风洞简介

风洞

风洞,简单来说就是根据运动相对性原理,模拟各种飞行器在空中飞行的巨大试验设备。风洞是中国航天飞行器的“摇篮”。所有的飞机、火箭、卫星、导弹和宇宙飞船都是由风洞“吹”向天空的。

阳春三月,记者走进中国自主设计建造的亚洲最大垂直风洞,欣赏风洞中独特的风景。

身处人造“天空”

秦岭山顶还下着点点雪,山脚下桃花开。汽车驶过一条蜿蜒的山路,眼前的景象豁然开朗:一座五层小楼在青山间拔地而起。

“我们到了。这是亚洲最大的垂直风洞。”听到随行工作人员的介绍,记者感到有些失望,因为眼前的景象和他想象的完全不一样。新建的垂直风洞不高,看起来也不威武,甚至比城市里常见的摩天大楼还不如。

从外面看,和普通房子唯一的区别就是楼后面有一根粗大的铁管。技术人员告诉记者:“你可不能小看这个铁家伙,它是产生气流的主要通道。”

其实,在风洞平凡的外表下,有一颗神奇的“心”。步入其中,记者发现,这片人造的“天空”完全是用高科技成果堆砌而成。

风洞建造是一门多学科、跨学科的系统集成学科,涵盖空气动力学、材料科学、声学等20多个专业领域。整个垂直风洞从破土动工到第一次通风试验只用了两年半的时间,创造了我国风洞建设史上的奇迹。

在大厅里,旋转楼梯被两条巨大的管道环绕,十分壮观!与其说它是一个实验装置,不如说它是一件前卫的建筑艺术品。

一路走访,记者发现风洞有不少“亮点”:两台摄像机同时采集测试图像,计算机自动判读处理;率先将世界最先进的中压变频调速技术应用于风洞主传动系统控制,电机转速精度提高50%...

该负责人表示,垂直风洞是中国庞大的风洞家族中最引人注目的新星。目前只有少数发达国家有这种风洞。

感受“风”的魅力

风,来去无踪,极其自由。但在基地科研人员手里,看不见的、无处不在的风,可以梳理成各种规则、强度、形状的气流。

记者正巧赶上,一架飞机模型的自由尾旋改进试验正在垂直风洞中进行。

什么是旋转?指飞机在连续失速状态下旋转时急剧下降的现象。在人们完全理解之前,自旋的后果只有一个:机毁人亡。数据显示,从1966到1973,美国因尾旋事故损失了数百架F-4飞机。

在控制中心,服务员轻弹按钮,巨大的马达开始转动。记者不由自主地用手捂住耳朵,以抵御即将到来的“雷鸣般的吼声”。没想到,想象中的噪音没有来,只有空气流过小溪的浅吟。30米/秒,50米/秒...风速已经到了极点,记者站在隔热良好的实验段旁,却没有领略到“风起云涌”的意境。

你知道50 m/s风速的概念吗?比飓风好!服务员告诉记者,如果把人放在实验段,就能体验到被风吹起,被风吹飞的感觉。

中国第一座垂直风洞已经形成了强大的试验能力。该负责人告诉记者,该型风洞不仅可以完成现有水平风洞中的大部分常规试验项目,还可以完成返回式卫星和载人飞船回收过程中的飞行器尾旋性能评估和气动稳定性试验。

数据传输器

世界上公认的第一座风洞是英国人在1871年建造的。1901年,美国莱特兄弟建造了风速为12米/秒的风洞,从而发明了世界上第一架飞机。20世纪中期出现了大量的风洞。到目前为止,我国已有低速、高速、超高速和激波、电弧等风洞。

群山连绵,植被茂密。从外面看,很难想象山中有洞,卧虎藏龙。这些人工开凿的巨大洞穴绵延数公里,跨越数座大山,形成了中国乃至亚洲最大的风洞群,包括低速风洞群、高速风洞群和超高速风洞群,应用于不同的研究和试验领域。

2.4m× 2.4m大型风洞是亚洲最大的跨音速风洞。走进这座世界一流的风洞,我看到一个新的国产导弹模型正在接受严格的空气动力学测试。站在现代化的试验大厅里,听着滚滚风雷的轰鸣,看着大屏幕上不断跳动的试验数据,记者的血液一下子沸腾了。

风洞试验简单来说就是根据运动的相对性原理,将飞行器的模型或物体固定在地面的人工环境中,人为制造气流使其流过,从而在空中模拟各种复杂的飞行状态,获取试验数据。这是现代飞机、导弹、火箭等武器研制定型的必由之路。

在高速风洞研究所的陈列室里,一排排“长征”系列运载火箭、各种新型作战飞机、各种型号的战略战术导弹令人眼花缭乱。该所负责人告诉记者,空气动力学是航空航天工业的基础学科。风洞试验作为其主要研究手段,其水平与一个国家的尖端科技,尤其是国防军事实力密切相关。

因此,世界发达国家都非常重视空气动力学实验研究机构的发展。据了解,德国在1907建立了“哥廷根空气动力实验所”,此后不惜重金建设了多座低速、高速、超高速和特种风洞,在世界上率先研制出喷气式飞机和弹道导弹;美国在1915成立了国家空气动力研究所。

新中国从零开始发展航天事业时,风洞成为制约技术发展的“瓶颈”。发达国家有了高性能的飞机和导弹,中国自己的飞机和导弹却要花很多外汇,拿到他国风洞里测试,看别人脸色。今天,任何先进的导弹或飞机都可以在中国自己的风洞里拿到工厂“通行证”。仅去年一年,该中心高速风洞研究所就先后尝试解决数百项技术难题,吹风试验5次破纪录。

风洞人士告诉记者,这些先进设备就是从这里的风洞里“吹”出来的。他们说那只是“当年的勇敢”。此刻,我们所在的2.4m× 2.4m风洞宣布在1997+2月进行第一次通风测试。在这个大型风洞中,任何导弹和战斗机的模拟状态都更接近实际飞行,可以获得更准确的试验数据。目前,我军新型导弹和战斗机将首先从这里起飞,准确命中目标,在蓝天上自由翱翔。

飞船首先在这里的“苍穹”漫游。

“神舟”飞船返回舱大大小小的模型摆在记者面前,数起来有100多个。还有今年5月刚刚发射的海洋一号和风云一号的卫星模型。

这是中心的超高速风洞研究所。在宽敞明亮的试验大厅里,该所负责人告诉记者,航天技术是大国地位和国防实力的展示,包括神舟飞船及其逃逸塔和返回舱在内的所有航天飞行器都要先在风洞中“遨游太空”。特别是飞船的返回舱在返回地球的过程中会穿过大气层,会受到摩擦产生的高温以及风、雨、雷、电影的声音。因此,不仅其外观设计要经过“吹”,其耐热材料的选择也要经过多次风洞试验。

记者看到,加工好的“神舟”号返回舱模型被科研人员送到弧形风洞进行“热环境烧蚀”模拟试验。洞内高达数千摄氏度的高温气流,将模型外壳的防热材料烧成明显的“蜂巢”状。技术人员说,返回舱壳体的防热材料不仅要耐高温,而且烧蚀后对其形状和均匀性也有严格要求。为了选择最好的材料,这里重复了上千次实验。

冲击波风洞和矗立在对岸的1.2m× 1.2m风洞,也是完成飞船返回舱试验的“功勋风洞”。激波风洞是国内最大的脉冲式超高速气动和气动热试验设备,可短时间运行。可以模拟6~16倍音速的高速飞行器的飞行环境,为飞行器在太空飞行的气动特性研究提供准确的数据。在1.2m× 1.2m的风洞中,“神舟”飞船、返回舱、逃逸塔等大量模型经过了上千次的气动试验,获得了上万个技术参数。只有反复提取试验数据,多次修改设计方案,才能迎来中国“神舟”飞天的辉煌时刻。

4月1日,记者在神舟飞船着陆场见证了神舟三号返回舱的着陆,亲眼看到从返回舱上垂下的90多根伞绳整齐有序,没有任何缠绕。现场专家表示,不仅返回舱壳体材料烧蚀达到最佳状态,着陆姿态也达到最佳状态,说明飞船的气动试验达到了较高水平。

可以预见,在不久的将来,飞出这个洞穴的“神舟四号”、“神舟五号”也将在浩瀚的太空书写神奇的篇章。

成为国民经济的主战场

漫步在大大小小的风洞群中,记者的目光被一个8米×6米、长237米的庞然大物所吸引——这是亚洲最大的低速风洞。这条盘踞在大山沟里的“龙”,曾获国家科技进步奖金奖。中国著名的高层建筑,如东方明珠电视塔、Xi仿古塔、成都体育馆等,都是从这里获得“准生证”的。

低速风洞研究所负责人告诉记者,高层建筑、形状复杂的建筑、桥梁等风致振动现象的风洞模拟试验,可以为抗风抗震设计提供可靠依据。

据说第一个针对建筑物的“风”警报来自30多年前的美国。1971年,美国著名桥梁专家设计建造的第一座斜拉桥在强台风中扭曲断裂。

65438-0979,该中心承担了红水河铁路桥模型风洞试验,揭开了我国民用建筑抗风研究的第一页。从此,风洞的应用范围从单一的军工产品扩展到了广阔的国民经济主战场。

在这里的实验馆里,有上海东方明珠电视塔、北京新首都机场航站楼、厦门海沧大桥等许多精美绝伦的建筑模型。技术人员说,东方明珠塔设计之初,在低速风洞中进行了上千次模型吹风试验,对设计进行了修改。1994年8月,我国东南沿海地区遭遇强台风袭击,多栋高楼在大风中倒塌,东方明珠却安然无恙。北京新首都机场大楼风洞试验后发现,大楼一侧出现负压,修改设计后地面断裂。厦门海沧大桥是厦门有史以来最大的桥梁。该中心对大桥模型进行了全面的空气动力测试,并提出了明确的设计修改建议,以确保遭受台风灾害的厦门人民能够使用放心的大桥。

磁悬浮高速列车和新一代中型货车也从这里出发。中国的解放牌、东风牌中型货车几十年不变,气动阻力系数比国外同类货车高20%,油耗高10%。“八五”期间,东风汽车技术中心与空气动力研究中心合作攻关,经过四年的努力,设计出一款新车型,其气动阻力和油耗指标分别接近和达到国际先进水平。

亚洲微笑着迎接新的挑战。

几年前,对中国的空气动力学研究成果有一个戏剧性的“国际误解”——当国际社会确认中国拥有相当高水平的空气动力学研究设施时,美国人坚持认为是苏联帮忙,而俄罗斯人坚信是美国暗中帮忙。过了好几年,他们才不得不承认这是中国人通过自己的努力创造的奇迹。

上世纪60年代,一批来自北京、沈阳、哈尔滨的知识精英来到这个深沟,开始了艰苦创业。如今,这里建成了亚洲最大的风洞群,拥有低速、高速、超高速风洞,具备飞机、导弹、卫星、运载火箭、飞船等各种空天飞行器的气动研究和试验能力。世界著名的空气动力学家、法国航空航天学院院长奥利维耶博士来到这里感叹道:“我深信这是一项世界性的成就,可以使中国获得巨大成功!”

然而,中国风洞的人一点也不自满。在空气动力中心的几天里,记者发现所有的“风洞人”都在忙碌。科研一线的技术人员说,随着现代军事科技的飞速发展,各种新型武器装备迅速出现,我们风洞组很难完全满足新装备发展的需要。因此,这里正在进行大规模的技术改造。

记者看到,某新型导弹正在改进后的风洞环境中进行新一轮测试。它要经受风、雨、雷、电、火、沙等各种条件下的严格考验。

经过风洞和纪念碑。近年来,空气动力学研究中心以人才建洞,以洞育人,培养了一大批年轻的高素质人才。在这里,记者总能感受到奋斗者的骄傲,奉献者的胸怀,开拓者的朝气与活力。

在世界航天领域,中国的“风洞人”将开拓更广阔的发展空间。