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中國(guó)擁有三大世界級(jí)風(fēng)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

【資料圖】

正解局出品

前段時(shí)間，央視報(bào)道，我國(guó)最新一代超高速風(fēng)洞JF-22歷時(shí)五年研發(fā)，通過驗(yàn)收，即將正式投入運(yùn)營(yíng)使用。

這標(biāo)志著我國(guó)的風(fēng)洞技術(shù)再一次走在了世界前列。

這“吹”出來(lái)的高科技，有多厲害？

風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，簡(jiǎn)稱風(fēng)洞，是一種可以模擬風(fēng)力環(huán)境的管道狀實(shí)驗(yàn)室。

在風(fēng)洞內(nèi)部以人工方式控制風(fēng)速、風(fēng)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(dòng)情況，能起到測(cè)試和優(yōu)化各種設(shè)備和工具在真實(shí)風(fēng)力環(huán)境中表現(xiàn)的作用。

風(fēng)洞原理圖

不同風(fēng)洞采取的產(chǎn)生氣流的方式不同，簡(jiǎn)單的就是裝個(gè)功率高轉(zhuǎn)速快的風(fēng)扇，復(fù)雜的則用到激波管等電子元件。

說(shuō)得簡(jiǎn)單點(diǎn)，就是把待測(cè)物體放進(jìn)風(fēng)洞里，然后使勁地“吹”。

特別是在飛行器的研制中，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是不可缺少的環(huán)節(jié)。

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

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

在樣機(jī)起飛前，通過風(fēng)洞模擬真實(shí)環(huán)境中待測(cè)物體周圍的空氣流動(dòng)情況，危險(xiǎn)性和成本就可控了。

風(fēng)洞還能針對(duì)某一特定環(huán)境進(jìn)行反復(fù)測(cè)試，得出測(cè)試物體的性能表現(xiàn)，改進(jìn)飛行器。

此外，風(fēng)洞測(cè)試中還能只對(duì)飛行器中的某些部件進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試。

沒有風(fēng)洞，這一測(cè)試是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

世界上公認(rèn)的第一個(gè)風(fēng)洞是一個(gè)兩端開口的木箱，由英國(guó)人韋納姆于1869-1871年建成，用于測(cè)量物體與空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力。

雖然簡(jiǎn)陋，卻也開創(chuàng)了風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的先河。

后來(lái)，萊特兄弟為了改進(jìn)自己的飛機(jī)，需要收集風(fēng)阻等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，先后建造了兩個(gè)風(fēng)洞。

這為他們的成功飛行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

萊特兄弟1901年制造的風(fēng)洞

風(fēng)洞的大量出現(xiàn)是在20世紀(jì)中葉，時(shí)至今日，全世界的風(fēng)洞總數(shù)已達(dá)千余座。

可以說(shuō)，沒有風(fēng)洞試驗(yàn)，就沒有飛機(jī)的發(fā)展；沒有風(fēng)洞試驗(yàn)，也沒有空氣動(dòng)力學(xué)的快速發(fā)展，就更談不上制造現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)和高超音速導(dǎo)彈了。

除了在軍事航天領(lǐng)域大展拳腳，風(fēng)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(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室就已經(jīng)投入使用，并以此對(duì)摩托車進(jìn)行高速性能優(yōu)化。

1955年，MotoGuzzi在風(fēng)洞中測(cè)試摩托車性能

MotoGuzzi的V8發(fā)動(dòng)機(jī)摩托也因在賽場(chǎng)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(tái)摩托車之一。

而同樣作為交通工具，一輛汽車從開始設(shè)計(jì)，到制造完成，再到交付給消費(fèi)者，也需要經(jīng)歷無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試。

其中，最燒錢的就是風(fēng)洞測(cè)試。

盡管投入不菲，但車企卻不得不做風(fēng)洞測(cè)試。

因?yàn)楫?dāng)汽車時(shí)速超過80公里時(shí)，70%的油耗都用來(lái)克服風(fēng)阻。

在節(jié)能減排的壓力下，油耗降不下來(lái)，消費(fèi)者絕不會(huì)買單。

正在進(jìn)行風(fēng)洞測(cè)試的賽車模型

像F1賽車這種競(jìng)速類的汽車，更是離不開風(fēng)洞測(cè)試。

由此可見，無(wú)論是軍事還是民用，都離不開風(fēng)洞測(cè)試。

我國(guó)的風(fēng)洞研究雖然起步晚，可步子卻邁得一點(diǎn)也不小。

1958年8月，中國(guó)工程院院士俞鴻儒團(tuán)隊(duì)研發(fā)成功我國(guó)第一代激波管。

這是激波風(fēng)洞的核心部件，讓中國(guó)的風(fēng)洞研究實(shí)現(xiàn)了從0到1的突破。

1969年，俞鴻儒院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自主建成了我國(guó)第一座大型高超聲速風(fēng)洞JF-8激波風(fēng)洞。

俞鴻儒院士

由于當(dāng)時(shí)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，電力極為短缺，風(fēng)洞的研發(fā)難度很大。

正是因?yàn)闂l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(dòng)方式，這也讓我國(guó)的風(fēng)洞走出了和國(guó)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(xiǎn)程度高。

毫不夸張地說(shuō)，JF-8激波風(fēng)洞是被反復(fù)“炸”出來(lái)的。

因?yàn)榧夹g(shù)上的進(jìn)步，這座性能堪比國(guó)際大型激波風(fēng)洞的JF-8，造價(jià)極其低廉，僅花費(fèi)8萬(wàn)元加工費(fèi)。

1998年，我國(guó)建成了國(guó)際上第一座爆轟驅(qū)動(dòng)高焓激波風(fēng)洞JF-10，實(shí)驗(yàn)風(fēng)速7馬赫（1馬赫是指每秒340.3米的音速）。

2007年的中國(guó)力學(xué)大會(huì)上，JF-10被評(píng)為中國(guó)力學(xué)近十年五大進(jìn)展之一。

從此，中國(guó)風(fēng)洞技術(shù)走向世界最前列。

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

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

JF-12風(fēng)洞是當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的風(fēng)洞。

實(shí)驗(yàn)風(fēng)速9馬赫，溫度可達(dá)3000攝氏度左右，明顯優(yōu)于當(dāng)時(shí)國(guó)外同類風(fēng)洞。

此外，JF-12體積更大，能夠荷載的實(shí)驗(yàn)時(shí)間也更長(zhǎng)，能得到更接近現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)。

正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的JF-12風(fēng)洞

正是因?yàn)橛辛薐F-12高超音速風(fēng)洞，我國(guó)才研制出東風(fēng)17、鷹擊21和東風(fēng)27等三款高超音速導(dǎo)彈。

而中國(guó)最新的JF-22風(fēng)洞，可以用恐怖來(lái)形容。

作為可重復(fù)使用的天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)的地面試驗(yàn)平臺(tái)，JF-22超高速風(fēng)洞的洞內(nèi)氣流速度已經(jīng)達(dá)到令人感覺恐怖的30馬赫，是目前世界最快的風(fēng)洞，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰h(yuǎn)超高超武器研發(fā)的需求。

外媒報(bào)道

30馬赫為啥這么恐怖？

因?yàn)閾Q算過來(lái)是每秒10209米的風(fēng)速，要知道17級(jí)臺(tái)風(fēng)中心風(fēng)力也只有每秒60米左右，而這么大的風(fēng)，吹飛建筑物已經(jīng)很輕松了。

因?yàn)槟艽颠@么強(qiáng)的風(fēng)，JF-22就可以揭示由分子解離主導(dǎo)的復(fù)雜介質(zhì)的超高速流動(dòng)規(guī)律，這對(duì)于研究天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)和超高速飛行器來(lái)說(shuō)，是最有力的支撐。

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

現(xiàn)在，中國(guó)已經(jīng)擁有三大世界級(jí)風(fēng)洞群，其中JF系列是世界上最強(qiáng)的高超聲速研究設(shè)施。

JF-22與JF-12的風(fēng)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

中國(guó)的風(fēng)洞技術(shù)，通過自主研發(fā)和不斷創(chuàng)新，不但變革了國(guó)際上主流的機(jī)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(dòng)功率達(dá)到驚人的3000兆瓦，使得中國(guó)的風(fēng)洞技術(shù)跨越西方。

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

近些年，中國(guó)飛機(jī)、導(dǎo)彈、高超音速飛行器能發(fā)展那么快，有一個(gè)重要原因就是得益于中國(guó)風(fēng)洞在全球領(lǐng)先。

反觀美國(guó)，軍方計(jì)劃在2028年前，完成高超音速導(dǎo)彈研制，但進(jìn)展緩慢。

影響美國(guó)研制進(jìn)度的主要障礙，就是國(guó)內(nèi)缺少能夠滿足高超音速武器測(cè)試的風(fēng)洞。

風(fēng)洞雖好，也不是誰(shuí)都能造。

沒有風(fēng)洞技術(shù)，很多高端產(chǎn)業(yè)就搞不上去。

比如說(shuō)，我們的鄰國(guó)日本，就因此造不出大飛機(jī)。

日本政府對(duì)大飛機(jī)的制造，真的是癡心不改數(shù)十年。

在大飛機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈，日本從制造技術(shù)到新材料開發(fā)，都在國(guó)際上都占盡風(fēng)頭。

波音787的供應(yīng)鏈中有35%的份額，是被日本廠家獨(dú)占的。

然而，日本幾乎沒有高水平的風(fēng)洞群。

這造成日本在氣動(dòng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域極為薄弱。

想造出大飛機(jī)來(lái)，自然是不可能的。

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

其實(shí)就是依托于我國(guó)獨(dú)立自主設(shè)計(jì)制造的世界級(jí)風(fēng)洞群。

現(xiàn)在，中國(guó)的風(fēng)洞應(yīng)用早已經(jīng)下沉到了民用市場(chǎng)。

中國(guó)自主品牌的汽車，在外形設(shè)計(jì)上越來(lái)越美觀，性能上越來(lái)越節(jié)能，其實(shí)也離不開汽車風(fēng)洞技術(shù)的強(qiáng)力支持。

其他的高速交通工具，比如高鐵，在設(shè)計(jì)中也都要進(jìn)行風(fēng)洞測(cè)試。

令很多人意想不到的是，風(fēng)洞還能用來(lái)提升運(yùn)動(dòng)員體育競(jìng)技的成績(jī)。

2022北京冬奧會(huì)，中國(guó)代表隊(duì)取得了9金4銀2銅的歷史最佳成績(jī)。

這其中就有風(fēng)洞的功勞。

在冰雪項(xiàng)目的競(jìng)速比賽中，運(yùn)動(dòng)員主要面對(duì)的是空氣阻力，而且速度越快，空氣阻力越大。

北京交通大學(xué)的團(tuán)隊(duì)研發(fā)了我國(guó)第一套冰雪項(xiàng)目風(fēng)洞輔助訓(xùn)練系統(tǒng)。

在備戰(zhàn)階段，教練員便利用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室建立模擬，對(duì)運(yùn)動(dòng)員、裝備和環(huán)境三個(gè)方面進(jìn)行測(cè)試，并結(jié)合氣象數(shù)據(jù)和賽道區(qū)域風(fēng)速風(fēng)向進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，給運(yùn)動(dòng)員們科學(xué)的指導(dǎo)，協(xié)助他們拿出更好的成績(jī)。

冰雪項(xiàng)目風(fēng)洞輔助訓(xùn)練系統(tǒng)

面對(duì)不能移動(dòng)的建筑物，風(fēng)洞也能起到重要作用。

2019年5月，廣東建工集團(tuán)CGB-2風(fēng)洞正式投入使用，這是我國(guó)最大的民用建筑風(fēng)洞，最高風(fēng)速可達(dá)每秒40米，大約相當(dāng)于13級(jí)臺(tái)風(fēng)的中心風(fēng)速。

風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室通過先進(jìn)的壓力、風(fēng)速、加速度、位移等測(cè)試設(shè)備及儀器，可對(duì)各類建筑物、橋梁、工業(yè)建筑、工業(yè)設(shè)備、汽車等進(jìn)行測(cè)試，滿足建筑與建設(shè)領(lǐng)域的風(fēng)荷載、風(fēng)災(zāi)、風(fēng)環(huán)境等多個(gè)項(xiàng)目的測(cè)試。

全國(guó)最大的民用建筑風(fēng)洞正式投入使用

建筑風(fēng)洞幫助建筑師和工程師評(píng)估建筑物的風(fēng)險(xiǎn)和安全性，能在設(shè)計(jì)建筑物時(shí)，提前考慮到各種風(fēng)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(fēng)洞，為建筑安全，為人民安居，又加了一層保險(xiǎn)。

中國(guó)風(fēng)洞技術(shù)領(lǐng)先世界，吹出了高科技的中國(guó)風(fēng)。

讓這風(fēng)，吹得更猛烈些吧！

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