“吹”出来的高科技，中国为何能领先世界？|天天快讯

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“吹”出来的高科技，中国为何能领先世界？|天天快讯

2023-06-26 15:54:03 来源：观察网小 中

中国拥有三大世界级风洞群，构成了全球唯一覆盖临近空间飞行器全部飞行走廊的地面实验平台。

【资料图】

正解局出品

前段时间，央视报道，我国最新一代超高速风洞JF-22历时五年研发，通过验收，即将正式投入运营使用。

这标志着我国的风洞技术再一次走在了世界前列。

这“吹”出来的高科技，有多厉害？

风洞实验室，简称风洞，是一种可以模拟风力环境的管道状实验室。

在风洞内部以人工方式控制风速、风向、温度、湿度等环境参数，模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，能起到测试和优化各种设备和工具在真实风力环境中表现的作用。

风洞原理图

不同风洞采取的产生气流的方式不同，简单的就是装个功率高转速快的风扇，复杂的则用到激波管等电子元件。

说得简单点，就是把待测物体放进风洞里，然后使劲地“吹”。

特别是在飞行器的研制中，风洞实验是不可缺少的环节。

一架飞行器在理论设计中即使再完美，在实际飞行时都极有可能是不完美的。

如果让样机直接飞上天，就等于在拿样机和试飞员的生命赌博，危险性很大，成本也很高。

在样机起飞前，通过风洞模拟真实环境中待测物体周围的空气流动情况，危险性和成本就可控了。

风洞还能针对某一特定环境进行反复测试，得出测试物体的性能表现，改进飞行器。

此外，风洞测试中还能只对飞行器中的某些部件进行单独测试。

没有风洞，这一测试是无法实现的。

世界上公认的第一个风洞是一个两端开口的木箱，由英国人韦纳姆于1869-1871年建成，用于测量物体与空气相对运动时受到的阻力。

虽然简陋，却也开创了风洞实验的先河。

后来，莱特兄弟为了改进自己的飞机，需要收集风阻等实验数据，先后建造了两个风洞。

这为他们的成功飞行打下坚实基础。

莱特兄弟1901年制造的风洞

风洞的大量出现是在20世纪中叶，时至今日，全世界的风洞总数已达千余座。

可以说，没有风洞试验，就没有飞机的发展；没有风洞试验，也没有空气动力学的快速发展，就更谈不上制造现代战斗机和高超音速导弹了。

除了在军事航天领域大展拳脚，风洞在民用领域也不可或缺。

早在1954年，意大利摩托车品牌MotoGuzzi的风洞实验室就已经投入使用，并以此对摩托车进行高速性能优化。

1955年，MotoGuzzi在风洞中测试摩托车性能

MotoGuzzi的V8发动机摩托也因在赛场上跑出了280km/h的极速，被Discovery探索频道列为世界上最伟大的十台摩托车之一。

而同样作为交通工具，一辆汽车从开始设计，到制造完成，再到交付给消费者，也需要经历无数次的实验和测试。

其中，最烧钱的就是风洞测试。

尽管投入不菲，但车企却不得不做风洞测试。

因为当汽车时速超过80公里时，70%的油耗都用来克服风阻。

在节能减排的压力下，油耗降不下来，消费者绝不会买单。

正在进行风洞测试的赛车模型

像F1赛车这种竞速类的汽车，更是离不开风洞测试。

由此可见，无论是军事还是民用，都离不开风洞测试。

我国的风洞研究虽然起步晚，可步子却迈得一点也不小。

1958年8月，中国工程院院士俞鸿儒团队研发成功我国第一代激波管。

这是激波风洞的核心部件，让中国的风洞研究实现了从0到1的突破。

1969年，俞鸿儒院士带领团队自主建成了我国第一座大型高超声速风洞JF-8激波风洞。

俞鸿儒院士

由于当时我国的经济基础薄弱，电力极为短缺，风洞的研发难度很大。

正是因为条件所限，才让俞鸿儒院士创造性地选择了成本更低的氢氧燃烧驱动方式，这也让我国的风洞走出了和国外不同的发展路线。

虽然省钱，但俞鸿儒院士的方式极易产生爆炸，危险程度高。

毫不夸张地说，JF-8激波风洞是被反复“炸”出来的。

因为技术上的进步，这座性能堪比国际大型激波风洞的JF-8，造价极其低廉，仅花费8万元加工费。

1998年，我国建成了国际上第一座爆轰驱动高焓激波风洞JF-10，实验风速7马赫（1马赫是指每秒340.3米的音速）。

2007年的中国力学大会上，JF-10被评为中国力学近十年五大进展之一。

从此，中国风洞技术走向世界最前列。

2012年，我国建成了世界上首座复现高超声速飞行条件的超大型激波风洞JF-12。

这标志着我国在该领域已经将美国、俄罗斯等国抛在身后。

JF-12风洞是当时世界上最先进的风洞。

实验风速9马赫，温度可达3000摄氏度左右，明显优于当时国外同类风洞。

此外，JF-12体积更大，能够荷载的实验时间也更长，能得到更接近现实的数据。

正在进行实验的JF-12风洞

正是因为有了JF-12高超音速风洞，我国才研制出东风17、鹰击21和东风27等三款高超音速导弹。

而中国最新的JF-22风洞，可以用恐怖来形容。

作为可重复使用的天地往返运输系统的地面试验平台，JF-22超高速风洞的洞内气流速度已经达到令人感觉恐怖的30马赫，是目前世界最快的风洞，实验能力远超高超武器研发的需求。

外媒报道

30马赫为啥这么恐怖？

因为换算过来是每秒10209米的风速，要知道17级台风中心风力也只有每秒60米左右，而这么大的风，吹飞建筑物已经很轻松了。

因为能吹这么强的风，JF-22就可以揭示由分子解离主导的复杂介质的超高速流动规律，这对于研究天地往返运输系统和超高速飞行器来说，是最有力的支撑。

与之相比，国际上同类型的是美国LENS风洞和德国HEG风洞。前者的最高只能模拟15马赫的启动环境，而后者才只摸到了10马赫的门槛。

现在，中国已经拥有三大世界级风洞群，其中JF系列是世界上最强的高超声速研究设施。

JF-22与JF-12的风速组合，构成了全球唯一覆盖临近空间飞行器全部飞行走廊的地面实验平台。

中国的风洞技术，通过自主研发和不断创新，不但变革了国际上主流的机械压缩模式，采用反向爆轰技术产生超高速气流，更是将有效驱动功率达到惊人的3000兆瓦，使得中国的风洞技术跨越西方。

到现在二十多年，这波硬实力“吹”出来的高科技，为中国空天事业的未来留下来更大的想象空间。

近些年，中国飞机、导弹、高超音速飞行器能发展那么快，有一个重要原因就是得益于中国风洞在全球领先。

反观美国，军方计划在2028年前，完成高超音速导弹研制，但进展缓慢。

影响美国研制进度的主要障碍，就是国内缺少能够满足高超音速武器测试的风洞。

风洞虽好，也不是谁都能造。

没有风洞技术，很多高端产业就搞不上去。

比如说，我们的邻国日本，就因此造不出大飞机。

日本政府对大飞机的制造，真的是痴心不改数十年。

在大飞机产业链，日本从制造技术到新材料开发，都在国际上都占尽风头。

波音787的供应链中有35%的份额，是被日本厂家独占的。

然而，日本几乎没有高水平的风洞群。

这造成日本在气动设计领域极为薄弱。

想造出大飞机来，自然是不可能的。

相比于日本，我国的国产大型客机C919能顺利完成商业首航。

其实就是依托于我国独立自主设计制造的世界级风洞群。

现在，中国的风洞应用早已经下沉到了民用市场。

中国自主品牌的汽车，在外形设计上越来越美观，性能上越来越节能，其实也离不开汽车风洞技术的强力支持。

其他的高速交通工具，比如高铁，在设计中也都要进行风洞测试。

令很多人意想不到的是，风洞还能用来提升运动员体育竞技的成绩。

2022北京冬奥会，中国代表队取得了9金4银2铜的历史最佳成绩。

这其中就有风洞的功劳。

在冰雪项目的竞速比赛中，运动员主要面对的是空气阻力，而且速度越快，空气阻力越大。

北京交通大学的团队研发了我国第一套冰雪项目风洞辅助训练系统。

在备战阶段，教练员便利用风洞实验室建立模拟，对运动员、装备和环境三个方面进行测试，并结合气象数据和赛道区域风速风向进行数据采集，给运动员们科学的指导，协助他们拿出更好的成绩。

冰雪项目风洞辅助训练系统

面对不能移动的建筑物，风洞也能起到重要作用。

2019年5月，广东建工集团CGB-2风洞正式投入使用，这是我国最大的民用建筑风洞，最高风速可达每秒40米，大约相当于13级台风的中心风速。

风洞实验室通过先进的压力、风速、加速度、位移等测试设备及仪器，可对各类建筑物、桥梁、工业建筑、工业设备、汽车等进行测试，满足建筑与建设领域的风荷载、风灾、风环境等多个项目的测试。

全国最大的民用建筑风洞正式投入使用

建筑风洞帮助建筑师和工程师评估建筑物的风险和安全性，能在设计建筑物时，提前考虑到各种风害因素，调整建筑物的高度、形状、材料等，提高稳定性和安全性。

风洞，为建筑安全，为人民安居，又加了一层保险。

中国风洞技术领先世界，吹出了高科技的中国风。

让这风，吹得更猛烈些吧！

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