领先美俄,中国超级风洞是靠“炸”出来的?多亏了这位96岁的老院士。
中国目前在高超音速飞行器领域已经走在了世界的最前列,十几马赫的导弹,月球取样31马赫飞行的返回舱,这些高超音速飞行器的研发都离不开一种机器,即风洞。
风洞的名字翻译的真是恰到好处,一个可以吹高超音速风的“洞”,它建造起来可没有那么简单。
世界上第一台风洞诞生于英国,那时的风洞看起来就像是一个超大号的风箱,发明人名叫韦纳姆。这个风洞的原理与现代风洞已经一样了,固定需要测试的飞行器,利用气流与飞行器的相对运动,模拟飞行器在现实飞行过程中的状态,然后设计人员会按照预订的参数指标进行修改。东风-17的外形是这样的,歼20和美国B2轰炸机也是这样造出来的。
莱特兄弟在1900年建造的风洞气流速度达到了56.3千米/小时,第二年他们建的风洞风速每秒可达到12米,这为人类翱翔于蓝天奠定了基础。而那时中国还处于清朝末年,即便是中国最顶尖的那一批学者也不知道风洞是个什么玩意。
第一次世界大战催生了风洞的发展,1932年,一座具有时代意义的的风洞在瑞士诞生了,它的气体流速首次超过了音速,这个风洞已经可以测试炮弹的气动外形了。这时中国终于搞清楚了风洞是一个什么东西,1934年我国在南昌建设了第一台风洞,可惜后来因为战乱损毁,风洞研制就此停滞。
1956年美国制造出世界最大的跨超音速风洞,可以模拟多种音速环境下的气流情况,能用来研究喷气式飞机、子弹、炮弹和战略洲际导弹的气动外形。
这时很多风洞还是用电力驱动的,制造困难,尺寸大,而且非常浪费电力,一开启就相当于一个小型城市的用电功率,每次使用费用特别高。
这时中国的风洞在钱学森、郭永怀等人的筹划下从头在建。当时太简陋了,风洞的长度和宽度都不过10米,导弹和飞机在研制过程中需要缩小尺寸模型,这样吹出来的气动外形往往不能令人满意。即便是这样,我们也是花了很多人力物力才搞起来,众多大佬对这些风洞一直不满意,毕竟他们在国外见过更厉害的。
直到上世纪60年代,一位风洞领域的天才出现,我们才逆转了这个颓势,他就是俞鸿儒。
俞鸿儒在当时还默默无名,但是他师从钱伟长、郭永怀、林同骥等人,这些都是两弹一星元老级别的大师。被他们教出的徒弟,自然也是天赋异禀的。不要看俞鸿儒这个名字很文雅,他年轻时有个特点,第一是会省钱,第二是胆子大。
当时国际上风洞领域的研究已经进入了一个死胡同,利用涡扇制造的风洞已经满足不了超音速飞行器的设计需要,速度还是太慢了。国际上倒是有一个方法,可以翻过这个死胡同的院墙,那就是使用激波管来替换涡扇。
简单来讲这个激波管就像一门大炮,里面加入可以爆轰的物质,用爆炸后产生的高速冲击波来吹实验飞行器的外形。当时使用的物质主要是氢和氧气,氢的含能高,非常适合做这个。
但是很多国家不愿意用爆轰式的风洞,太危险了,搞不好就把整个实验室给炸了,而且激波产生的气流还极其不稳定,品质很低。
但是俞鸿儒团队就敢做,而且为了省钱,激波管使用的是铸铁材料,按照当时的国际的惯例,应该用不锈钢激波管,但是价格太高了,要几十万上百万元。但那时国家一穷二白,这个违反常规的操作也是不得已。
有一次俞鸿儒团队的实验室就炸了,俞鸿儒很自责,钱学森和郭永怀写信安慰,不要紧,房子炸了再建就好,只要人没事就行。
1963年,在研究JF4A型风洞时,整栋大楼都被炸塌了,俞鸿儒团队面临不小的压力,很多人建议他停下来不要再研究了。但是一帮大佬深知风洞的重要性,还是选择支持俞鸿儒。终于在1969年,俞鸿儒团队成功研制了JF8激波风洞,这个风洞吹出了中国的东风-5系列战略洲际导弹,这款导弹也是我国第一个可以攻击到美国本土的导弹。
当时一个JF8风洞只要8万元造价,同类型的在国外要几千万美元。2012年中国的JF12风洞问世,可以吹出9马赫以上的气流温度高达3000多摄氏度,能够持续100毫秒,美国同类型的只能持续几毫秒。
2023年我国正式对外公布JF22风洞的存在,这款风洞可以设计30马赫的飞行器,欧美国家只能望风兴叹了。
现在,96岁的俞鸿儒院士依旧精神矍铄,他出生在动乱的年代,国家积贫积弱,如今中国的导弹是世界上最先进的,世界头号强国也害怕我们,这里面有俞鸿儒院士的功劳,这是俞老先生个人的幸运,也是中国的幸运。