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时间:2023-10-05 17:24:27 来源: 浏览:

重磅消息,国产JF-22风洞完工,中国高超音速武器研究再添利器!

【军武次位面】作者:乐乐

7月15日晚间,《央视新闻》对国产JF-22风洞完成验收,进行了重点报道。作为国产风洞再次引领世界潮流发展的标志性作品,官方对JF-22风洞的特性、地位和作用进行了简单阐述,让外界初步认识到了这款风洞的意义所在。不过,受制于报道篇幅,官方对国产先进风洞的介绍有限,使得外界对“JF系列风洞”,甚至是国内风洞的实际水准和战略价值,并没有一个清晰的印象。

▲官方对JF-22风洞进行了重点报道

1968年,在钱学森、郭永怀两位大师的建议下,中国在四川省绵阳市安县,组建了中国空气动力研究与发展中心,由此开始中国风洞群的大规模建设。按照官方在近年的总结性报道,“绵阳气动中心已经成为世界第三、亚洲最大的风洞群,其中2.4米跨音速风洞等8座风洞,成为世界同类风洞的领先量级,可以开展从低速到24倍音速,从水下、地面到94千米高空范围内的气动试验研究”。具体到应用领域,风洞主要用于航空和航天,这种通过人工产生和控制气流在管道中运行,模拟飞行器或其他物体周围气体的流动,并观察相关作用、物理现象的管道装置,至今依然对航空航天发展有决定性意义。

因为人类虽然在空气动力学,甚至是整个流体力学领域发展上百年,但即使加上超级计算机辅助,依然无法实现对其精准掌控,必须通过模拟、复现复杂情况下的实际气动变化,来总结、分析和判断。

▲现代先进战斗机对复杂飞行条件控制水平要求越来越高

举几个实际例子,上世纪80年代美国发展航天飞机时,预先通过模拟航天飞机的各种姿态、飞行路径、体况调整,进行了超过10万小时的风洞试验。美国空军在研发F-22隐身战机时,风洞试验前后经历10年,对23种气动模型方案,在22种不同类型的风洞中进行75项,总计超过44000小时的风洞试验。国内也在2006年公开刊文指出,“某飞行器在设计中利用风洞试验,在气动布局设计、流动控制、机理研究等静态研究基础上建立全新体系,运行角度从负5度转到115度,攻克了‘眼镜蛇机动’难关”。当然,随着技术发展,风洞类型也逐渐拓展,其开始应用到高速列车、汽车,甚至是大型建筑的抗风试验当中。像国内高铁就通过空气动力学试验,对列车外形进行调整,最终实际减阻约1%,每年因此节省电能超过3亿千瓦时。

▲F-22研发时的风洞试验过程,是其他战斗机同样会经历的

风洞比较常见的分类方式有两种,外界最容易接触的是马赫数,也就是试验段气流最大速度和标准音速的比值。一般来说,0.4马赫以下的被称为低速风洞;0.4到1.4马赫的为跨音速风洞;1.4到5马赫的为超音速风洞;5马赫以上的为超高速风洞。另一种是雷诺数,主要反应表征风行器受到的黏性力,这个参数相对专业一点,也有点复杂,这里不再赘述。低速风洞技术相对简单,像国内在1965年就建成了FL-8连续式低速风洞,不过这类风洞试验段管道截面尺寸较大,可以完成一些大尺寸风洞试验。中国的NF-3风洞是目前亚洲最大的低速翼型风洞,现有18米长的螺旋桨试验段,对国产运-8/9的气动优化起到很大作用。而在2019年完工的8米级FL-10低速风洞,则主攻低噪声气动试验。

▲“风雷1号”跨音速风洞是国内在该领域的开山之作

跨音速风洞的地位直线上升,特别是现代战斗机速度大多数都在这个区间,因此跨音速风洞的数量和品质,对战斗机设计能力有决定性影响。在1962年投入使用的沈阳1号(后更名为FL-1“风雷1号”),正是国内第一座跨音速风洞,其的问世,也奠定了国产战斗机风洞试验的基础。1999年启用的2.4米跨音速风洞,则是国内的另一个代表者,其雷诺数为Re1.3×107,至今依然是全球常规常温跨音速风洞的巅峰之作。当然,最新在2020年完工的FL-62跨音速风洞,更是达到了该领域的最尖端水平。至于超音速风洞,由于其出现时间较晚,因此国内在实际建设中,往往建造的是以超音速为主,兼顾亚、跨音速的三合一风洞。像2007年开始使用的FD-12,以及随后发展的FL-2、FL-60都是如此,其中FL-60官方曾有报道,指出其对临近空间飞行器、空天飞机等项目,起到重大作用。

▲三合一风洞一般还是有自己主攻领域,并非全能

在超高速风洞领域,试验气体在超高压的冲击下,性质发生很大变化,甚至会开始液化,因此,“高超音速风洞”只是一个代指,实际命名会根据风洞特性变得很复杂,比如国产JF-10氢氧爆轰高晗微波风洞。命名上的每一个字都有自己的意义,这也使得“高超音速风洞”的技术特性极为复杂。概括性的来说,国产JF-10系列,从JF-8、JF-10到JF-12,再到JF-22一直都是该领域的世界顶尖水准。在这个过程中,师从元勋郭永怀,后为国内高超音速风洞泰斗的俞鸿儒,居功甚伟。举个例子,国内JF-12的最大试验时间大概是100毫秒(成本大概是一毫秒一万人民币),而同类型美国、欧洲风洞只能做到30秒左右,这是很厉害的。

▲先进超高速风洞是国产军用高超音速武器发展的基石

最新投入使用的JF-22,官方给出了很多基础数据,有兴趣可以查阅相关文献深入了解。简单来说,JF-22主要模拟40至80千米飞行高度的高超音速飞行器工作环境,除了进一步推动中国高超音速和高温气体动力学发展之外,还对临近空间高超音速飞行器发展,提供关键支持。近几年以俄制“匕首”、中国东风-17为代表的高超音速导弹,很受关注,不少国家也纷纷跟风上马项目。这里简单概括一点,无论是现代战斗机、宇宙航空器还是高超音速导弹,没有自己掌握的先进风洞群,就永远不要想走到世界最顶端。

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