中国独创九倍音速风洞 实验时长冠全球

图：研究人员在安装飞机模型准备进行风洞测试\网络图片

　　中国国际新闻台（www.ciftv.com）6月11日讯 综合中央电视台、人民网报道：在北京怀柔区一座长条形建筑内，建有由中国自主研发、国际最先进的“JF-12”高超音速激波风洞。该风洞使用氢氧爆轰驱动，风速最高可达9马赫，喷管全长265米，能提供目前全球最长的100毫秒实验时间。“JF-12”各项性能明显优于其他国家的同类风洞。

　　区分不同类型风洞最主要的指标是“马赫”数，即能够达到几倍的音速。现有的民航飞机都是在10公里以下高度飞行，速度约为0.8马赫（0.8倍音速），战斗机可以飞到20公里的高度，速度约为2-3马赫。但是，在20至100公里高度的临近空间高超音速飞行器研究却是刚刚起步，也是国际前沿科研重点。

　　“JF-12”高超音速激波风洞能在地面模拟出一个25公里至50公里高空、飞行器以5至9倍音速飞行的环境，并复现了总温、总压，正好覆盖了吸气式发动机空天飞行器所需条件。

　　风洞实验舱直径3.5米

　　“JF-12”项目负责人、中科院力学所高温气体动力学国家重点实验室主任、研究员姜宗林介绍，高超音速科技是航空航天领域的高新技术，关系到国家安全和国际战略格局，是世界各个航空航天大国竞相研究的热点，而高超音速飞行器的研发离不开风洞这个摇篮。高超音速飞行器研究成功前，不可能在天空进行试验，所以首先就要在风洞里构建出它在高空的飞行环境。

　　中科院力学所研究团队利用独创的氢气和氧气反向爆轰方法，通过一系列创新技术，成功研制出高超音速激波风洞，265米的长度使其能够提供更长的实验时间，高超音速发动机需要的实验时间至少需要60到70毫秒，中国已经能做到100毫秒，国外的相关风洞大约为30毫秒。此外，中国的喷管直径可达2.5米，实验舱直径3.5米，都明显优于国外同类风洞。“JF-12”里的“风”，速度最高可达9马赫，温度可达3000摄氏度左右。

　　“JF-12”的主体是一根架起来半人多高、金属质地的长管子。姜宗林说，做出这个相貌平平的管子并不容易，项目组首创了超高压、大口径合金钢管设计技术和超高压爆轰段夹膜机设计技术，并突破了高强度合金钢管大口径深孔加工技术。“JF-12”的研制推动了中国重大科研装备的设计与加工技术的发展。

　　飞行器在飞行过程中由于速度非常快，除了会遇到猛烈的气流冲击外，气流还会与飞行器表面发生摩擦，产生很大的热量，对于飞行器的安全有很大的威胁，所以气动环境下的热效应，也是飞行器设计中最需要考虑的关键因素之一。中科院力学所助理研究员韩桂来表示，加热是非常厉害的，一般都会达到兆瓦量级，就是差不多1平方毫米每分钟会加进去几兆的能量，研究人员通过“JF-12”的特制传感器，就能测量飞行器表面的加热过程。

　　建设费仅4600万人民币

　　“JF-12”的建设费用仅为4600万元人民币。如何用这么少的钱，建设出如此大型、国际领先的科研设备？姜宗林总结了一句话：“我们用智慧弥补国家财力的不足”。他举例说，比如仅一项“三个喉道匹配一个喷管”的独创设计，就能节省上百万元的科研费用。不仅是工程造价低，“JF-12”风洞每次的运行费用也非常便宜──不到5000元人民币，在外国同行看来，这简直是“难以置信”。

　　作为中国重大科研装备，“JF-12”激波风洞从原理到材料和构建，全是自主设计，现已展开了一系列试验，并取得了部分基础数据，为中国研究高超音速飞行器提供了有利条件。

　　高超音速飞行 两小时可抵美

　　图：“JF-12”高超音速激波风洞能提供100毫秒实验时间\资料图片

　　中国成功研制国际首座高超音速激波风洞“JF-12”，实现了风洞试验状态从流动“模拟”到“复现”的跨越，引领了国际先进风洞实验技术的发展。中国科学院力学研究所研究员姜宗林表示，中国若成功研制马赫数达到9的高超音速飞行器，从中国起飞，只需2小时就可到达美国纽约、华盛顿等城市。

　　“JF-12”风洞不仅成就了中国独立自主研究先进空气动力学试验装备的先例，其理论和技术更解决了困扰高超音速地面试验60年的世界难题。

　　整体性能领先国际

　　中国对激波风洞爆轰驱动技术的研究，最早始于1965年，1998年建成世界上第一座氢氧爆轰高焓激波风洞“JF-10”，2003年探索出激波反射型正向爆轰驱动技术，2006年研究出正向爆轰驱动膨胀管技术，2009发展出双驱动段正向爆轰技术，“JF-12”在2008年立项，仅用了4年多时间，即完成测试。

　　专家一致认为，该项目利用中科院力学所独创的反向爆轰方驱动方法，整体性能处于国际领先水平。

　　目前世界上常用的高超音速风洞有两类。一类是以日本的HIEST风洞为代表的自由活塞驱动风洞，另一类是加热轻气体驱动的风洞，如美国的LENS风洞，但这两种风洞都存在难以解决的问题：前者有荇藇y不平稳，试验时间短（仅几毫秒）的缺陷；后者由于使用大量氢气或氦气，成本昂贵且极度危险，在实验时间和尺度扩展等方面有很大局限性。

　　国际著名激波管技术专家、国际激波研究院创始人高山和喜曾经表示，中国的“JF-12”激波风洞产生的流场区域大、气流速度高、试验时间长，且应用了独特的爆轰驱动技术，克服了自由活塞驱动技术的弱点，这个设备是世界唯一的。

　　姜宗林荣获美航天奖

　　据环球网报道：美国航空航天学会（AIAA）近日公布，中国科学院力学研究所研究员姜宗林荣获2016年度美国航空航天学会地面试验奖，成为该奖项设立40多年来首位获奖的亚洲学者。

　　该奖项设立于1975年，旨在表彰国际航空航天领域在地面试验等方面取得杰出技术成就的科学家。姜宗林以创立高超音速复现风洞技术，研制成功“JF-12”高超音速激波风洞而获奖，表明中国在航空航天地面实验技术领域产生了世界领先的创新成果。姜宗林和中科院院士俞鸿儒带领的团队一直致力于高焓风洞实验技术的探索研究，提出了系统的爆轰驱动方法与长实验时间激波风洞理论，建立高超音速复现风洞技术体系，成为空气动力技术创新发展的典范。

　　人造风

　　风洞（Wind tunnel）是空气动力学的研究工具。风洞是一种产生人造气流的管道，用于研究空气流经物体产生的气动效应，除了主要应用于汽车、飞行器、导弹（尤其是巡航导弹、空对空飞弹等）设计领域，也适用于建筑物、高速列车、船舰的空气阻力、耐热与抗压试验等。按气流速度区分，风洞可分为亚音速风洞和超音速风洞两类。通常小型风洞采用高速风扇提供风力，风速在每小时1200公里内；中型与大型风洞则采用气体产生风力，在短暂的几秒，甚至几毫秒内释放出来，形成巨大的冲击风力。 （资料来源：百度百科）

　　中国风洞实验室

　　中国空气动力发展与研究中心

　　位于川西山区，装备有亚洲最大风洞群，累计完成风洞试验50馀万次，先后建成低速风洞和亚、跨、超和高超声速风洞52座，拥有8座“世界级”风洞设备。歼10战斗机、“神舟”飞船、磁悬浮列车等都在这里进行风洞试验。

　　西南交通大学XNJD-3风洞

　　2008年建成，是目前世界最大的边界层风洞，试验段尺寸为宽22.5米、高4.5米、长36米，断面尺寸位居世界第一，风速范围为1-16.5米／秒，主要技术指标达到世界先进水平。

　　吉林风洞实验室

　　内地首家汽车风洞实验室，1999年筹建，2002年开工建设，实验室大楼于2003年完工投入使用，是目前中国唯一定位于进行专业汽车空气动力学试验研究的风洞实验室。

　　汕头大学风洞试验室

　　广东普通高等学校唯一的建筑工业风洞实验室，1996年11月通过验收。主要试验段宽3米、高2米、长20米，最高风速达45米／秒，实验室配备先进水平的测试设备。

　　北京交通大学风洞实验室

　　双试验段回流式闭口风洞，具有先进的电子压力测量系统、控制系统和结构测振系统，可用于建筑物、桥梁测压和风环境试验，2010年底投入使用，最大试验风速40米／秒。