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中國擁有三大世界級風洞群，構(gòu)成了全球唯一覆蓋臨近空間飛行器全部飛行走廊的地面實驗平臺。

【資料圖】

正解局出品

前段時間，央視報道，我國最新一代超高速風洞JF-22歷時五年研發(fā)，通過驗收，即將正式投入運營使用。

這標志著我國的風洞技術(shù)再一次走在了世界前列。

這“吹”出來的高科技，有多厲害？

風洞實驗室，簡稱風洞，是一種可以模擬風力環(huán)境的管道狀實驗室。

在風洞內(nèi)部以人工方式控制風速、風向、溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)，模擬飛行器或?qū)嶓w周圍氣體的流動情況，能起到測試和優(yōu)化各種設(shè)備和工具在真實風力環(huán)境中表現(xiàn)的作用。

風洞原理圖

不同風洞采取的產(chǎn)生氣流的方式不同，簡單的就是裝個功率高轉(zhuǎn)速快的風扇，復雜的則用到激波管等電子元件。

說得簡單點，就是把待測物體放進風洞里，然后使勁地“吹”。

特別是在飛行器的研制中，風洞實驗是不可缺少的環(huán)節(jié)。

一架飛行器在理論設(shè)計中即使再完美，在實際飛行時都極有可能是不完美的。

如果讓樣機直接飛上天，就等于在拿樣機和試飛員的生命賭博，危險性很大，成本也很高。

在樣機起飛前，通過風洞模擬真實環(huán)境中待測物體周圍的空氣流動情況，危險性和成本就可控了。

風洞還能針對某一特定環(huán)境進行反復測試，得出測試物體的性能表現(xiàn)，改進飛行器。

此外，風洞測試中還能只對飛行器中的某些部件進行單獨測試。

沒有風洞，這一測試是無法實現(xiàn)的。

世界上公認的第一個風洞是一個兩端開口的木箱，由英國人韋納姆于1869-1871年建成，用于測量物體與空氣相對運動時受到的阻力。

雖然簡陋，卻也開創(chuàng)了風洞實驗的先河。

后來，萊特兄弟為了改進自己的飛機，需要收集風阻等實驗數(shù)據(jù)，先后建造了兩個風洞。

這為他們的成功飛行打下堅實基礎(chǔ)。

萊特兄弟1901年制造的風洞

風洞的大量出現(xiàn)是在20世紀中葉，時至今日，全世界的風洞總數(shù)已達千余座。

可以說，沒有風洞試驗，就沒有飛機的發(fā)展；沒有風洞試驗，也沒有空氣動力學的快速發(fā)展，就更談不上制造現(xiàn)代戰(zhàn)斗機和高超音速導彈了。

除了在軍事航天領(lǐng)域大展拳腳，風洞在民用領(lǐng)域也不可或缺。

早在1954年，意大利摩托車品牌MotoGuzzi的風洞實驗室就已經(jīng)投入使用，并以此對摩托車進行高速性能優(yōu)化。

1955年，MotoGuzzi在風洞中測試摩托車性能

MotoGuzzi的V8發(fā)動機摩托也因在賽場上跑出了280km/h的極速，被Discovery探索頻道列為世界上最偉大的十臺摩托車之一。

而同樣作為交通工具，一輛汽車從開始設(shè)計，到制造完成，再到交付給消費者，也需要經(jīng)歷無數(shù)次的實驗和測試。

其中，最燒錢的就是風洞測試。

盡管投入不菲，但車企卻不得不做風洞測試。

因為當汽車時速超過80公里時，70%的油耗都用來克服風阻。

在節(jié)能減排的壓力下，油耗降不下來，消費者絕不會買單。

正在進行風洞測試的賽車模型

像F1賽車這種競速類的汽車，更是離不開風洞測試。

由此可見，無論是軍事還是民用，都離不開風洞測試。

我國的風洞研究雖然起步晚，可步子卻邁得一點也不小。

1958年8月，中國工程院院士俞鴻儒團隊研發(fā)成功我國第一代激波管。

這是激波風洞的核心部件，讓中國的風洞研究實現(xiàn)了從0到1的突破。

1969年，俞鴻儒院士帶領(lǐng)團隊自主建成了我國第一座大型高超聲速風洞JF-8激波風洞。

俞鴻儒院士

由于當時我國的經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱，電力極為短缺，風洞的研發(fā)難度很大。

正是因為條件所限，才讓俞鴻儒院士創(chuàng)造性地選擇了成本更低的氫氧燃燒驅(qū)動方式，這也讓我國的風洞走出了和國外不同的發(fā)展路線。

雖然省錢，但俞鴻儒院士的方式極易產(chǎn)生爆炸，危險程度高。

毫不夸張地說，JF-8激波風洞是被反復“炸”出來的。

因為技術(shù)上的進步，這座性能堪比國際大型激波風洞的JF-8，造價極其低廉，僅花費8萬元加工費。

1998年，我國建成了國際上第一座爆轟驅(qū)動高焓激波風洞JF-10，實驗風速7馬赫（1馬赫是指每秒340.3米的音速）。

2007年的中國力學大會上，JF-10被評為中國力學近十年五大進展之一。

從此，中國風洞技術(shù)走向世界最前列。

2012年，我國建成了世界上首座復現(xiàn)高超聲速飛行條件的超大型激波風洞JF-12。

這標志著我國在該領(lǐng)域已經(jīng)將美國、俄羅斯等國拋在身后。

JF-12風洞是當時世界上最先進的風洞。

實驗風速9馬赫，溫度可達3000攝氏度左右，明顯優(yōu)于當時國外同類風洞。

此外，JF-12體積更大，能夠荷載的實驗時間也更長，能得到更接近現(xiàn)實的數(shù)據(jù)。

正在進行實驗的JF-12風洞

正是因為有了JF-12高超音速風洞，我國才研制出東風17、鷹擊21和東風27等三款高超音速導彈。

而中國最新的JF-22風洞，可以用恐怖來形容。

作為可重復使用的天地往返運輸系統(tǒng)的地面試驗平臺，JF-22超高速風洞的洞內(nèi)氣流速度已經(jīng)達到令人感覺恐怖的30馬赫，是目前世界最快的風洞，實驗能力遠超高超武器研發(fā)的需求。

外媒報道

30馬赫為啥這么恐怖？

因為換算過來是每秒10209米的風速，要知道17級臺風中心風力也只有每秒60米左右，而這么大的風，吹飛建筑物已經(jīng)很輕松了。

因為能吹這么強的風，JF-22就可以揭示由分子解離主導的復雜介質(zhì)的超高速流動規(guī)律，這對于研究天地往返運輸系統(tǒng)和超高速飛行器來說，是最有力的支撐。

與之相比，國際上同類型的是美國LENS風洞和德國HEG風洞。前者的最高只能模擬15馬赫的啟動環(huán)境，而后者才只摸到了10馬赫的門檻。

現(xiàn)在，中國已經(jīng)擁有三大世界級風洞群，其中JF系列是世界上最強的高超聲速研究設(shè)施。

JF-22與JF-12的風速組合，構(gòu)成了全球唯一覆蓋臨近空間飛行器全部飛行走廊的地面實驗平臺。

中國的風洞技術(shù)，通過自主研發(fā)和不斷創(chuàng)新，不但變革了國際上主流的機械壓縮模式，采用反向爆轟技術(shù)產(chǎn)生超高速氣流，更是將有效驅(qū)動功率達到驚人的3000兆瓦，使得中國的風洞技術(shù)跨越西方。

到現(xiàn)在二十多年，這波硬實力“吹”出來的高科技，為中國空天事業(yè)的未來留下來更大的想象空間。

近些年，中國飛機、導彈、高超音速飛行器能發(fā)展那么快，有一個重要原因就是得益于中國風洞在全球領(lǐng)先。

反觀美國，軍方計劃在2028年前，完成高超音速導彈研制，但進展緩慢。

影響美國研制進度的主要障礙，就是國內(nèi)缺少能夠滿足高超音速武器測試的風洞。

風洞雖好，也不是誰都能造。

沒有風洞技術(shù)，很多高端產(chǎn)業(yè)就搞不上去。

比如說，我們的鄰國日本，就因此造不出大飛機。

日本政府對大飛機的制造，真的是癡心不改數(shù)十年。

在大飛機產(chǎn)業(yè)鏈，日本從制造技術(shù)到新材料開發(fā)，都在國際上都占盡風頭。

波音787的供應鏈中有35%的份額，是被日本廠家獨占的。

然而，日本幾乎沒有高水平的風洞群。

這造成日本在氣動設(shè)計領(lǐng)域極為薄弱。

想造出大飛機來，自然是不可能的。

相比于日本，我國的國產(chǎn)大型客機C919能順利完成商業(yè)首航。

其實就是依托于我國獨立自主設(shè)計制造的世界級風洞群。

現(xiàn)在，中國的風洞應用早已經(jīng)下沉到了民用市場。

中國自主品牌的汽車，在外形設(shè)計上越來越美觀，性能上越來越節(jié)能，其實也離不開汽車風洞技術(shù)的強力支持。

其他的高速交通工具，比如高鐵，在設(shè)計中也都要進行風洞測試。

令很多人意想不到的是，風洞還能用來提升運動員體育競技的成績。

2022北京冬奧會，中國代表隊取得了9金4銀2銅的歷史最佳成績。

這其中就有風洞的功勞。

在冰雪項目的競速比賽中，運動員主要面對的是空氣阻力，而且速度越快，空氣阻力越大。

北京交通大學的團隊研發(fā)了我國第一套冰雪項目風洞輔助訓練系統(tǒng)。

在備戰(zhàn)階段，教練員便利用風洞實驗室建立模擬，對運動員、裝備和環(huán)境三個方面進行測試，并結(jié)合氣象數(shù)據(jù)和賽道區(qū)域風速風向進行數(shù)據(jù)采集，給運動員們科學的指導，協(xié)助他們拿出更好的成績。

冰雪項目風洞輔助訓練系統(tǒng)

面對不能移動的建筑物，風洞也能起到重要作用。

2019年5月，廣東建工集團CGB-2風洞正式投入使用，這是我國最大的民用建筑風洞，最高風速可達每秒40米，大約相當于13級臺風的中心風速。

風洞實驗室通過先進的壓力、風速、加速度、位移等測試設(shè)備及儀器，可對各類建筑物、橋梁、工業(yè)建筑、工業(yè)設(shè)備、汽車等進行測試，滿足建筑與建設(shè)領(lǐng)域的風荷載、風災、風環(huán)境等多個項目的測試。

全國最大的民用建筑風洞正式投入使用

建筑風洞幫助建筑師和工程師評估建筑物的風險和安全性，能在設(shè)計建筑物時，提前考慮到各種風害因素，調(diào)整建筑物的高度、形狀、材料等，提高穩(wěn)定性和安全性。

風洞，為建筑安全，為人民安居，又加了一層保險。

中國風洞技術(shù)領(lǐng)先世界，吹出了高科技的中國風。

讓這風，吹得更猛烈些吧！

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