中国独创风洞技术领先美俄20年成国家核心机密技术对外封锁

  风洞即风洞实验室，是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。神舟飞船、导弹、飞行棋、战斗机等国防武器的研制不能离开风洞。地面风洞实验技术代表着航空航天领域战略发展实力,一代风洞技术决定一代飞行器的研发水平。

  20 世纪30～80年代，迎来了风洞建设的高峰期，低速、跨声速、超声速、高超声速各类型风洞得到加快速度进行发展。据不完全统计，目前世界各国建成的生产型风洞大约有300余座。

  20 世纪90 年代以来， 随着经济全球化发展，面对激烈的风洞试验市场之间的竞争和未来高性能飞行器研制的挑战，发达国家开始规划研究21世纪航空航天业对风洞试验设备的需求，风洞建设和运营呈现出新的发展的新趋势，尤其是对高超声速风洞的建设，更是成为众多国家的重点目标。

  高超声速研究和试验经过７０多年的发展，今已研制出可进行战略打击、导弹防御和外太空探测的各类高超音速武器系统和飞行器，高超音速武器最重要的包含高超音速制导炮弹、侦察机、巡航导弹、钻地弹、轰炸机等。它们突出的强机动、强突防、远程精确打击能力，可利用其优异的飞行性能与装载能力发展成为通用投送平台，并携带各类有效载荷，有效执行各种任务。高超音速武器被军事专家称为继螺旋桨、喷气推进器之后航空史上的第三次革命性成果，被称为在未来战场上具有决定性作用的武器之一。

  典型的高超声速包线速度范围起始于马赫数 Ｍａ＝５，一直到 Ｍａ＝ １０。而 Ｍａ＝１０ 以后开始步入超高速区域轨道，该区域一直延伸到 Ｍａ＝２０ 以上。更重要的是，恰恰在这样的领域，某些物理现象逐渐变得越来越重要。

  像高超音速飞行器，其飞行马赫数很高，在飞行器的头部将形成强烈的弓形激波，诱导出很大的激波阻力。高马赫数的飞行条件还将造成发动机进气道的高焙值状态和飞行器头部强烈的热传导效应。另外，飞行器周围的空气将被飞行器前的弓形激波加热到很高的温度，因此导致空气分子的振动激发，离解，化合甚至电离，使得空气变成反应介质。这些物理化学现象，将对飞行器气动力、气动热以 及飞行器周围绕流的辐射特性产生重大影响，使得由超声速理论预测的高超声速流动带有较大的偏差， 是所谓的“真实气体效应”。为了更真实地模拟这一些状况，这也对风洞提出了更高的要求。

  高超声速风洞实验模拟存在四个难点：（1）不能用替代实验气体模拟化学反应机制；（2）为确保反应过程的正常触发，必须模拟气流温度以确保化学反应进程的复现；（3）由于热化学反应的不可缩尺性，必须产生足够大的试验流场、采用足够大的模型，解决非平衡流动模拟问题；（4）需要适当长的实验时间，以确保流场稳定，从而完成超声速燃烧和飞行器气动力的实验研究。如何同时满足上述四个需求一直是世界难题。

  俞鸿儒院士团队从上述四大需求出发，分析了国际主流高焓激波风洞技术的局限性，独创了爆轰驱动高燃激波风洞技术，建立了系统的爆轰驱动高超声速风洞理论，并进一步提出了激波反射型正向爆轰驱动方法。借助爆轰波反射产生的上行激波，实现了爆轰波形的剪裁和重构，解决了稀疏波导致入射激波严重衰减的学科难题，驱动能力比反向爆轰驱动模式提高了5倍。

  目前全世界激波管强驱动方式共有三种：重活塞驱动、加热轻气体驱动以及俞鸿儒的爆轰驱动。

  根据俞鸿儒建立的爆轰驱动高超声速风洞理论，由此打造了JF12高超声速复现风洞。JF12高超声速复现风洞有近300米长，是世界上最大的激波风洞，被国际同行称为“超级巨龙”（Hyper-Dragon），是国际首座可复现高超声速飞行条件的超大型高超声速风洞。它可被誉为地面气动试验和气体动力学研究领域科研人员心中的珠穆朗玛峰。

  JF12高超声速复现风洞可复现25—40公里高空、5到9倍声速的高超声速飞行条件，JF12复现风洞有效实验时间达到130ms，是美国的4倍。复现风洞理论和技术解决了困扰高超声速地面试验六十年的世界难题，实现了风洞试验状态从流动“模拟”到“复现”的跨越，JF12激波风洞的诞生也让高超音速武器的研制成为了可能。全球首款列装的高超音速武器DF12能够诞生，离不开它的功劳。JF12高超声速复现风洞甚至还荣获2016年度美国航空航天学会地面试验奖(AIAA Ground testing Award for 2016),成为该奖项设立四十多年来首位获奖的亚洲学者。

  而在此基础上，根据中国科学院力学研究所的消息，中国还研发了JF-22激波风洞的装置，将为我国在风洞领域领先世界打下基础，堪称新一代的“大国重器”。

  根据介绍，在JF-22激波风洞的模拟中，飞行器可以在30马赫的速度下进行高度在4-8万米高空飞行测试，JF-22风洞需要用15000兆瓦功率来驱动，也就是说在JF-22开机的一瞬间，总功率是可以与三峡大坝相比的。按照研究所副研究员韩桂来的说法，JF-22风洞的诞生，标志着中国在风洞技术上领先美国等西方国家20-30年。

  另外，央视曾经报道过，很多款新型高超音速飞行器模型都在JF12风洞“吹过风”，我们大家可以想象一下里面会有什么武器。可以说高超声速风洞的诞生，是美国的噩梦。

  中国之所以可以在风洞技术上领先世界，离不开一代代人的努力，钱学森首次使用“hypersonic(高超声速)这个概念来描述气体运动速度远大于环境声速的流动状态，而郭永怀早在50年代就提出来了要发展高超音速武器，领先美国十几年，后来，郭永怀提出中国要大力要建设风洞，我国于1965年在四川组建了高速空气动力研究机构，1968年，郭永怀在此基础上又领导组建了中国空气动力研究与发展中心，也是比欧美更早规模性建设风洞实验室。

  后来，郭永怀不幸牺牲，俞鸿儒继承老师遗志，独创了爆轰驱动超高速风洞的理论与方法，俞鸿儒的学生姜宗林等人又在此基础上建立了JF12风洞，可以说正是一代代人前赴后继，中国才能不断发展。

  目前，中国的风洞技术已列入了《中国禁止出口技术目录》，风洞技术作为中国核心技术，对外封锁，严禁欧美获得。返回搜狐，查看更加多