【簡介：】航天局的專家告訴我：中國35倍音速風(fēng)洞，風(fēng)速近12公里/秒，風(fēng)力能將34噸重的洲際導(dǎo)彈吹下來，14分鐘就能抵達(dá)美國西海岸。論風(fēng)洞技術(shù)，老美差的不是一星半點。
35倍音速是什么概念，風(fēng)速
航天局的專家告訴我：中國35倍音速風(fēng)洞，風(fēng)速近12公里/秒，風(fēng)力能將34噸重的洲際導(dǎo)彈吹下來，14分鐘就能抵達(dá)美國西海岸。論風(fēng)洞技術(shù)，老美差的不是一星半點。
35倍音速是什么概念，風(fēng)速接近12公里/秒，14分鐘的時間就可以抵達(dá)美國，也就上個廁所的工夫。現(xiàn)實生活中，會按等級來區(qū)分風(fēng)力大小，10級大風(fēng)的風(fēng)速只有24~28米/秒，與35倍音速的風(fēng)洞不在一個級別。
風(fēng)洞是個啥？是如何工作的風(fēng)洞這個詞，不能單從字面上來理解，屬于航天高科技的東西，有點高大上的感覺，先進(jìn)的35倍超音速風(fēng)洞，目前沒有幾個國家能造出來，就連強(qiáng)大的老美，在這方面還是差點意思。
從外形結(jié)構(gòu)來看，風(fēng)洞就是一個實驗室，根據(jù)建造的規(guī)模，面積大小也不同，外面是金屬材質(zhì)，有出口和入口，各個位置裝有控制器和閥門，用來模擬飛行器運行。
也有閉式結(jié)構(gòu)的環(huán)形風(fēng)洞，屬于小型風(fēng)洞，類似管道的形狀，常常用于企業(yè)動力實驗的設(shè)備，造價成本也沒那么高。
世界上的第一個風(fēng)洞，由英國人韋納姆建造，那個時候科技并不發(fā)達(dá)，用的材料是木頭，截面46公分，總長度只有3.05米，測量數(shù)據(jù)全部由人工完成。
如今，風(fēng)洞也越來越龐大，面積達(dá)到了800平方米以上，足以容納一架大型飛機(jī)，里面的機(jī)器設(shè)備可以控制氣流，監(jiān)測周圍的氣體流動情況，得出相關(guān)的實驗數(shù)據(jù)，用來研究各種新型飛機(jī)，適用于航天、軍事等領(lǐng)域。
中國的35倍音速風(fēng)洞，啟動以后風(fēng)速可以達(dá)到12公里/秒，毫不夸張地說，產(chǎn)生的風(fēng)力，能將34噸重的洲際導(dǎo)彈吹下來。
有的人就要問，35倍音速風(fēng)洞這么厲害，把它放在戰(zhàn)場上，是不是可以取代衛(wèi)星攔截系統(tǒng)，直接把導(dǎo)彈給吹下來，這個想法很大膽，但風(fēng)洞還干不了這個事。
需要提醒大家，前面只是說35倍音速風(fēng)洞產(chǎn)生的風(fēng)力能將導(dǎo)彈吹下來，這個風(fēng)力只是在內(nèi)部才會產(chǎn)生，更何況有的導(dǎo)彈發(fā)射以后會隱身，大部分時間都在大氣層以外飛行，就連衛(wèi)星和雷達(dá)攔截的幾率也不高，用風(fēng)洞對著導(dǎo)彈吹不太現(xiàn)實。
實際上風(fēng)洞就是檢測飛行器的場所，里面的空間足夠大，安裝各種設(shè)備和控制器，大大小小的飛機(jī)模型可以開進(jìn)去。
風(fēng)洞內(nèi)的發(fā)生器產(chǎn)生強(qiáng)大的氣流，經(jīng)過特殊管道，增強(qiáng)以后的氣流可以形成風(fēng)，吹到模型的表面，形成不同的大氣噪聲環(huán)境，飛機(jī)模型就會產(chǎn)生變化，感應(yīng)器接收到這些數(shù)據(jù)，傳輸?shù)娇刂浦行?，就可以計算出?qiáng)大氣流對模型的影響，后續(xù)在制造飛行器時，就可以適當(dāng)改進(jìn)參數(shù)，增加穩(wěn)定性和安全性。
風(fēng)洞產(chǎn)生強(qiáng)大的氣流，受到場地和模型的影響，得出的數(shù)據(jù)也存在差異，對于一般的飛行器，普通風(fēng)洞就可以達(dá)到測試要求，完全沒有必要上超高音速風(fēng)洞。
這類普通風(fēng)洞，對空間要求沒有那么高，配備主要的大功率風(fēng)扇和噴流管就可以，大多數(shù)國家的技術(shù)水平都能達(dá)到。
我國建造風(fēng)洞的發(fā)展歷程1963年，我國就建造出了第一個風(fēng)洞，那個時候的條件有多難，大家應(yīng)該都知道，雖然起步晚了，但步子邁得并不小。
到了1968年，以錢學(xué)森、郭永懷等科學(xué)家提議，必須加快國內(nèi)的空氣動力研究，并在四川建了一座實驗基地，那時的規(guī)模，在亞洲范圍內(nèi)是最大的風(fēng)洞基地。
當(dāng)時建造出來的一個風(fēng)洞，總長度不足3米，麻雀雖小，但五臟俱全，具備了低速、高速、超高速的動力，可以對飛行器進(jìn)行風(fēng)力、噪聲、結(jié)冰等實驗。
像大家熟知的殲-10“梟龍”戰(zhàn)機(jī)、和諧號高速列車、神舟系列飛船、杭州灣跨海大橋等這些重大項目，都在這個風(fēng)洞基地測試過。
2010年5月，風(fēng)洞實驗基地經(jīng)過多次升級，啟動新的科研建設(shè)，大型飛機(jī)模型在這里展開實驗，相關(guān)的數(shù)據(jù)高達(dá)上百萬種，都全部進(jìn)入數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分類，大型客機(jī)C919研發(fā)試驗，大多是在這個風(fēng)洞完成。
2017年，最大的風(fēng)洞JF-12在北京誕生，風(fēng)速為10馬赫，相當(dāng)于10倍音速，從北京飛到紐約只需要2小時，保持強(qiáng)勁穩(wěn)定的動力，就像在龍卷風(fēng)中要點燃一根火柴，需要足夠的風(fēng)力，又要讓火柴燃燒。
從2018年開始，我國啟動35倍速的新型風(fēng)洞，動力和精度方面得到很大的提升，風(fēng)速成倍增長，飛行器只需14分鐘就可以抵達(dá)美國西海岸，技術(shù)水平超過NASA的超音速LENS-X風(fēng)洞。
最具代表性的FL-62風(fēng)洞，由8萬千瓦的電機(jī)提供動力，重量達(dá)到6620噸，內(nèi)部的容積有17000立方米，可以產(chǎn)生連續(xù)的跨式風(fēng)力，對于第六代隱形戰(zhàn)機(jī)的研發(fā)起到了很大作用。
35倍音速風(fēng)洞與低速風(fēng)洞的區(qū)別1、低速風(fēng)洞產(chǎn)生的風(fēng)力基本靠吹
普通的低速風(fēng)洞在學(xué)校和企業(yè)都能看到，風(fēng)速一般在1.2倍音速以下，里面的構(gòu)造比較簡單，用一臺功率大點的電風(fēng)扇，產(chǎn)生的風(fēng)力，通過Laval噴管將亞音速氣流轉(zhuǎn)換成超音速氣流，基本就可以超過音速的標(biāo)準(zhǔn)。像這種普通低速風(fēng)洞，成本只需要幾百萬就能搞定，并不存在風(fēng)洞一響，黃金萬兩的說法。
如果要建造高速風(fēng)洞，風(fēng)速達(dá)到十幾倍音速以上，單靠風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流有限，達(dá)不到那么高的風(fēng)速。
2、高速風(fēng)洞內(nèi)部裝有壓力罐，通過壓力可以產(chǎn)生高速氣流
我們在吹氣球時，里面的空氣越多，內(nèi)部的壓力與外部產(chǎn)生壓力差，當(dāng)打開氣球嘴時，強(qiáng)大的氣流就會跑出來。高速風(fēng)洞產(chǎn)生強(qiáng)大的氣流，正是以壓力差為前提，用壓力罐將氣體儲存起來。
這個壓力罐并不普通，一邊是高壓氣體，另一邊則是真空的狀態(tài)，兩者之間會有強(qiáng)大的壓力差，當(dāng)打開閥門的時候，里面的高壓氣體瞬間會向真空端噴涌，在它的作用下，氣流的速度會增加3~5倍，真正達(dá)到高音速標(biāo)準(zhǔn)。
大型超高音速風(fēng)洞，除了基本的設(shè)備以外，還要加裝巨大的壓力機(jī)、儲氣罐、加熱系統(tǒng)，構(gòu)造復(fù)雜，造價成本比低速風(fēng)洞高得多。
3、超高音速風(fēng)洞，想要獲得更強(qiáng)的風(fēng)力，用上了爆炸產(chǎn)生的威力
想要獲得20倍以上的超高音速氣流，僅僅靠真空壓力罐不夠，科學(xué)家們用上了爆炸產(chǎn)生的威力。大家都知道，原子彈爆炸，產(chǎn)生的威力相當(dāng)于1.5萬億噸TNT炸藥，若是把爆炸瞬間爆發(fā)的能量用在風(fēng)洞上，強(qiáng)大的壓力就可以產(chǎn)生超高音速氣流。
目前，20倍以上的超高音速風(fēng)洞，用得最多的就是通過加熱系統(tǒng)，將氫氣和氧氣密封起來，放進(jìn)特制的容器罐中，通過燃燒最終發(fā)生爆炸，獲取強(qiáng)大的氣流。
還有一種風(fēng)洞，是以電弧產(chǎn)生沖擊波為動力，安裝有超大電容的設(shè)備，啟動以后產(chǎn)生600000安培的電流，強(qiáng)大的電流也可以帶來高速氣流。
寫在最后風(fēng)洞實驗是建造飛行器的主要設(shè)備，一架飛機(jī)的設(shè)計、制造、測試等流程，都離不開風(fēng)洞，它的重要性也愈加凸顯。在科學(xué)界有這么一句話：有什么樣的風(fēng)洞，就有什么樣的飛機(jī)、火箭，由此可見風(fēng)洞技術(shù)的重要性。
中國的35倍音速風(fēng)洞，擁有先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，已成為地面最強(qiáng)大的測試設(shè)施之一。
我為生活在這個強(qiáng)大的祖國而感到自豪！
有了35倍音速的風(fēng)洞，就能研發(fā)軌道轟炸機(jī)，實現(xiàn)降維打擊了！我國的JF-22高超音速風(fēng)洞，可以制造出35倍音速的風(fēng)速，用以測試高超音速狀態(tài)飛機(jī)的航空航天裝備，他有多厲害？他是目前全球風(fēng)速最快的風(fēng)洞，超過了美國的LENS-X風(fēng)洞，如果有一天我國研發(fā)出軌道轟炸機(jī)，那就肯定有JF-22高超音速風(fēng)洞的功勞。
圖為正在測試隱身飛行器的風(fēng)洞設(shè)施。
風(fēng)洞的概念，說簡單一些，就是把飛行器的模型放在風(fēng)洞的涵道內(nèi)，然后制造出符合飛行器飛行速度的風(fēng)速，來觀察、分析和測試他的氣動外形是否合理，以便于確定如何進(jìn)行改進(jìn)。一般而言，風(fēng)洞就是一根巨大的管道，一邊布置有風(fēng)速發(fā)生器，中間可以放置飛行器等比例模型，并且在涵道內(nèi)布置了光電、紅外、電磁等探測和感應(yīng)裝置，以便于收集飛行器在風(fēng)洞內(nèi)的測試狀態(tài)和氣流情況。
圖為測試高超音速飛行器的風(fēng)洞設(shè)施。
風(fēng)洞對于飛行器的氣動外形確定有重要的實驗價值，避免了使用真實飛機(jī)和飛行員測試的危險及高成本。而風(fēng)洞內(nèi)的風(fēng)速，決定了一個國家研發(fā)的飛行器，能達(dá)到多大的飛行速度。再過去，沒有風(fēng)洞這樣的先進(jìn)設(shè)施幫助，飛機(jī)的研發(fā)人員只能制造出一架真正的測試飛機(jī)，由飛行員駕駛升空，進(jìn)行飛行測試，這樣有一定的危險性，畢竟飛機(jī)氣動布局是否科學(xué)合理還未可知，在極限測試中，很容易發(fā)生事故。
圖為正在測試戰(zhàn)斗機(jī)的風(fēng)洞設(shè)施。
另外，實機(jī)測試成本也很高，畢竟這是一架完全測試用的飛機(jī)，白白生產(chǎn)一架或者多架注定要進(jìn)行改良的測試飛機(jī)，在試驗完成后就棄之不用，實在是耗費財力物力。于是，科研人員想到一個辦法：用空氣吹飛機(jī)的模型，來取代飛機(jī)在空氣中飛行，這樣得到的測試效果是差不多的，而且避免了危險和成本問題。甚至，由于風(fēng)洞內(nèi)可以安裝的觀測設(shè)備很多，因此能獲取比實機(jī)飛行測試更多的試驗數(shù)據(jù)，有利于進(jìn)行氣動布局的反復(fù)精確調(diào)整。
風(fēng)洞并非每個國家都能研發(fā)出來，目前世界上擁有風(fēng)洞的國家就不多，僅限于中美俄英法五大常任理事國，連日本、印度這樣的國家都沒有真正能測試軍用飛機(jī)的風(fēng)洞。能研發(fā)出高超音速風(fēng)洞的國家，更是只有中美俄三大國。也正是因為有高超音速風(fēng)洞的幫助，才讓我國在高超音速飛行器研發(fā)上，走在世界前列。
目前的高超音速導(dǎo)彈，大氣層內(nèi)最大飛行速度已經(jīng)超過了15馬赫，在可以預(yù)見的將來，飛行速度超過20馬赫是可以預(yù)期到的。因此，有必要建造更加先進(jìn)的高超音速風(fēng)洞來應(yīng)對技術(shù)進(jìn)步的需求。舉個簡單的例子，軍迷們總是心心念念空間轟炸機(jī)、軌道轟炸機(jī)，畢竟這種臨近空間飛行器的飛行高度很大，一般的防空導(dǎo)彈射高根本就夠不著，而彈道導(dǎo)彈攔截彈的飛行高度則超過了大氣層，因此軌道轟炸機(jī)處于兩類型攔截導(dǎo)彈的攔截間隙中。
另外，軌道轟炸機(jī)的飛行速度極快，起飛后可以在10分鐘內(nèi)實現(xiàn)洲際轟炸，在1小時內(nèi)可攻擊全球任何角落，一般的國家根本來不及進(jìn)行防御和反應(yīng)，因此軌道轟炸機(jī)將會是未來軍事發(fā)展的必然產(chǎn)物。要研發(fā)這種降維打擊的先進(jìn)武器，高超音速風(fēng)洞是一個關(guān)鍵。我國在第14屆珠海航展上展出的“騰云”組合飛行器，就是一種臨近空間高度飛行的高超音速飛行器，對其進(jìn)行氣動布局設(shè)計，就必須使用這種高超音速的風(fēng)洞。
“騰云”飛行器可以在3萬米高空進(jìn)入高超音速飛行階段，速度為7馬赫，并且可以在臨近空間高度實現(xiàn)超過15馬赫的飛行速度。對他進(jìn)行測試需要用到最少20倍音速的風(fēng)洞，而這還只是臨近空間飛行器發(fā)展的開端而已，突破35倍音速的飛行器很快就會出現(xiàn)，如果不事先進(jìn)行風(fēng)洞建設(shè)，那是跟不上技術(shù)發(fā)展潮流的。同樣的，也正是因為我國在高超音速風(fēng)洞的發(fā)展上走在全球領(lǐng)先，也就意味著我國在未來臨近空間飛行器、甚至是軌道轟炸機(jī)的發(fā)展上，也將會走在全球前列。怎么樣，你期待嗎？
