中国35倍音速风洞,风速近12公里/秒,风力能将34吨重的洲际导弹吹下来,14分钟就能抵达美国西海岸。论风洞技术,老美差的不是一星半点。
35倍音速是什么概念,风速接近12公里/秒,14分钟的时间就可以抵达美国,也就上个厕所的工夫。现实生活中,会按等级来区分风力大小,10级大风的风速只有24~28米/秒,与35倍音速的风洞不在一个级别。
风洞是个啥?是如何工作的
(资料图片仅供参考)
风洞这个词,不能单从字面上来理解,属于航天高科技的东西,有点高大上的感觉,先进的35倍超音速风洞,目前没有几个国家能造出来,就连强大的老美,在这方面还是差点意思。
从外形结构来看,风洞就是一个实验室,根据建造的规模,面积大小也不同,外面是金属材质,有出口和入口,各个位置装有控制器和阀门,用来模拟飞行器运行。
也有闭式结构的环形风洞,属于小型风洞,类似管道的形状,常常用于企业动力实验的设备,造价成本也没那么高。
世界上的第一个风洞,由英国人韦纳姆建造,那个时候科技并不发达,用的材料是木头,截面46公分,总长度只有3.05米,测量数据全部由人工完成。
如今,风洞也越来越庞大,面积达到了800平方米以上,足以容纳一架大型飞机,里面的机器设备可以控制气流,监测周围的气体流动情况,得出相关的实验数据,用来研究各种新型飞机,适用于航天、军事等领域。
中国的35倍音速风洞,启动以后风速可以达到12公里/秒,毫不夸张地说,产生的风力,能将34吨重的洲际导弹吹下来。
有的人就要问,35倍音速风洞这么厉害,把它放在战场上,是不是可以取代卫星拦截系统,直接把导弹给吹下来,这个想法很大胆,但风洞还干不了这个事。
需要提醒大家,前面只是说35倍音速风洞产生的风力能将导弹吹下来,这个风力只是在内部才会产生,更何况有的导弹发射以后会隐身,大部分时间都在大气层以外飞行,就连卫星和雷达拦截的几率也不高,用风洞对着导弹吹不太现实。
实际上风洞就是检测飞行器的场所,里面的空间足够大,安装各种设备和控制器,大大小小的飞机模型可以开进去。
风洞内的发生器产生强大的气流,经过特殊管道,增强以后的气流可以形成风,吹到模型的表面,形成不同的大气噪声环境,飞机模型就会产生变化,感应器接收到这些数据,传输到控制中心,就可以计算出强大气流对模型的影响,后续在制造飞行器时,就可以适当改进参数,增加稳定性和安全性。
风洞产生强大的气流,受到场地和模型的影响,得出的数据也存在差异,对于一般的飞行器,普通风洞就可以达到测试要求,完全没有必要上超高音速风洞。
这类普通风洞,对空间要求没有那么高,配备主要的大功率风扇和喷流管就可以,大多数国家的技术水平都能达到。
我国建造风洞的发展历程
1963年,我国就建造出了第一个风洞,那个时候的条件有多难,大家应该都知道,虽然起步晚了,但步子迈得并不小。
到了1968年,以钱学森、郭永怀等科学家提议,必须加快国内的空气动力研究,并在四川建了一座实验基地,那时的规模,在亚洲范围内是最大的风洞基地。
当时建造出来的一个风洞,总长度不足3米,麻雀虽小,但五脏俱全,具备了低速、高速、超高速的动力,可以对飞行器进行风力、噪声、结冰等实验。
像大家熟知的歼-10“枭龙”战机、和谐号高速列车、神舟系列飞船、杭州湾跨海大桥等这些重大项目,都在这个风洞基地测试过。
2010年5月,风洞实验基地经过多次升级,启动新的科研建设,大型飞机模型在这里展开实验,相关的数据高达上百万种,都全部进入数据库进行分类,大型客机C919研发试验,大多是在这个风洞完成。
2017年,最大的风洞JF-12在北京诞生,风速为10马赫,相当于10倍音速,从北京飞到纽约只需要2小时,保持强劲稳定的动力,就像在龙卷风中要点燃一根火柴,需要足够的风力,又要让火柴燃烧。
从2018年开始,我国启动35倍速的新型风洞,动力和精度方面得到很大的提升,风速成倍增长,飞行器只需14分钟就可以抵达美国西海岸,技术水平超过NASA的超音速LENS-X风洞。
最具代表性的FL-62风洞,由8万千瓦的电机提供动力,重量达到6620吨,内部的容积有17000立方米,可以产生连续的跨式风力,对于第六代隐形战机的研发起到了很大作用。
35倍音速风洞与低速风洞的区别
1、低速风洞产生的风力基本靠吹
普通的低速风洞在学校和企业都能看到,风速一般在1.2倍音速以下,里面的构造比较简单,用一台功率大点的电风扇,产生的风力,通过Laval喷管将亚音速气流转换成超音速气流,基本就可以超过音速的标准。像这种普通低速风洞,成本只需要几百万就能搞定,并不存在风洞一响,黄金万两的说法。
如果要建造高速风洞,风速达到十几倍音速以上,单靠风扇产生的气流有限,达不到那么高的风速。
2、高速风洞内部装有压力罐,通过压力可以产生高速气流
我们在吹气球时,里面的空气越多,内部的压力与外部产生压力差,当打开气球嘴时,强大的气流就会跑出来。高速风洞产生强大的气流,正是以压力差为前提,用压力罐将气体储存起来。
这个压力罐并不普通,一边是高压气体,另一边则是真空的状态,两者之间会有强大的压力差,当打开阀门的时候,里面的高压气体瞬间会向真空端喷涌,在它的作用下,气流的速度会增加3~5倍,真正达到高音速标准。
大型超高音速风洞,除了基本的设备以外,还要加装巨大的压力机、储气罐、加热系统,构造复杂,造价成本比低速风洞高得多。
3、超高音速风洞,想要获得更强的风力,用上了爆炸产生的威力
想要获得20倍以上的超高音速气流,仅仅靠真空压力罐不够,科学家们用上了爆炸产生的威力。大家都知道,原子弹爆炸,产生的威力相当于1.5万亿吨TNT炸药,若是把爆炸瞬间爆发的能量用在风洞上,强大的压力就可以产生超高音速气流。
目前,20倍以上的超高音速风洞,用得最多的就是通过加热系统,将氢气和氧气密封起来,放进特制的容器罐中,通过燃烧最终发生爆炸,获取强大的气流。
还有一种风洞,是以电弧产生冲击波为动力,安装有超大电容的设备,启动以后产生600000安培的电流,强大的电流也可以带来高速气流。
写在最后
风洞实验是建造飞行器的主要设备,一架飞机的设计、制造、测试等流程,都离不开风洞,它的重要性也愈加凸显。在科学界有这么一句话:有什么样的风洞,就有什么样的飞机、火箭,由此可见风洞技术的重要性。
中国的35倍音速风洞,拥有先进的科学技术,已成为地面最强大的测试设施之一。
我为生活在这个强大的祖国而感到自豪!
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