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攻克世界难题,中国超级风洞的来龙去脉
信息来源:科普中国-科普融合创作与传播 公布日期:2019-10-30 访问次数: 字号:[ ]

  出品:科普中国

  制作:姜宗林 韩桂来 (中国科学院力学研究所)

  监制:中国科学院计算机网络信息中心

中文字幕无线观看高清  21世纪将是高超声速空天飞行的世纪,先进的空天飞行器速度超过5000公里/小时甚至达到10000公里/小时,能够不断提高人类“进入空间”、“探究空间”和“利用空间”的能力,成为各国之间科技竞争的热点和国家实力的象征。

中文字幕无线观看高清  正所谓“一代风洞、一代飞行器”,风洞是空天飞行器研究的最可靠的实验手段,因此这场角逐的基础就是拥有先进的地面实验风洞。面对这场角逐,中国是绝对不能缺席、不能落后的。

中文字幕无线观看高清  目前中国拥有两座世界领先的超级风洞,而在它们的背后,凝聚了中科院力学所几代人的心血。

  中国的两座超级风洞

中文字幕无线观看高清  2008年,“国家重大科研装备研制”项目支持了 “复现高超声速飞行条件激波风洞(JF12复现风洞)”的研制,旨在建立飞行高度25-50公里、飞行速度1.5-3公里/秒、气流总温1500-3500度、喷管出口直径2.5米的复现高超声速飞行条件实验能力。闻名空气动力学家张涵信院士曾评价为“创新理论、胜利实践、中国制造、国际领先”。2016年,JF12复现风洞项目负责人姜宗林获得美国航空航天学会“地面试验奖”,标志着该风洞达到世界领先水平,并得到国际同行广泛认可。

  2018年,国家自然科学基金委员会“国家重大科研仪器研制”项目立项支持“爆轰驱动超高速高焓激波风洞(JF22超高速风洞)”研制,旨在建立飞行高度40-80公里、飞行速度3-10公里/秒、气流总温3000-10000度、喷管出口直径2.5米的超高速高焓流动试验研究能力。

  这两座超级风洞的建设,将为共同国家构建全面掩盖高超声速飞行走廊的“地面飞行”气动实验平台,推动高超声速与高温气体动力学学科进展,大幅提升我国先进高超声速空天飞行器的研发实力。

  上世纪50年代:我国开始高超声速研究

  1946年,钱学森先生定义了高超声速飞行(一般指马赫数大于5)。1950年,钱学森在美国受到不公平待遇,并被阻止回国;直到1955年,通过国家的大力营救,钱学森才平安回到祖国,筹建中国科学院力学研究所。1956年1月,陈毅副总理批复力学研究所成立,任命钱学森担任所长;同年,在钱学森的影响下,郭永怀先生回到力学所工作,长期担任力学所的常务副所长。

左:钱学森(1911-2009),中科院力学所创始人、首任所长,两弹一星功勋科学家,提出卡门—钱公式、高超声速概念等。

中文字幕无线观看高清  右:郭永怀(1909-1968),中科院力学所常务副所长,两弹一星功勋科学家,提出上临界马赫数、PLK方法等。

  钱学森和郭永怀先生高瞻远瞩,战略性地部署了我们国家的高超声速飞行相关研究。郭永怀先生预见到脉冲型风洞设备的重要性,便支持他的学生俞鸿儒(后来成为中科院院士)开展研究。自此,中科院力学所推动着我国激波管、激波风洞技术的进展,并拉开了应用于航天器研制中的序幕,同时逐渐形成一支高温气体动力学基础研究团队。

中文字幕无线观看高清  这支队伍面向国家重大需求、面向国际学术前沿,致力于高超声速、高温气体动力学方面研究。他们淡泊名利,心系国家需求,集智攻关,潜心探究研究世界难题;他们胸怀激情,背负责任,义无反顾地踏上了这充满未知的征程。

  从0到1的突破

中文字幕无线观看高清  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”。

中文字幕无线观看高清  1958年,历经数次实验的失败,俞鸿儒最终胜利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),成为国际首座胜利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

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