领先美俄,中国超级风洞竟然是靠“炸”出来的,这背后多亏了一位96岁的老院士

旅行   2024-12-26 16:05   江西  

中国目前在高超音速飞行器领域已经走在了世界的最前列。十几马赫的导弹、月球取样、31马赫飞行的返回舱,这些高超音速飞行器的研发都离不开一种机器——风洞。风洞这个名字翻译得恰到好处,就是一个能吹出高超音速风的“洞”。然而,它的建造过程远没有想象中那么简单。

世界上第一台风洞诞生于英国,当时它的外形像一个超大号蜂箱,由发明人韦纳姆设计。风洞的原理与现代风洞相同:固定需要测试的飞行器,利用气流与飞行器的相对运动,模拟飞行过程中的状态,然后按照预定参数进行设计优化。东风导弹的外形、歼-20战机和美国飞翼轰炸机的设计都是这样一步步完成的。


1900年,莱特兄弟建造的风洞风速达到了每小时56.3公里;第二年,他们建造的新风洞风速提升到每秒12米。这为人类翱翔蓝天奠定了基础,而当时的中国还处在清朝末年,连风洞是什么都不清楚。


第一次世界大战推动了风洞的发展。1932年,瑞士建造了一座具有里程碑意义的风洞,其气流速度首次突破音速,可用于测试炮弹的气动外形。1934年,中国在南昌建成了第一台风洞,但由于战乱被毁,从此风洞研究停滞不前。

1936年,美国制造出世界上最大的跨超音速风洞,可模拟多种环境下的气流条件,用于研究喷气式飞机、子弹、炮弹以及战略洲际导弹的气动外形。这些风洞主要由电力驱动,体积巨大且耗电量惊人,每次开启消耗的电量相当于一个小型城市,使用成本极高。

当时,中国的风洞建设在钱学森、郭永怀等科学家的推动下从头开始。然而,初期条件过于简陋,风洞长宽不过10米,导弹和飞机的测试模型必须缩小到很小的比例,得出的气动外形往往无法令人满意。即便如此,这些基础设施依然耗费了大量的人力物力。


上世纪60年代,一位天才科学家出现,改变了中国风洞领域的发展。他就是俞鸿儒。当时的俞鸿儒尚未成名,但他师从钱伟长、郭永怀等大师,得到了优秀的传承。他年轻时既会省钱又胆大,敢于尝试新方法。当时国际上风洞研究遇到瓶颈,传统涡扇式风洞已无法满足超音速飞行器的测试需求。


俞鸿儒团队大胆采用激波管代替涡扇风洞。激波管原理类似于一门大炮,利用氢气和氧气爆轰产生的高速冲击波,来模拟超音速气流。然而,这种方法因危险性高而被许多国家拒绝使用,稍有不慎可能导致实验室爆炸,且气流品质不稳定。俞鸿儒团队不仅敢于尝试,还为了节省成本,用铸铁材料代替昂贵的不锈钢。


实验过程中,俞鸿儒团队多次经历事故。一次实验中,实验室发生爆炸,整栋楼被毁。俞鸿儒感到十分自责,钱学森和郭永怀专门写信安慰他:“房子炸了可以再建,只要人没事就好。”最终,俞鸿儒带领团队在1969年研制成功了J-8激波风洞。这一风洞吹出了中国东风-5洲际导弹的气动外形,这是我国第一款能够打击美国本土的战略导弹。

当时,J-8风洞造价仅需8万元,而国际同类风洞的造价高达数千万美元。到了2012年,中国又研制出J-12风洞,其风速可达九马赫以上,持续时间达100毫秒,而美国同类风洞的持续时间仅为几毫秒。2023年,中国正式公布了JF-22风洞,可用于设计30马赫的飞行器,这让欧美国家望尘莫及。


如今,96岁的俞鸿儒依然精神矍铄。他从一个积贫积弱的时代走来,见证了中国从一穷二白到导弹技术世界领先的转变。俞鸿儒院士的贡献不仅是个人的幸运,更是中国的骄傲。

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