要弄清楚这个问题,首先需要搞明白,35倍音速风洞是做什么用的。这直接关系这个问题的答案。35音速有多快?这个不用多说了吧?现在人类所有的运动物体都没有这么快的速度,也就是说,这个风洞的建设一不是为了给民用的汽车,船舶等做简单的外形设计,也不是为了给3倍音速以内的战机做吹风实验的。就连洲际导弹再入大气层的速度,也就是20多倍音速,所以35倍音速是现在所有武器都用不到的。这就很明确了,35倍音速,肯定是为了开发速度更高的高超音速武器的!那么我国现在风洞基础设施如何?世界风洞的建设情况如何?这些背后能说明的是什么问题?
风洞是高技术,高投入的产物,并非小国可以匹配!风洞不是普通国家可以随便建造的。因此,将35倍的声速和风洞结合起来,我们可以很明确地知道,我们的风洞建设已经走在了世界前列!目前,中国有三个国家级超级风洞试验基地。第一个是在四川省绵阳。它属于中国人民解放军战略支援部队中国空气动力学发展中心。另一个在沈阳和哈尔滨,由中银工业集团空气动力学研究所使用。最后,jf22高超速风洞,预计于2022年完工,是中国科学院力学研究所的一个风洞群。JF22是一个22倍音速的激波风洞,目前只有俄罗斯和美国有同级别的风洞。咱们建造这个风洞花费了十年的时间,可见建造高超音速风洞的难度有多大!
世界上几乎没有国家能够建造大型超级风洞。中国是一个,俄罗斯是一个,最后是美国。英法为代表的老牌帝国主义国家,并没有完整的风洞群。欧洲的风洞是分布式的,多个国家建造不同速度的风洞,在使用的时候就可以尽量地减少投入,这种大型武器研发基础设施,已经不是小国有能力负担的了!
在我们国家的风洞中,模型的大小可以是1:1。把它放进去吹气。在其他中小国家,同级别的高速风洞中,也就是可以放进去一个缩比模型。所以我们也不能简单地从风洞的风速来判断一个国家风洞设施的强弱,同时还有风洞的尺寸衡量着风洞的建设成就!
据说绵阳的风洞是从一座大石山上挖掘出来的。风洞吹的地方有高速铁路车厢那么大。如果风洞吹动,地动山摇。知道这是风洞,但不知道还以为发生了地震呢。此外,如果高速风洞运行,没有足够的电力输入的话,简直就是不可能完成的。现在一个高超音速风洞群需要的电力,不亚于一个居住有几百万人口的城市用电量。所以风洞群旁边还要建设一个配套的电厂以维持风洞的运转!
从这里就可以看出,一个高音速风洞群的建设和使用有多么昂贵。如果一个国家的经济实力不够,怎么可能养得起这种级别的吞金巨兽?而高超音速风洞的投资更是天文数字,已经超过了大多数国家的承受能力!
当然,风洞仅仅是建成并不算完事儿,因为接下来的配套也不是一般国家可以完成的。现代航空技术吹风实验依靠的是风洞,但是数据的获取依靠的是各种传感器和超级计算机。现在拥有制备超算的国家本来就非常少,目前我国拥有全世界最多的超算,支持风洞建设本身就是小儿科。而作为世界超算大国的日本,全国的超算也就30几台,就这已经是世界第三的位置了,大家想想其他国家还有多大的可能?
风洞的工作原理是怎样的?有哪些用途?风洞本身是将物体在大气中的运动反过来的一种实验工具,用来找出原有设计的不足和缺陷进而改进出完美的气动外形设计。例如飞机在大气中飞行,飞机在运动,而大气相对静止。在吹风实验中,飞机则相对静止,用气流运动的方式来模拟飞机飞行状态下的气动外形设计。其实不仅仅飞机需要吹风,小到汽车,大到舰船,都需要进行吹风实验。而类似于各种高超音速武器的设计更是需要高超音速风洞持久的数据加持才行!
低速风洞可能仅仅需要一台风扇作为动力就行了,但是速度越高,风扇所能提供的风力就会变得越来越小。坦率来说,风的产生本身是两个空间之间存在着压强差引起的,主要以气流的方式存在。风的流速越高,所能实验的物品的速度上限也就越高!
因此,后来,当科学家希望风速超过声速时,他们将风洞分为两部分。一部分是储存高压气体的球,另一部分是真空。一部分的压力超高,另一部分的压力为零。如果你打开开关,你就会知道高压气体会冲进来。这是超音速风洞最基本的原理。不过,这种方法最终只会形成音速五倍的气流。
要想制造更加高速的气流,传统的方法已经没有作用了。这个时候人们开始引入化学能量来增加风速。也就是通过爆炸产生高压强带来高速气流。当你听到爆炸时你不必担心。炮弹爆炸实际上是在高温高压气体的作用下撕裂外壳并挤出铁珠和碎片的过程。这种爆炸,你不让他产生碎片,让他沿着管道跑,而产生的空气速度。
这种方法虽然将气流速度增加到了一定的程度,但是依然不能获得更高的速度。怎么办呢?我们还可以赋予被测试的飞行器一个速度,让爆炸在两边产生。不但产生超快的气流,同时用爆炸推着被实验物体也做快速运动,这样,两边速度的叠加就可以获取更快的速度!据说在这种方法下,可以获得最快40倍的音速。
风洞最初被英国人发明出来,至今已经发展了数代。这是一个人类智慧的结晶,速度也由最初的风扇驱动的亚音速到了今天的二十几倍音速。技术的进步发展都是无止境的,未来三十倍,甚至五十倍音速的风洞也有可能会建成,只要技术达到就都不是问题。我国着手建造35倍音速风洞我们开篇已经说了,肯定是为了更加高速的武器开发使用的。想象一下,如果导弹的飞行速度可以达到音速的35倍,意味着穿越半个地球的距离只需要十几分钟就能达成,肯定是一款可以突破所有嫌疑防御体系的高技术非对称武器!
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