高超音速风洞的难点在哪里?为什么世界上只有极少数国家能够建造超音速风洞?

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所谓风洞其实就是通过一个管道往飞行器表面吹拂气流,模拟其在快速飞行过程中所受到气流影响以及姿态变化。除此之外,风洞还必须通过高精密的观测仪器,全程记录整个过程和所有数据,由于其外形活像一个吹风的洞,因此也就得名为风洞。目前不管是战斗机、运输机、导弹、火箭,甚至是和谐号高速列车和小汽车都需要通过风洞的试验来检验其机体结构和气动布局。能不能设计出优秀的飞机,很大一部分原因取决于你是否拥有合格的风洞。

风洞当然也是分等级的,主要有亚音速风洞、跨音速风洞、超音速风洞、高超音速风洞这四种。一般来说,风速越快,建造难度就越高,一架合格的战斗机需要通过亚音速、跨音速、超音速至少三种风洞的吹拂才能得到全环境下的各种数据。所以建造风洞一般都是成组配套的风洞群,这就造成了投资金额的直线上升。

建造一个小型亚音速风洞的价格都是以千万计算,而超音速风洞的价格就是以亿为单价了。欧洲各国经济实力都不错,但是体量太小,所以也只能将风洞分散在法国、德国、西班牙、意大利多个国家,你建一个、我建一个,这就能降低成本了,只不过要进行实验的时候就得挪来挪去,相当麻烦。欧洲目前玩不了五代机,和没有合格的超音速风洞也有很大关系。

▲风洞群

全世界目前能够建造超音速风洞的只有五常、日本、德国等不到十个国家,而能要高超音速风洞的只剩下中美俄这三个国家了。印度造不了合格风洞,光辉战机难产了三十年,目前还没有成型,日本造不了高超音速风洞,所谓的高超音速导弹也只能停留在PPT状态,始终无法成型。

▲日本的PPT版高超音速导弹

全世界规格最高的风洞为美国在加利福尼亚的LENS-X超音速风洞,其模拟风速超过25马赫,这也让美国得以在21世纪初就制造除了速度达到6.8马赫的X-43A型高超音速飞行器。而俄罗斯在西伯利亚也拥有AT-303这样的20马赫以上的风洞群,因此俄罗斯才能制造出诸如先锋导弹、皓石导弹、匕首导弹这样领先世界的高超音速导弹。
▲X43A

而全世界目前最先进的风洞为我国在四川绵阳建设的JF12高超音速风洞,虽然这个风洞的最高风速只能达到约9马赫,但是其采用了我国独创的反向轰爆激波驱动模式,试验时间高达100毫秒,喷管直径2.5米,均明显高过西方产品,而我们即将建设成功的JF22风洞,最高风速达到30马赫,全指标超越美国LENS-X风洞,真正是世界风洞之王。东风17之所以成功,与我国目前拥有世界最庞大的高超音速风洞群有着莫大的关系。

大型风洞之所以难建,除了投资巨大之外,技术含量高也是一道难以逾越的天堑。低速风洞一般采用风扇制造气流,而超音速风洞则必须利用压气机压缩空气,然后从狭小的喷管中喷出,从而加速气流运动。由于气压高,并且还要模拟高音速飞行下2500℃以上的高温,所以喷管必须采用耐高温、韧性好的无缝合金钢管制造而成,由于钢管内部还要加装各类设备,因此制造喷管还必须掌握深孔加工技术,而这是制造大口径火炮身管的必备工艺,技术含量相当高。

其次制造出了风洞,还得需要配套的观测和记录设备,这其中就包括了毫秒级超速摄影机、姿态传感器、高精度压力记录仪等多种高新技术设备,而这些设备往往都是国外禁止出口的军用级产品,除了自己开发,别无他法。所以想要制造出一个堪用的高速风洞,没有整个国家完整的工业体系配套,没有强大的工业制造能力,是想也不要去想的,乖乖花高价求着别人给自己用,别人都不一定会给!

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