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建造高超音速风洞的几个难点,让世界上只有极少数国家能够建造

建造高超音速风洞的几个难点,让世界上只有极少数国家能够建造
2020年12月23日 23:30 新浪网 作者 铁戈飞马

  风洞是研究航天航空器的重要设备,其可以通过人工的方式制造并控制气流,来模拟飞行器在飞行时的气体流动情况。风洞实验不仅在研制航空航天飞行器时有重要的作用,在工业领域也有着广泛的应用。如在车辆的空气动力学研究、房屋建筑的设计以及风能利用等方面有着广泛的应用。风洞的种类有很多,难度也随着风洞的实验条件的提升而逐渐增大。一般来说,风洞分为亚音速、跨音速、超音速和高超音速四种,建造难度也是逐渐增大的,这主要是由于风洞的性能所决定的。

  

  风洞的原理并不复杂,其是由洞体、驱动系统和测量控制系统组成的。洞体就是主要的实验部分,可为模型提供必要的实验条件和测量条件。驱动系统主要是用来产生气流的,而测量控制系统则用于各种实验数据的采集和分析。简单来说,风洞就是在洞体内利用驱动系统产生的高速气流,来模拟物体在高速条件下的状态,并对相关数据进行收集分析的装置。高超声速风洞通常是指马赫数在5马赫以上的超音速风洞,主要用于模拟导弹、人造卫星和航天飞机等模型的实验。其技术难度是风洞设备中比较高的,对于一个国家的工业能力有着比较高的要求,因而只有很少的国家有能力制造。

  

  高超音速风洞的制造难点主要集中在以下几个方面。首先,就是要制造出满足需求的高速气流。由于高超音速对于速度的要求比较高,采用传统的风扇产生风力显然难以满足实验条件。因此,高超音速风洞更多的是采用压气机压缩空气,再从狭小的喷管中喷出的方式,以此来达到给气流加速的目的。而且在高超音速状态下,还需要对由此产生的高温进行模拟。这就需要风洞的喷管采用耐高温韧性好的钢管制造而成,还必须做到全程无缝。这就需要很强的工业加工能力和材料技术。同时,喷管内部还要安装各类测量设备,这就需要很强的深孔加工技术,这个技术含量可是非常高的。要知道,同样是耐高温韧性好的无缝炮管,只有少数几个国家可以制造,而且风洞喷管的尺寸要远远大于炮管,这就使得风洞喷管的制造难度更高,对于工业能力的考验也更大。

  

  其次,为了得到所需的数据,需要配套安装大量先进的测量仪器。如毫秒级的高速摄影机、各种姿态传感器、压力和速度传感器等精密的观测仪器。这些设备很多都是限制出口的,即使有钱都是买不到的,只能依靠自己研发,难度可想而知。这不仅需要多学科的技术力量进行支撑,更反映了一个国家在顶尖科技上的技术水平。

  此外,高超音速风洞的使用和维护成本也是非常好的,没有点国力基础还真的玩不转。单单是工作时的惊人耗电量,就足够很多国家望而生畏的了。这还不算建造和平时维护的费用。那么多精密仪器和设备,其使用和维护成本自然也是非常可观的。

  

  正因如此,想要建造高超音速风洞必须要具备强大的全套工业制造和生产能力,还要在材料科学、光学、流体力学等方面拥有雄厚的技术实力,还要有足够的财力给予支撑,这对于一个国家的综合国力要求非常的高。目前也仅有中美俄等极少数国家有能力建造高超音速风洞,并展开高超音速飞行器的研究。正因为有了高超音速风洞,这些国家在高超音速飞行器的研究方面才能走在世界前列。而像欧洲则由于技术和财力问题,无力建造大型超音速风洞,只能将不同类型的风洞分散到不同国家,这就使得其研究受到了很大的限制,也增加了时间和成本。综合来看,高超音速风洞对一个国家的整体实力要求很高,因而只有极少数国家才有能力建造。

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