从模拟到复现 中国将建“超级风洞”
本报记者 马爱平
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据央视新闻频道3月16日报道，中科院高温气动力国家重点实验室工作人员透露，其团队正在研制的新风洞模拟马赫数可达10—25，试验流场直径2.5米，将是世界最高水平。
“作为先进飞行器的研发平台，建最高技术水平的风洞，全世界都在争。我们正在研制的这种新超高速风洞，计划四年左右建成。”21日，该重大项目的首席科学家姜宗林告诉科技日报记者。
风洞技术决定飞行器水平
风洞是推动航空航天飞行器发展的国家重器，一代风洞技术决定一代飞行器的研制水平，代表着一个国家的科研实力。
此次央视报道的“复现高超声速飞行条件激波风洞实验技术”(以下简称“JF12复现风洞”)，有近300米长，是世界上最大的激波风洞，被国际同行称为“超级巨龙”(Hyper-Dragon)，是国际首座可复现高超声速飞行条件的超大型高超声速风洞。姜宗林告诉记者，JF12复现风洞是地面气动试验这顶皇冠上的明珠，也是气体动力学研究领域科研人员心中的珠穆朗玛峰。
基于中国科学院院士、中科院力学所研究员、空气动力学家俞鸿儒的爆轰驱动方法，姜宗林团队从2000年就开始探索复现风洞理论与创新技术验证。经过了16年的艰苦努力，2017年完成JF12复现风洞的系列实验研究。
从国际高超声速风洞技术发展来看，JF12复现风洞突破了三大“卡脖子”的技术瓶颈：风洞驱动功率小、实验时间短、测量精度低。难能可贵的是，在复现风洞团队的研制工作中，从复现风洞理论，到以九项关键技术为核心的技术体系，再到风洞设计，这是一个“跨界”的研究过程。团队成员既是科学家，又是工程师。一套设备，几千张图纸，有多少疑难，就有多少讨论与质疑。通过不断的努力，他们做到了一次安装到位，一次调试成功。
关于JF12复现风洞，中国空气动力学学会专门撰文说：“复现风洞理论和技术解决了困扰高超声速实验60年的世界难题，实现了风洞实验状态从流动‘模拟’到‘复现’的跨越，引领了国际先进风洞试验技术的发展。”
模拟5—25马赫高超音速
目前，世界上与中科院JF10风洞(马赫数7—20)在原理上相近的，是美国1994年为NASA(美国航天局)建成的HYPULSE风洞，其测试速度为5—25马赫，最高据称可达30马赫。此外，美国还有“国家高能激波风洞”(LENS)，速度也可达7—22马赫。
不过，这类风洞尽管测试速度非常高，但试验时间非常短，实验流场小，无法满足具有化学反应流动特征的气动性能试验需求。10—25马赫大型超高速风洞，可支撑高超声速滑翔、大气层再入等飞行器的研制。
据了解，JF12复现风洞团队在中国科学院是一个比较大的群体，由高温气体动力学国家重点实验室的三个课题组组成。姜宗林担任队长，俞鸿儒院士担任学术指导。目前团队主要承担着高超声速和高温气体动力学领域多个基础性和应用基础性研究课题，项目背景都是针对未来人类实现“两个小时内全球旅行”的高超声速飞行器开展的。这包括飞行试验/地面实验数据相关性理论、飞行器气动力/热特性、新型气动热管理概念、飞行器/发动机一体化实验技术和新型高效推进方法探索等。
高超声速复现风洞技术是对世界风洞实验技术的一种跨越，具有自己完整的理论体系。但是，随着时间的推移和宇航技术发展需求的提升，也必将提出更高的要求。“高超声速飞行应该是必然的，但是真正高超声速时代何时才能到来，直至今日，我们仍然在不断努力。”姜宗林说。
“JF12复现风洞可以复现高度25—50千米、马赫数5—9的高超声速飞行条件，主要针对吸气式高超声速巡回飞行器的研发。新风洞将采用我国独创的系列新技术，构建能够覆盖高度40—90千米、马赫数10—25的超高速风洞试验能力，解决天地往返、重复使用飞行器的气动实验问题。”姜宗林说。JF10和JF12两个风洞的结合将形成一座覆盖马赫数5—25范围空天飞行走廊的实验平台，这在国际上是唯一的，水平是领先的。对于我国高超声速学科前沿难题探索和关键技术研发具有重大意义。
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