攻克世界难题,中国超级风洞的来龙去脉( 二 )


俞鸿儒当时刚满28岁 , 考上了钱学森和郭永怀的研究生 。 作为我国高超声速研究的第二代科学家 , 他把一生都投入了风洞之中 。 在两位导师的支持下 , 俞鸿儒选择了氢氧燃烧驱动激波管的研究方向 , 由于气流品质低 , 易出事故 , 这种实验方法在当时并不被国际认可 , 但是 , 由于当时国内物资匮乏 , 只能选择这种成本低廉的办法 , 俞鸿儒还是选择迎难而上 。 俞鸿儒曾回忆道:“后来我们出了好多次事故 , 一次最严重的事 , 把实验室的房子都炸了” 。
1958年 , 历经数次实验的失败 , 俞鸿儒最终成功研制出了我国第一代激波管 , 这让中国人在风洞研究领域 , 实现了从0到1的突破 。 1962-1964年 , 先后研制成JF4直通型激波风洞和JF4A反射型激波风洞;4年后 , JF8激波风洞问世 , 性能参数达到国际水平;上世纪九十年代 , 建成氢氧爆轰驱动高焓激波风洞(JF10) , 成为国际首座成功运行的爆轰驱动激波风洞 , 为我国高超声速风洞的研究奠定了坚实的基础 , 而俞鸿儒也从风华正茂的年轻人变成年近七旬的长者 。 1999年 , 俞鸿儒院士将姜宗林引进回国 , 加入这支由钱学森和郭永怀创立、历经半个世纪的科研团队 。
俞鸿儒院士
JF8A高超声速激波风洞/炮风洞
JF10氢氧爆轰驱动高焓激波风洞
激波风洞团队主要成员合影
高超声速“地面飞行”实验 只有中国能做
业内常言“一代风洞、一代飞行器” , 风洞是飞行器的“摇篮” , 飞行器研发必须经过成千上万次的风洞试验 , 对空气动力学参数进行考证和改进 。
临近空间飞行器和天地往返飞行器速度范围覆盖了1.5-10公里/秒、飞行高度20-80公里 , 几乎涵盖了整个大气层 。 对应于这样的飞行条件 , 飞行器周围的空气不再是一成不变的双原子理想介质 , 空气分子微团发生了复杂的热化学过程 , 包括分子振动激发、解离与复合、电离等现象 , 颠覆了传统风洞实验相似模拟准则 。 因此 , 地面实验装置必须具备能够反映“高超声速流动独有的热化学反应机制”的能力 , 使得地面设备的实验条件与飞行条件接近或者一致 , 即实现“地面飞行”实验 。
“地面飞行”实验六十年研发步履艰难 , 主要根源为传统高超声速风洞驱动功率小、实验时间短、测量精度低 , 从而导致流动参数失真、气体介质特性失真和实验模型几何尺度失真 。 因此 , “地面飞行”实验难度极大 , 可谓难于上青天 。
目前 , 国际上仅有中国的JF12复现风洞(已建)和JF22超高速风洞(在建)具备高超声速“地面飞行”实验的能力 。 JF12复现风洞已经北京怀柔美丽的雁栖湖畔建成 , 构成了“钱学森国家工程科学实验基地”的重要部分 , 是中国科学院北京怀柔科教产业园的第一个落户启动的项目 。 2016年 , 该产业园已经在国家层面升级成为世界级原始创新战略高地——怀柔科学城 。
JF12复现风洞总长265米 , 是迄今世界上最大、性能最先进的激波风洞 , 成就了我国自主研制大型、先进科研装备的先例 , 开创了我国大型气动实验装备建设由仿制向创新研制转变的新纪元:(1)提出大功率激波风洞爆轰驱动技术 , 变革了国际主流机械压缩模式;(2)提出长实验时间激波风洞技术 , 有效实验时间提升一个量级;(3)提出复现风洞高精度测量技术 , 大幅度提升极端条件下测量精准度 。
JF12复现高超声速飞行条件激波风洞
苦尽甘来、成绩斐然
在姜宗林研究员的带领下 , JF12复现风洞经过4年建设 , 于2012年5月顺利通过验收 , 验收委员会一致认为 , 该风洞同时实现了四项关键技术指标 , 整体性能处于国际领先水平 。 2015年 , 中国空气动力学会组织的鉴定委员会认为 , 该风洞实验状态从“模拟”到“复现”的跨越 , 攻克了60年来久攻未破的世界难题 , 代表了国际高超声速风洞技术的领先水平 , 对于新世纪宇航技术发展具有开创性影响 。

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