7月15日，央視播發(fā)視頻披露“國(guó)之重器——JF-22超高速風(fēng)洞通過(guò)驗(yàn)收”。

針對(duì)目前這款“世界上最為先進(jìn)”的超高速風(fēng)洞，央視此次的解讀內(nèi)容看點(diǎn)頗多。

30倍聲速

何為風(fēng)洞，又緣何意義重大？

各類飛行器在研發(fā)過(guò)程中，需要進(jìn)行大量模擬飛行實(shí)驗(yàn)，風(fēng)洞應(yīng)運(yùn)而生。利用風(fēng)洞產(chǎn)生的高速氣流，可以模擬飛行器的飛行環(huán)境，這樣可以在先期研究飛行器在高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力情況，避免反復(fù)進(jìn)行工程試驗(yàn)，省時(shí)省力?！俺Ｓ腥诉@樣比喻，先進(jìn)的飛機(jī)等飛行器都是在先進(jìn)的風(fēng)洞里‘吹’出來(lái)的。”

央視披露，JF-22超高速風(fēng)洞可以復(fù)現(xiàn)相當(dāng)于約30倍聲速的飛行條件。風(fēng)洞吹出來(lái)的流場(chǎng)大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，比同類風(fēng)洞先進(jìn)水平要有成倍地提高，實(shí)驗(yàn)的精度也更高。

普通的飛行器和普通的風(fēng)洞并不鮮見(jiàn)，其技術(shù)也相對(duì)比較成熟。但新一代的高速飛行器速度上升至數(shù)倍、數(shù)十倍聲速，其具備的空氣力學(xué)特性發(fā)生很大改變，是此前技術(shù)探索未曾觸及的前沿領(lǐng)域。也正因此，超高速風(fēng)洞的研發(fā)成功，給我國(guó)在這一前沿領(lǐng)域的技術(shù)探索、驗(yàn)證提供了平臺(tái)和可能。

天地往返飛行

據(jù)央視介紹，JF-22超高速風(fēng)洞的研發(fā)目標(biāo)是針對(duì)天地往返飛行技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)家重大需求和高溫氣體動(dòng)力學(xué)學(xué)科的前沿探索，解決超高速飛行技術(shù)的試驗(yàn)研究問(wèn)題。

此外，科研團(tuán)隊(duì)還將利用這一激波風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，展開(kāi)滑翔式飛行器、天地往返飛行器、多級(jí)入軌飛行器等研究，支撐和服務(wù)國(guó)家高超聲速科技領(lǐng)域重大需求和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

央視還披露，中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所有關(guān)團(tuán)隊(duì)最近正利用該風(fēng)洞研究?jī)杉?jí)或者多級(jí)入軌的飛行器，“我們正在準(zhǔn)備這樣一個(gè)相應(yīng)的分離方案的實(shí)驗(yàn)，主要就是來(lái)探索下面級(jí)跟上面級(jí)產(chǎn)生一個(gè)分離的過(guò)程。”

天地往返飛行的意思就是從地面至太空的往返飛行。以空天飛機(jī)來(lái)舉例，其可以利用載具從地面起飛，高空中再以接力推進(jìn)方式進(jìn)入太空預(yù)定軌道。載具和空天飛機(jī)完成任務(wù)后，還能降落回收。

這個(gè)過(guò)程中的技術(shù)難點(diǎn)很多，例如載具和空天飛機(jī)在超高速時(shí)的分離，接力推進(jìn)時(shí)的動(dòng)力銜接、受力情況等等。研究清楚這個(gè)過(guò)程，超高速風(fēng)洞是必不可少的試驗(yàn)環(huán)境?！疤斓赝碉w行不但給航空航天提供了更多的應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)可以大幅降低發(fā)射的成本?！?/p>

爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)

央視提到，利用超高速風(fēng)洞，中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所有關(guān)團(tuán)隊(duì)提出一種新型發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)。這種被叫做駐定斜爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)在了央視畫面中。

據(jù)介紹，新型發(fā)動(dòng)機(jī)比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率要高50%?！斑@樣一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)做完后，對(duì)我國(guó)下一步航空航天技術(shù)發(fā)展是一個(gè)非常大的推動(dòng)?！毕嚓P(guān)研究人員表示。

傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理是依靠氧化劑、燃燒劑在燃燒室燃燒產(chǎn)生推力，而爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)是讓不同燃料混合產(chǎn)生爆炸來(lái)作為推力?！斑@樣的推進(jìn)技術(shù)成熟后，將極大拓展超高速飛行器的種類和用途，助力我國(guó)航空航天技術(shù)的變革?！?/p>

覆蓋全部“飛行走廊”

央視總結(jié)稱，此次完成驗(yàn)收、正式運(yùn)行的JF-22超高速風(fēng)洞是目前國(guó)際上最先進(jìn)的超高速風(fēng)洞。

JF-12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞和JF-22超高速風(fēng)洞可分別實(shí)現(xiàn)每秒1.5-3km和每秒3-10km的實(shí)驗(yàn)條件，兩者共同構(gòu)成覆蓋馬赫數(shù)5-25、飛行高度25-90km的氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使我國(guó)成為高超聲速領(lǐng)域唯一具備覆蓋全部“飛行走廊”實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ膰?guó)家。

所謂“飛行走廊”是指飛行器進(jìn)入高超聲速領(lǐng)域后，有可能會(huì)進(jìn)入的不同速度、高度、溫度、壓力的飛行環(huán)境。依靠JF-12、JF-22風(fēng)洞，我國(guó)具備了“不斷檔”式模擬高超聲速飛行環(huán)境的試驗(yàn)條件，這給我國(guó)研發(fā)不同種類、用途的高超聲速飛行器提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

將JF-22稱為“國(guó)之重器”，是因?yàn)樗坏珜?duì)提升我國(guó)航空航天技術(shù)大有助力，同時(shí)也可以應(yīng)用在國(guó)防安全領(lǐng)域。

另辟蹊徑

上世紀(jì)五六十年代，在錢學(xué)森、郭永懷的戰(zhàn)略部署下，中科院力學(xué)所組建起我國(guó)首個(gè)高超聲速激波風(fēng)洞科研攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)放棄當(dāng)時(shí)國(guó)際通行技術(shù)，通過(guò)幾十年的技術(shù)攻關(guān)，另辟蹊徑實(shí)現(xiàn)爆轟驅(qū)動(dòng)理論創(chuàng)新。

1946年，還在美國(guó)留學(xué)的科學(xué)大牛錢學(xué)森先生就率先提出“hypersonic”的概念，中文翻譯為“高超聲速”。這個(gè)詞被用來(lái)描述氣體運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于環(huán)境聲速的流動(dòng)狀態(tài)，現(xiàn)在國(guó)際上一般將“超過(guò)5倍音速的極高速度”定義為高超音速。上世紀(jì)50年代，我國(guó)著名力學(xué)家、應(yīng)用數(shù)學(xué)家、空氣動(dòng)力學(xué)家，中國(guó)科學(xué)院學(xué)部委員郭永懷院士提出要發(fā)展高超音速武器，要大力要建設(shè)風(fēng)洞。

1965年，在郭永懷院士的領(lǐng)導(dǎo)下，我國(guó)在四川組建了高速空氣動(dòng)力研究機(jī)構(gòu)；1968年，郭永懷院士在此基礎(chǔ)上又領(lǐng)導(dǎo)組建了中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心，比歐美更早規(guī)模性建設(shè)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，為后來(lái)我國(guó)航空航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展奠定了十分雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)。1968年12月5日，郭永懷院士因飛機(jī)失事壯烈殉職。如果他沒(méi)有殉職，也許現(xiàn)在我國(guó)在高超音速領(lǐng)域的成就可能還要更加輝煌。

雖然他殉職了，但他的學(xué)生俞鴻儒院士卻前仆后繼，繼續(xù)推動(dòng)我國(guó)風(fēng)洞事業(yè)的發(fā)展，獨(dú)創(chuàng)了爆轟驅(qū)動(dòng)超高速風(fēng)洞的理論與方法，為后來(lái)的JF12、JF22風(fēng)洞的誕生奠定了理論基礎(chǔ)。

2012年，俞鴻儒院士的學(xué)生姜宗林帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在該理論基礎(chǔ)上，成功研制出JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞。如今姜宗林院士又帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研制出更加厲害的JF22超高速風(fēng)洞。

依托高超音速領(lǐng)域的技術(shù)積累，姜宗林院士還帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在世界上率先研制出“站立式斜爆轟沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)”，在高超聲速風(fēng)洞試驗(yàn)中，其速度高達(dá)16馬赫！不出意外的話，今后我國(guó)還將依托領(lǐng)先的超級(jí)風(fēng)洞技術(shù)，率先研制出空天飛機(jī)。

2012年，JF-12風(fēng)洞研制成功。如今，JF-22風(fēng)洞通過(guò)驗(yàn)收并開(kāi)始運(yùn)行。

領(lǐng)先美國(guó)

長(zhǎng)期以來(lái)，美國(guó)國(guó)家安全局就通過(guò)入侵我國(guó)西北工業(yè)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)的方式竊取我國(guó)機(jī)密，而這所高效恰恰是我國(guó)高超音速領(lǐng)域的頂尖高校，顯然它企圖盜取我國(guó)在高超聲速領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù)。

我國(guó)在高超音速領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力已經(jīng)超過(guò)美國(guó)！近年來(lái)，我國(guó)各地經(jīng)常能看到各種不明高超聲速飛行器的飛行軌跡，時(shí)不時(shí)還有相關(guān)高超聲速飛行器測(cè)試的新聞被官方媒體曝光。例如東風(fēng)17高超聲速導(dǎo)彈、可重復(fù)使用亞軌道運(yùn)載器、“騰云”空天飛機(jī)等。

沒(méi)有金剛鉆，不攬瓷器活。我國(guó)在高超聲速領(lǐng)域之所以能夠趕超美國(guó)，是因?yàn)槲覈?guó)的風(fēng)洞技術(shù)遙遙領(lǐng)先美國(guó)！

香港《南華早報(bào)》曾發(fā)文稱，近年來(lái)中國(guó)已部署了多款高超聲速武器，“中國(guó)1年試飛的高超音速飛行器次數(shù)，相當(dāng)于美國(guó)10年的總和。而且中國(guó)高超音速試飛成功率出奇的高，從未傳出墜毀的消息”。報(bào)道稱，中方研究人員還設(shè)計(jì)“世界上其他任何地方都不曾見(jiàn)過(guò)的高超音速發(fā)動(dòng)機(jī)”，而中國(guó)在高超音速領(lǐng)域研發(fā)上的成功，很大部分就要?dú)w功于在風(fēng)洞內(nèi)運(yùn)用的獨(dú)特技術(shù)。

我國(guó)專家公開(kāi)表示，我國(guó)的超級(jí)風(fēng)洞技術(shù)領(lǐng)先世界20～30年！

JF-22超高速風(fēng)洞可以復(fù)現(xiàn)40到100公里高空、時(shí)速最高達(dá)10公里/秒、相當(dāng)于約30倍聲速的飛行條件，實(shí)驗(yàn)時(shí)間達(dá)到100ms～130ms，比國(guó)外同類最先進(jìn)風(fēng)洞測(cè)試時(shí)間提升了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

JF-22超高速風(fēng)洞的試驗(yàn)?zāi)芰Ρ菾F-12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞的驅(qū)動(dòng)能力提高10倍，采用了“因技術(shù)難度太大”，早已被國(guó)際同行放棄的“正向爆轟”技術(shù)，驅(qū)動(dòng)功率相比JF22風(fēng)洞暴漲4倍，達(dá)到驚人的15000兆瓦，功率直逼三峽大壩裝機(jī)總功率（22000兆瓦）。JF-22超高速風(fēng)洞于2018年正式立項(xiàng)研發(fā)。

2021年1月4日，中科院力學(xué)研究所在其網(wǎng)站上公布了“JF-22超高速風(fēng)洞項(xiàng)目通過(guò)國(guó)家基金委中期檢查”的重磅消息。

美國(guó)的風(fēng)洞技術(shù)確實(shí)一度領(lǐng)先全世界，1994年美國(guó)為NASA（美國(guó)航天局）建成的HYPULSE風(fēng)洞，測(cè)試速度就達(dá)到5—25馬赫，最高據(jù)稱可達(dá)30馬赫。此外，美國(guó)還有“國(guó)家高能激波風(fēng)洞”（LENS），速度也可達(dá)7—22馬赫。不過(guò)，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(wú)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。

近年來(lái)，美國(guó)高超音速飛行器屢試屢敗，根本原因之一就是美國(guó)的風(fēng)洞技術(shù)無(wú)法滿足試驗(yàn)要求。

當(dāng)飛行器達(dá)到超高速狀態(tài)時(shí)，迎面而來(lái)的超高速氣流特性已經(jīng)和普通氣流大不一樣了。當(dāng)飛行器以這種超高速飛行時(shí)，表面的溫度可能高達(dá)1萬(wàn)攝氏度。隨著飛行器速度提高，溫度會(huì)在短時(shí)間內(nèi)迅速提升。當(dāng)溫度達(dá)到2000攝氏度以后，氧分子就會(huì)變成氧原子甚至變成離子，氮分子會(huì)變成氮原子，出現(xiàn)一些很復(fù)雜的情況。這種空氣不再是我們吸入的空氣，飛行器在其中就像是在泥潭中游泳。

這種超級(jí)復(fù)雜的氣動(dòng)情況根本無(wú)法用超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬，只能用超級(jí)風(fēng)洞模擬。由此可見(jiàn)，我國(guó)在高超音速領(lǐng)域之所以突飛猛進(jìn)，反超美國(guó)，根本原因還是因?yàn)槲覈?guó)的超級(jí)風(fēng)洞技術(shù)太厲害！