梁老师说事,为您回答这个问题。
三十五倍音速?还是风洞?这已经不是厉害不厉害的问题,而是牛叉不牛叉的问题。三十五倍音速是啥概念,十四分钟从中国转脸就能到美国的节奏,就这距离
如果不了解“国之重器”JF-22超高速风洞,你根本无法知道,中国技术有多牛!
在40~100公里的高空条件下,JF-22的驱动性能是JF-12的10倍,JF-22的建成,能让我国拥有更多“杀手锏”武器,还能节约海量科研费用,JF-22对军事、航天的重要性不言而喻,是不折不扣的“国之重器”!
“风洞”到底是什么?
1903年,美国莱特兄弟发明了世界上第一架飞机,并且成功完成首飞,但很少有人知道的是,莱特兄弟在1900年,特意建造了一个长1.8米,气流速度为40km/h~56.3km/h的风洞,并且在1901年再次升级改进。
为什么飞机在首飞前,必须要经过风洞测验,因为风洞就是一个“特殊实验室”,咱们如今出行所乘坐的汽车、高铁、轮胎、飞机等等,在真正量产前,它们的设计制造都必须经过风洞的考验。
风洞的外形酷似一根又长又大的管道,飞行器放入中间的涵道内,然后风洞开始运作,人为制造出相应的实验风速,光电红外线和电磁探测等感应设备,能精准捕捉到相应数据,如果数据不合格,飞行器的气动外形等等设计就需要再次改进,可以说,风洞能对实验器的材料、结构和气动等多个性能方面进行产品质量和安全验证。
以测试速段来区分,风洞可分为低速风洞、高速风洞和高超音速风洞。
低速风洞通常被用来测试桥梁、大厦、低速车辆、船舶等0速度或低速物体的流场情况,例如某品牌需要开发一款新车,在设计和升级时,都需要在风洞中进行大量测试。
高速风洞的气流速度通常在0.5倍音速之上,测试对象主要包括直升机和大型飞机,咱们所熟知的民航客机,它的飞行速度约0.8倍音速,适用于高速风洞的测验,例如高铁车头就曾经在风洞中做过大量实验,这才得到了兼备速度、稳定性的车头外形。
高超音速风洞的气流速度在4.5倍音速之上,相比于低速风洞、高速风洞,它的设计制造尤为复杂,已经不能用传统拉瓦尔喷管来形成高超音速气流,从原理来剖析,高超音速风洞利用激波原理来压缩实验气体,再用定常膨胀法来产生高超音速气流,最终形成高超音速试验流场,咱们目前的JF-12型和JF-22两种高超音速风洞,就属于高超音速激波风洞。
但高超音速风洞因严重依赖激波,所以流场持续时间较短,需要极高的数据计算分析能力,毕竟只能获取某个断面几毫秒至几十毫秒的高超音速流场数据,时间着实有些短暂。
JF-12型风洞
在新中国成立后,我国初步形成了规模化的航空航天体系,而一支强大的空中力量是必不可少的,所以我国在20世纪50、60年代,就已经致力于研发风洞技术。
由于没有太多借鉴与帮助,我国选择了爆轰驱动激波技术,虽然这种技术被世界潮流所抛弃,但在我国科学家日以继夜的努力下,成功研发出了JF-12风洞,它是全球规模最大,整体性能最为先进的激波风洞。
传统低速风洞的原理,就等于用一台超大型鼓风机,对着管道吹,再加上钟漏形拉瓦尔管的辅助,使得风速可以突破因素,达到高速风洞级别。
但这种方法无法应用在高超音速风洞上,所以JF-12利用爆轰驱动激动,在极高压的作用下,最后通过拉瓦尔管产生高超音速。
瞬间爆轰需要匹配极高压的释放时间,如果极高压释放时间短,高超音速就无法进入稳态,所以稳态时间是高超音速风洞评分高低的重要衡量标准,日本的高超音速风洞只有2毫秒,即便美国也只有30毫秒,而我国自主研发的JF-12风洞,能达到100毫秒。
2012年,我国成功研发出了总长265米、试验段直径达3.5米的JF-12型风洞,适合用来测试“25到30千米,5到9倍音速”吸气式高超音速飞行器,例如俄罗斯Kh-47M2“匕首”、俄罗斯的3M22“锆石”高超音速反舰导弹、美国AGM-183A。
简而言之,JF-12风洞可满足10马赫以下、乘波体气动构型的高超音速飞行器的研发,之前我国的歼-20战斗机、DF-17高超音速导弹等等,都离不开JF-12风洞的功劳。
JF-22型风洞
JF-22超高速风洞全称爆轰驱动超高速高焓激波风洞,最大的核心亮点在于可以通过正向爆轰驱动器为激波风洞提供平稳的驱动气流,在高空40公里~100公里的情况下,JF-22风洞的试验时速高达10km/s,是JF-12驱动能力的10倍。
2018年,我国正式启动JF-22超大型激波风洞计划,2021年8月,JF-22就已经完成了真空舱、试验舱和喷管的安装,预计在2022年下半年全面建造完成。
建造完成后,JF-22能复现约30倍音速的飞行条件,测试范围极其广泛,放眼全球也属于顶尖技术,即便美国的LRHW中程弹道导弹、俄罗斯的UR-100MR或“萨尔马特”配套“先锋”式高超音速滑翔弹头等,都可以用JF-22风洞来测试。
据当下科技的发展速度,可以预见未来军事武器,基本都以高超音速武器为主,不管吸气式高超音速巡航导弹还是助推滑翔式高超音速滑翔导弹,又或者超高音速载人飞机,都离不开JF-22风洞的不断测试。
我国拥有JF-22风洞后,可以用其来模拟飞行器往返于太空和地面的环境,更方便的收集相关测验数据,大幅度降低航空、航天、军事等领域的研发成本,据专家推测,JF-22风洞投入使用后,在卫星、航天器的发射费用上,我们能省下原先90%的经费。
研发成本的降低,也意味着我国可以把更多经费放在其他领域上,例如生物基因工程等等。
此外还非常重要的一点是,JF-22风洞的投入使用,意味着我国在研发“杀手锏”武器方面更加得心应手,降低军事武器研发难度,变相提高军事实力,JF-22风洞就像是一个摇篮,能孕育出强国之道。
在JF-22建成后,我国JF-12和JF-22风洞能覆盖所有高超音速飞行器的测验,希望祖国变得更加强大。
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