據(jù)央視新聞?lì)l道3月16日?qǐng)?bào)道，中科院高溫氣動(dòng)力國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室工作人員透露，其團(tuán)隊(duì)正在研制的新風(fēng)洞模擬馬赫數(shù)可達(dá)10—25，試驗(yàn)流場(chǎng)直徑2.5米，將是世界最高水平。
“作為先進(jìn)飛行器的研發(fā)平臺(tái)，建最高技術(shù)水平的風(fēng)洞，全世界都在爭。我們正在研制的這種新超高速風(fēng)洞，計(jì)劃四年左右建成。”21日，該重大項(xiàng)目的首席科學(xué)家姜宗林告訴科技日?qǐng)?bào)記者。
風(fēng)洞技術(shù)決定飛行器水平
風(fēng)洞是推動(dòng)航空航天飛行器發(fā)展的國家重器，一代風(fēng)洞技術(shù)決定一代飛行器的研制水平，代表著一個(gè)國家的科研實(shí)力。
此次央視報(bào)道的“復(fù)現(xiàn)高超聲速飛行條件激波風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)技術(shù)”（以下簡稱“JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞”），有近300米長，是世界上最大的激波風(fēng)洞，被國際同行稱為“超級(jí)巨龍”（Hyper-Dragon），是國際首座可復(fù)現(xiàn)高超聲速飛行條件的超大型高超聲速風(fēng)洞。姜宗林告訴記者，JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞是地面氣動(dòng)試驗(yàn)這頂皇冠上的明珠，也是氣體動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域科研人員心中的珠穆朗瑪峰。
基于中國科學(xué)院院士、中科院力學(xué)所研究員、空氣動(dòng)力學(xué)家俞鴻儒的爆轟驅(qū)動(dòng)方法，姜宗林團(tuán)隊(duì)從2000年就開始探索復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞理論與創(chuàng)新技術(shù)驗(yàn)證。經(jīng)過了16年的艱苦努力，2017年完成JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞的系列實(shí)驗(yàn)研究。
從國際高超聲速風(fēng)洞技術(shù)發(fā)展來看，JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞突破了三大“卡脖子”的技術(shù)瓶頸：風(fēng)洞驅(qū)動(dòng)功率小、實(shí)驗(yàn)時(shí)間短、測(cè)量精度低。難能可貴的是，在復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞團(tuán)隊(duì)的研制工作中，從復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞理論，到以九項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)為核心的技術(shù)體系，再到風(fēng)洞設(shè)計(jì)，這是一個(gè)“跨界”的研究過程。團(tuán)隊(duì)成員既是科學(xué)家，又是工程師。一套設(shè)備，幾千張圖紙，有多少疑難，就有多少討論與質(zhì)疑。通過不斷的努力，他們做到了一次安裝到位，一次調(diào)試成功。
關(guān)于JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞，中國空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)會(huì)專門撰文說：“復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞理論和技術(shù)解決了困擾高超聲速實(shí)驗(yàn)60年的世界難題，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)狀態(tài)從流動(dòng)‘模擬’到‘復(fù)現(xiàn)’的跨越，引領(lǐng)了國際先進(jìn)風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展。”
模擬5—25馬赫高超音速
目前，世界上與中科院JF10風(fēng)洞（馬赫數(shù)7—20）在原理上相近的，是美國1994年為NASA（美國航天局）建成的HYPULSE風(fēng)洞，其測(cè)試速度為5—25馬赫，最高據(jù)稱可達(dá)30馬赫。此外，美國還有“國家高能激波風(fēng)洞”（LENS），速度也可達(dá)7—22馬赫。
不過，這類風(fēng)洞盡管測(cè)試速度非常高，但試驗(yàn)時(shí)間非常短，實(shí)驗(yàn)流場(chǎng)小，無法滿足具有化學(xué)反應(yīng)流動(dòng)特征的氣動(dòng)性能試驗(yàn)需求。10—25馬赫大型超高速風(fēng)洞，可支撐高超聲速滑翔、大氣層再入等飛行器的研制。
據(jù)了解，JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞團(tuán)隊(duì)在中國科學(xué)院是一個(gè)比較大的群體，由高溫氣體動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的三個(gè)課題組組成。姜宗林擔(dān)任隊(duì)長，俞鴻儒院士擔(dān)任學(xué)術(shù)指導(dǎo)。目前團(tuán)隊(duì)主要承擔(dān)著高超聲速和高溫氣體動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域多個(gè)基礎(chǔ)性和應(yīng)用基礎(chǔ)性研究課題，項(xiàng)目背景都是針對(duì)未來人類實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)小時(shí)內(nèi)全球旅行”的高超聲速飛行器開展的。這包括飛行試驗(yàn)/地面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相關(guān)性理論、飛行器氣動(dòng)力/熱特性、新型氣動(dòng)熱管理概念、飛行器/發(fā)動(dòng)機(jī)一體化實(shí)驗(yàn)技術(shù)和新型高效推進(jìn)方法探索等。
高超聲速復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞技術(shù)是對(duì)世界風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)技術(shù)的一種跨越，具有自己完整的理論體系。但是，隨著時(shí)間的推移和宇航技術(shù)發(fā)展需求的提升，也必將提出更高的要求。“高超聲速飛行應(yīng)該是必然的，但是真正高超聲速時(shí)代何時(shí)才能到來，直至今日，我們?nèi)匀辉诓粩嗯Α?rdquo;姜宗林說。
“JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞可以復(fù)現(xiàn)高度25—50千米、馬赫數(shù)5—9的高超聲速飛行條件，主要針對(duì)吸氣式高超聲速巡回飛行器的研發(fā)。新風(fēng)洞將采用我國獨(dú)創(chuàng)的系列新技術(shù)，構(gòu)建能夠覆蓋高度40—90千米、馬赫數(shù)10—25的超高速風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)芰Γ鉀Q天地往返、重復(fù)使用飛行器的氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)問題。”姜宗林說。JF10和JF12兩個(gè)風(fēng)洞的結(jié)合將形成一座覆蓋馬赫數(shù)5—25范圍空天飛行走廊的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，這在國際上是唯一的，水平是領(lǐng)先的。對(duì)于我國高超聲速學(xué)科前沿難題探索和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)具有重大意義。（記者 馬愛平）
