最近,我国 JF-22 风洞的内部结构被曝光了,这款能达到 30 马赫的大国重器,在网上可火了。
央视报道称,JF-22 超高速风洞已在北京市怀柔科学城通过验收。这款风洞系统还有个名称,叫“爆轰驱动超高速高焓激波风洞”。那么,这种技术真的比美国领先 20 年吗?
【上世纪落后西方50年】
我们先来聊聊风洞是干啥的。好多飞行器上天前,都得做个模拟飞行测试,风洞就是这测试实验的关键装备。
风洞可以提供很强的风力,让飞行器像在空中飞一样。这样就能准确地测出飞行器的各种数据。比如歼 20 战斗机、东风系列导弹、神州飞船等,都是用风洞测出来的。所以说,风洞就像飞行器的摇篮。
不过,风洞作用确实重要,但在过去,我国风洞项目发展状况一言难尽,简单说就是比西方落后 50 年。
1871 年,西方就开始风洞试验了,而我国直到 1936 年才有了自己的风洞。但这个风洞还没用上就失败了,因为第二年抗战爆发,风洞的设计主办方清华大学只能带着全部家当南迁逃难。
1937 年,风洞设计组南下至南昌,并筹建了第二个低速风洞。然而,1938 年日军打到南昌,我国的风洞项目又一次失败了。此后,我国的风洞试验差不多停滞了 20 年。
【时间和速度不可兼得】
那西方呢,特别是美国,因为本土没遭受战争的影响,所以能全力发展风洞。这样一来,美国就研发出了艾姆斯巨型低速风洞、LENS XX 风洞等各种风洞。
但西方国家发展虽快,却都卡在了“时间和速度不可兼得”这道难关上。
这该咋理解呢?就比如风洞运行时需要加热,这样才能模拟真实的空气摩擦效应。可在这高温高压的环境下,风洞里面的储气罐就容易解体。
为了防止储气罐解体,实验人员不得不缩短风洞试验时间,导致每架飞行器的实验数据有限。如果想延长时间,就必须降低压力,可这样速度也会降低,这就是所谓的“鱼和熊掌不可兼得”。
这情况,西方国家也没办法。只能往里砸钱,想通过大量试验,选出性价比高的风洞。那时候,运行 1 小时风洞,得烧掉 10 万度电,这电费太高,全世界没几个国家用得起。
【爆轰驱动法的弯道超车】
我国在发现西方国家的这个问题以后,仔细揣摩了一番,认为我们不能像西方国家那样,全靠砸钱取胜。不然的话,这些钱还不够烧电的。为今之计,只有换个思路,才能实现“弯道超车”。
所以在这种情况下,我国流体力学副博士俞鸿儒,决定采用一种氢氧爆轰驱动法,来打造一台全新的风洞。按照俞鸿儒的分析,到时候氢气和氧气混合爆炸以后,可以产生8000度的高温。理论上可以让风洞速度达到30马赫,可以说是风洞界的“顶流”了。
当然了,虽然这种方法放在当时很炸裂,但危险性也很强。俞鸿儒曾回忆,他们在研发JF-8激波风洞的时候,差点儿把实验室都炸了。由此可见,凡事都是一把双刃剑,能给你带来捷径的同时,也能给你带来伤害。
好在俞鸿儒的团队比较幸运,在实验室没有被炸毁之前,成功研发出了我国的风洞鼻祖——JF-8激波风洞。在这个基础上,接下来的风洞设计就好办多了。俞鸿儒的弟子姜宗林,沿袭了师父的那套氢氧爆轰驱动法,设计出了一套又一套的新型风洞。
最终,在2012年的时候,姜宗林的团队研发出来了新一代爆轰式高超声速风洞——JF-12。自此,我国终于在风洞项目上扬眉吞气了一回。
从那时候的性能对比来看,我国的JF-12风洞,完全碾压国外的一系列风洞。在速度方面,JF-12的风速达到了9马赫,而美国用于测试X-51高超音速飞行器的风洞,速度仅仅只有7.5马赫。
在时长方面,JF-12风洞的时长达到了130毫秒,而美国最先进风洞的速度仅仅只有30毫秒,日本的风洞更是只有2毫秒。孰优孰劣,高下立判。
【美国的抄袭】
西方看到我国的风洞进展居然这么快,不禁大惊失色,企图打造一款更为先进的风洞,来压制我国。就这样,在2021年时,美国授权军火巨头诺斯罗普·格鲁曼公司,让他们打造一款名为HYPULSE的风洞,以此来挽回美国的面子。
但是,格鲁曼公司的头儿做了一系列调查后,觉得用美国的技术路线,HYPULSE 风洞的性能根本不可能突飞猛进。于是,格鲁曼公司的头儿想了个歪招,那就是抄袭。
该公司负责人不是说了嘛,中国风洞采用爆轰式驱动,最能提升风洞的基础性能。所以 HYPULSE 风洞接下来也会用爆轰式驱动的模式来全面设计。
这么看来,美国已经把抄袭这事公开化了。这也意味着我们国家的风洞技术,早就是世界顶尖水平了,远超西方国家。而且当年超过西方国家的风洞只是 JF-12,现在的 JF-22,肯定能把西方国家远远甩在后面。
【JF-22有多强】
姜宗林介绍,新推出的 JF-22 风洞,其驱动能力比 JF-12 强 10 倍,能产生 30 马赫的速度,换算下来就是 10 公里/秒,超过第一宇宙速度(7.9 公里/秒)基本没问题。
在这种情况下,JF-22 接下来的测试对象,那将是无数可以奔向宇宙的航天器,而非普通飞机。姜宗林本人也表示,像一般的飞机和弹道导弹,根本用不上这么好的风洞。只有像白帝六代机这种战斗机,才有资格在 JF-22 的风洞里面遨游。
可以想见,JF-22 风洞要是大规模投入使用,接下来可能会用来搞“腾云工程”那样的天地往返系统。这种系统跟一般飞行器的最大不同,在于它能用来飞大型空天飞机。
这些飞机像神仙的坐骑一样,可以在太空和地球之间往返。所以,腾云工程就是南天门计划。由此可见,JF-22 风洞的出现,就是南天门计划开始的迹象。
【美国会超越我们吗】
这事儿吧,好多人可能都有疑问,美国既然都开始抄了,要是抄出了精髓,那不得把我们超了?到时候他们要是也搞个啥南天门争霸赛,那咋整?
这种问题不用太担心。目前美国主要把航天力量都给了 SpaceX 这家私企,NASA 就跟地主家的傻儿子似的,几十年都没进步,美国也不指望自家航天官方机构能有啥突破。
而且现在很多高管都把权力让给马斯克这类年轻人了,所以未来美国航空航天的资源可能会更多地倾向马斯克这类人。
但其实很多人都了解,马斯克的工作重心,不在风洞和空天飞机上,也不在什么南天门计划。他最的是火星探测,以及人类在其他星球上能否生存的问题。所以这家伙和我们完全是两个方向。既然是两个方向,那就不存在冲突,说不定还能相互补充,进而产生合作。
所以说,美国在这方面想超越我们,简直是天方夜谭。要知道,我们的风洞已经领先他们 20 年了,现在想超越,根本不可能!
【结尾】
总的来说,我国在风洞研发这条路上,真的是吃了很多苦,走得很艰难。从抗战时期到建国后,感觉每一步都被国外压着打。好在有很多科学家呕心沥血,为我国的科技发展贡献力量,这才让我国有了一个能在世界上拿得出手的大国重器。
如果没有意外,像 JF-22 这种顶级风洞,会让我国各类飞行器更上一层楼,具体能到什么高度,就看风洞速度有多快了。