中科院高溫氣動力國家重點(diǎn)實驗室工作人員透露，其團(tuán)隊正在研制的新風(fēng)洞模擬馬赫數(shù)可達(dá)10—25，試驗流場直徑2.5米，將是世界最高水平。

“作為先進(jìn)飛行器的研發(fā)平臺，建最高技術(shù)水平的風(fēng)洞，全世界都在爭。我們正在研制的這種新超高速風(fēng)洞，計劃四年左右建成。”21日，該重大項目的首席科學(xué)家姜宗林告訴科技日報記者。

風(fēng)洞技術(shù)決定飛行器水平

風(fēng)洞是推動航空航天飛行器發(fā)展的國家重器，一代風(fēng)洞技術(shù)決定一代飛行器的研制水平，代表著一個國家的科研實力。

此次央視報道的“復(fù)現(xiàn)高超聲速飛行條件激波風(fēng)洞實驗技術(shù)”(以下簡稱“JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞”)，有近300米長，是世界上最大的激波風(fēng)洞，被國際同行稱為“超級巨龍”(Hyper-Dragon)，是國際首座可復(fù)現(xiàn)高超聲速飛行條件的超大型高超聲速風(fēng)洞。姜宗林告訴記者，JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞是地面氣動試驗這頂皇冠上的明珠，也是氣體動力學(xué)研究領(lǐng)域科研人員心中的珠穆朗瑪峰。

基于中國科學(xué)院院士、中科院力學(xué)所研究員、空氣動力學(xué)家俞鴻儒的爆轟驅(qū)動方法，姜宗林團(tuán)隊從2000年就開始探索復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞理論與創(chuàng)新技術(shù)驗證。經(jīng)過了16年的艱苦努力，2017年完成JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞的系列實驗研究。

從國際高超聲速風(fēng)洞技術(shù)發(fā)展來看，JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞突破了三大“卡脖子”的技術(shù)瓶頸：風(fēng)洞驅(qū)動功率小、實驗時間短、測量精度低。難能可貴的是，在復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞團(tuán)隊的研制工作中，從復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞理論，到以九項關(guān)鍵技術(shù)為核心的技術(shù)體系，再到風(fēng)洞設(shè)計，這是一個“跨界”的研究過程。團(tuán)隊成員既是科學(xué)家，又是工程師。一套設(shè)備，幾千張圖紙，有多少疑難，就有多少討論與質(zhì)疑。通過不斷的努力，他們做到了一次安裝到位，一次調(diào)試成功。

關(guān)于JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞，中國空氣動力學(xué)學(xué)會專門撰文說：“復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞理論和技術(shù)解決了困擾高超聲速實驗60年的世界難題，實現(xiàn)了風(fēng)洞實驗狀態(tài)從流動‘模擬’到‘復(fù)現(xiàn)’的跨越，引領(lǐng)了國際先進(jìn)風(fēng)洞試驗技術(shù)的發(fā)展。”

模擬5—25馬赫高超音速

目前，世界上與中科院JF10風(fēng)洞(馬赫數(shù)7—20)在原理上相近的，是美國1994年為NASA(美國航天局)建成的HYPULSE風(fēng)洞，其測試速度為5—25馬赫，最高據(jù)稱可達(dá)30馬赫。此外，美國還有“國家高能激波風(fēng)洞”(LENS)，速度也可達(dá)7—22馬赫。

不過，這類風(fēng)洞盡管測試速度非常高，但試驗時間非常短，實驗流場小，無法滿足具有化學(xué)反應(yīng)流動特征的氣動性能試驗需求。10—25馬赫大型超高速風(fēng)洞，可支撐高超聲速滑翔、大氣層再入等飛行器的研制。

據(jù)了解，JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞團(tuán)隊在中國科學(xué)院是一個比較大的群體，由高溫氣體動力學(xué)國家重點(diǎn)實驗室的三個課題組組成。姜宗林擔(dān)任隊長，俞鴻儒院士擔(dān)任學(xué)術(shù)指導(dǎo)。目前團(tuán)隊主要承擔(dān)著高超聲速和高溫氣體動力學(xué)領(lǐng)域多個基礎(chǔ)性和應(yīng)用基礎(chǔ)性研究課題，項目背景都是針對未來人類實現(xiàn)“兩個小時內(nèi)全球旅行”的高超聲速飛行器開展的。這包括飛行試驗/地面實驗數(shù)據(jù)相關(guān)性理論、飛行器氣動力/熱特性、新型氣動熱管理概念、飛行器/發(fā)動機(jī)一體化實驗技術(shù)和新型高效推進(jìn)方法探索等。

高超聲速復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞技術(shù)是對世界風(fēng)洞實驗技術(shù)的一種跨越，具有自己完整的理論體系。但是，隨著時間的推移和宇航技術(shù)發(fā)展需求的提升，也必將提出更高的要求。“高超聲速飛行應(yīng)該是必然的，但是真正高超聲速時代何時才能到來，直至今日，我們?nèi)匀辉诓粩嗯Α?rdquo;姜宗林說。

“JF12復(fù)現(xiàn)風(fēng)洞可以復(fù)現(xiàn)高度25—50千米、馬赫數(shù)5—9的高超聲速飛行條件，主要針對吸氣式高超聲速巡回飛行器的研發(fā)。新風(fēng)洞將采用我國獨(dú)創(chuàng)的系列新技術(shù)，構(gòu)建能夠覆蓋高度40—90千米、馬赫數(shù)10—25的超高速風(fēng)洞試驗?zāi)芰Γ鉀Q天地往返、重復(fù)使用飛行器的氣動實驗問題。”姜宗林說。JF10和JF12兩個風(fēng)洞的結(jié)合將形成一座覆蓋馬赫數(shù)5—25范圍空天飛行走廊的實驗平臺，這在國際上是唯一的，水平是領(lǐng)先的。對于我國高超聲速學(xué)科前沿難題探索和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)具有重大意義。