。JF12风洞项目于2008年1月启动，是财政部和中科院共同支持的8个重大科研装备研制项目之一。此举被认为是落实《国家中长期科学技术发展规划纲要（2006—2020年）》的重要措施，其使命是通过自主创新模式，探索发展重大先进科研装备的途径，以切实改变我国科研仪器大部分依赖进口和仿制的局面。 5月14日，中科院组织权威专家对JF12风洞进行验收。专家委员会一致认为，该项目面向国家重大科技项目和学科基础研究需求，利用中科院力学所独创的反向爆轰驱动方法及一系列激波风洞创新技术，研制成功了国际首座可复现25—40公里高空、马赫数5—9飞行条件、喷管出口直径2.5米/1.5米、试验气体为洁净空气、试验时间超过100毫秒的超大型高超声速激波风洞，整体性能处于国际领先水平。该风洞具有高超声速飞行器试验的地面复现能力，为我国重大工程项目的关键技术突破和高温气体动力学基础研究提供了不可替代的试验手段。 姜宗林告诉记者，民用飞机的飞行速度一般为Ma0.8（即马赫数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，Ma7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。 姜宗林说，高超声速科技是航空航天领域的高新技术，关系到国家安全和国际战略格局，是世界各个航空航天大国竞相研究的热点，而高超声速飞行器的研发离不开风洞这个摇篮。 在北京市怀柔区一栋长条形的灰色建筑内，记者得以一睹被国际同行称作“Hyper-Dragon”（超级巨龙）的JF12风洞的威颜——她的主体是一根架起来半人多高、金属质地的长管子，265米的身长居世界激波风洞长度之首。姜宗林说，做出这个相貌平平的管子并不容易，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。JF12激波风洞的研制推动了我国重大科研装备的设计与加工技术的发展。 近日，中国空气动力学学会前理事长、著名空气动力学家张涵信院士参观JF12激波风洞，并在留言簿上写下感言：“创新理论，成功实践，中国制造，世界领先”。JF12风洞的研制依据我国独创的爆轰驱动方法，并进一步发展了一系列的自主创新技术，开启了我国大型气动实验装备建设由仿制到创新研制的新纪元。美国科技学报日前报道了中国这一科研成果，称中国目前研制成果了世界唯一的这款风洞。文章对中国在航空领域的进步很感叹，但也指出了中国人在冶金和发动机叶片存在的工业差距。 |
Powered by Discuz! X3.4
Copyright © 2001-2021, Tencent Cloud.
