中国科技｜高超音速武器摇篮 中国超级风洞领先世界30年

刊登日期 : 2022-02-05

中国科技｜风洞模拟气动 设计飞行器的必需设备

　　风洞其实就是风洞实验室，具体来说就是一组有人造气流的管道。它通过控制气流速度强弱，模拟空气流经物体时产生的气动效应，高端飞行器，例如飞机和导弹，研发过程都不开这设备，故风洞也被称为“飞行器的摇篮”。

　　按照气流速度，风洞可分为亚音速和超音速等种类。亚音速的小型风洞通常以高速风扇提供气流，而超音速风洞则多以预先储存的气体，在短暂的几秒、甚至几毫秒中释放，形成威力巨大的冲击风力。

　　具体来说，科研人员没法让飞行器在地面上“飞”以检视气动效应，或者飞行器还没研发出来，这时就要依比例做一个模型，把它固定在风洞里，利用人造高速气流来“吹”它，藉此模拟在天上飞的过程，并通过仪器取得气流、压力、温度等数据，以修正设计的偏差。

　　这个过程，工程人员通俗地称为“吹风”。上世纪美国研发太空穿梭机，就曾进行多达100,000小时的“吹风”。

　　除了飞行器，风洞测试也扩大到其他追求速度的高科技领域，例如高铁、舰船、跑车等。

中国科技｜风洞助力运动员征战北京冬奥

　　而大家可能没想到的是，风洞还应用到运动方面，例如在东京奥运夺金的中国女子4人双桨赛艇队，就曾在风洞作空气阻力测试；参加北京冬奥的中国跳台速滑队，还有雪车项目，也需风洞的助力。当然，这些风洞设计与测试飞行器的大不相同。

　　风洞并不是新事物，世界上第一座风洞1871年出现在英国，20世纪初莱特兄弟研发飞机，也使用过风洞，只是现代风洞相关设计和速度，和当年不可同日而语。

　　事实上，要研发的飞机和飞行器要有多高速，就必须要有相应速度的风洞，也就是专家所说的“一代风洞，一代飞行器”。

　　但速度愈高、愈大型的风洞，设计和建造技术难度也愈大，成本之高更不在话下，因此顶级风洞只有少数国家拥有，可说是国之重器。

　　中国在风洞的建设方面起步较晚，但经过数十年发展，已从“跟跑”发展至世界领先。例如在四川山区，当局建有规模仅次于美、俄，居世界第三的风洞群，中国很多款现役战机就曾在这里“吹风”。

　　而位于北京怀柔的JF-12风洞项目，亦于2012年研制成功。它能在200多米长的管道中模拟出5至9倍音速飞行条件，技术至今仍是世界顶尖流的，而火箭军的东风-17导弹即在此测试。

中国科技｜JF-22风洞建成 模拟30倍音速

　　东风-17是全球第一款服役的高超音速武器，中国此方面技术已领先美国。有分析认为，美国渐见落后的一大原因，便是风洞设备不给力；目前美国最先进的LENSⅡ风洞，模拟速度也只有7倍音速。

　　当然，中国的风洞发展还不止于JF-12，同样位于北京怀柔、更受世界瞩目的JF-22超级风洞，亦会在2022年建成。

　　根据官方资料，JF-22是靠化学爆炸产生高速气流，能模拟在4万至10万米高空中，30倍音速的飞行条件，也就是每秒10公里的速度。飞行器在这种速度下，表面温度可能10,000度，热得足以把空气分子分解成原子。

　　JF-22还有一个强横数据，就是它的实验时间达到100毫秒。不要小看这“瞬间”，要知LENSⅡ只有30毫秒，而实验时间愈长，所做的实验也可以更先进、更全面。

　　专家指出，JF-22超级风洞建成后，结合在北京现有设备，将使中国在高超音速技术上领先西方20至30年。

　　那中国的领先有什么具体内容？当局已明确表示，研发JF-22超级风洞的目标，就是要助力开发“天地往返飞行器”和“高超音速飞行器”。

中国科技｜研发高超音速武器 一小时打遍全球

　　天地往返飞行器是一种可运行航天发射任务、并多次重复使用的“空天飞机”，可视作升级版太空穿梭机，它既可载人，也可运货，前者满足太空旅游、运送太空人等需求，后者能用于卫星发射、太空站货物补给等。

　　从媒体曝光的展览内容所见，这空天飞机是“大飞机机背小飞机”的形式，相信它是用作为“母机”的“大飞机”，把“子机”载到高空，然后“子机”再发动引擎加速飞上太空，运行任务后再返回地球，如普通飞机般水平着陆。

　　该展览的展板显示，天地往返飞行器速度将达到25马赫（25倍音速）。

　　JF-22超级风洞项目负责人姜宗林曾向传媒表示，天地往返飞行器开发成功，可以把卫星和航天器的发射费用减掉90%。

　　至于“高超声速飞行器”，外界相信是属于武器范畴，而展板上标注着“全球到达”的高超音速飞行器，也与美国“快速全球打击计划”中“乘波者”飞行器高度类似。

　　根据展板所示，高超音速飞行器最高速度12马赫（12倍音速），接近可以一小时打遍全球；它也肯定会令美国的反弹道导弹系统变成摆设。