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      我國超級風洞技術!已遠超美國!

      2017-12-02    作者:    來源:

      我國超級風洞技術!已遠超美國!

      “超級風洞”超級技術

          什么是風洞?風洞就是以人工的方式產生并且控制氣流,用來模擬飛行器或實體周圍氣體的流動情況,并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,是進行空氣動力實驗最常用、最有效的工具之一。

          對任何飛行器的研發而言,風洞都是極其重要的工具。如果沒有配套風洞,其研發幾乎是不可能成功的。日本“心神”戰機都心神不寧地試驗了幾十年了,為何就是搞不出戰機來?原因就是他一直搞不出高級別風洞。

          中國則不同,中國的風洞是現在世界上最領先的,世界上最大、最先進的風洞就在中國。美國的著名風洞做到4-7倍聲速,噴管直徑1.5米,實驗時間30毫秒;而JF12復現高超聲速激波風洞風速達到5-10倍聲速,噴管直徑2.5米,實驗時間達100毫秒。

      我國超級風洞技術!已遠超美國!

      “超級風洞”的??刹皇谴党鰜淼?/b>

      “超級風洞”的過人之處:

      1、獨創反向爆轟驅動法

          JF12超級風洞是世界唯一的,不僅在于它產生的流場區域大、氣流速度高、試驗時間長,更重要的是應用了最獨特的爆轟驅動技術,克服了自由活塞驅動技術實驗時間短、定常性差等弱點。受此啟發,德國和c國NASA修改原來的自由活塞驅動設計方案,在美國通用應用科學實驗室(GASL)建成了正向爆轟驅動高焓激波風洞。

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          中國JF12風洞和美國LENS風洞的氫氣消耗量比較

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          如上圖所示,在產生同樣的5兆帕駐室壓力的情況下,美國的風洞每次運行所消耗的氫氣是JF12的20多倍。加之使用大量氫氣,成本昂貴,其儲存、加熱和排放又極具危險性,這使得輕氣體驅動的應用與擴展具有很大局限性。更重要的是,LENS的試驗時間只有18~30毫秒,遠遠低于JF12的100毫秒。因而,和輕氣體加熱驅動相比,爆轟驅動具有很大的優勢,其應用具有很好的擴展性。

      2、空氣動力學模擬軟件堪稱iOS操作系統

          超高音速風洞,解決了包括大型客機、先進戰斗機/導彈、高超聲速飛行器等多項重大武器裝備研制中的關鍵氣動問題,成功的一個重要因素在于中國研制了第一個具有自主知識產權的“高超聲速空氣動力學數值模擬o件平臺”。

           如果把風洞設施比喻為電腦的硬件設施,那空氣動力學模擬軟件就相當于操作系統,只有硬件搭配了好的軟件,整個系統才能正常運轉。

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      超聲速復現風洞

      3、265米長度世界第一

          JF12激波風洞被國際同行稱作“Hyper-Dragon”(超級巨龍)。做出265米的長管子并不容易,項目組首創了超高壓、大口徑合金鋼管設計技術和超高壓爆轟段 膜機設計技術,并與北方重工合作突破了高強度合金鋼管大口徑深孔加工技術。

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      4、國外30秒,中國100秒:JF12性能優越,可復現25-40公里高空、5-9倍聲 的高超聲速飛行條件。模擬帶發動機工作的高超聲速一體化試驗需要的測試時間至少是幾十毫秒,國外的相關風洞大約只能做到30毫秒,而JF12能達到100毫秒試驗時間。

      5、風洞尺寸優于國外:風洞試驗段尺寸決定了試驗模型的大小。一般風洞試驗模型尺寸比真實飛行器尺寸小得多,當模型尺寸太小時,飛行器上的幾何細節和小部件難以模擬。風洞越大,試驗模型尺寸就越大,模型保真度就越高,試驗數據就越可靠。

          但是風洞尺寸越大,建設難度越大、運行成本就越高,這就要求權衡模擬準確度、可行性與經濟性,合理確定風洞尺寸。國外一般主流為1.2米風洞尺寸,JF12超級風洞噴管出口直徑達2.5米,試驗艙直徑3.5米。

      6、Ma9超音速,北京到紐約2小時

          JF12激波風洞里的“風”,速度最高可達Ma9,可以說是個“超級風洞”。民用飛機的飛行速度一般為Ma0.8(馬赫數0.8)以下的亞聲速(一個馬赫數是一倍聲速)。高超聲速指飛行器達到Ma5以上的飛行速度,Ma9則意味著從北京到紐約的時間將由現在的14小時縮短到2小時。

          有人形容Ma9時,對于飛機的發動機點火來說,就像在龍卷風中點燃一根火柴,還要保證它持續燃燒。JF12風洞完全可以復現“龍卷風”的狀態。

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          JF12激波風洞驅動能力與空天飛行器飛行走廊 (紅色三角表示JF12的模擬能力)

          JF12激波風洞里的‘風’溫度可達3000攝氏度左右,可以滿足研制高超聲速空天飛行器的需要。恰是由于有了爆轟驅動"波風洞,中國才在2014年1月,起頭試驗第一代高尚崇高音速飛翔器,也便是趕過5倍音速的,Wu-14(項目代號)。

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      被外媒稱為WU-14的中國高超聲速滑翔飛行器想象圖

          由于JF12復現高超聲速激波風洞的水平極高,兩天就做一次試驗,能承擔住我國的高超音速飛行器、各種飛行器不斷在里面重復試驗,當然這是我們國家高超音速武器能夠連續試驗成功的基礎。美國試驗連續失敗>很重要的原因可能就是沒有這樣水平的風洞,無法模擬高超音速下的飛行狀態。

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      高超音速武器的應用

          我們前面說了這么多“超級風洞”的內容,那么作為“超級風洞”的孵化目標——高超高速武器,研發這些又有什么用呢?

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          高超音速一般是指物體的速度超過5倍音速(約合每小時移動6000公里)以上,主要包括3類扛叱音速巡航導彈、高超音速飛機以及航天飛機。俄羅斯副總理德米特里·羅戈津2013年曾說:誰掌握了高超音速武器,誰就將徹底顛覆戰爭的邏輯。

          高超音速武器,意味著一小時內打遍全球。與核武器毀滅性打擊不同,高超音速武器的打擊完全是點穴式的,可以起到四兩撥千金的作用,可以一擊致命還能將破壞力降到最小。所以,相比核武器主要起戰略威懾作用,高超音速武器未來的應用空間要大得多。中國能夠在高超音速武器領先一籌的意義自然可想而知,掌握軍事主動權,就是國泰民安、人民安居樂業的堅實保障。

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