沙漠里长出的超高音速武器 背后却是超级风洞!

文摘   2024-11-14 00:01   四川  

          10月15日宣布,美军的先遣部队和部分“萨德”(THAAD)反导系统组件已经抵达以色列,这一过程将持续一段时间,直到“萨德”系统全面投入使用。美国方面多次就对以提供“萨德”表示,其目的是支持以色列的“自卫权”。这样一来,在美国的帮助下,以色列自己构建了多层反导网络,包括高层的“箭-2”“箭-3”、“大卫投石索”、“爱国者”反导系统、萨德反导系统。

但非常神奇的事情发生了,10月22 日那天,就像开了挂一样,胡赛武装发射出高超音速导弹。这导弹可不是吃素的,一路火花带闪电,巧妙地避开了美国和以色列那所谓的铜墙铁壁般的防御系统,然后 “嗖” 地一下,直接落在以色列特拉维夫东部的军事基地。那场面简直就像电影里的超级大片一样刺激。胡塞武装的发言人萨雷亚那叫一个霸气,直接宣布他们用的是 “巴勒斯坦 -2 型” 高超音速导弹,据说是在沙漠里捡到的!该导弹能够突破以色列的四重防线的原因主要有以下几点:首先,高超的末段变轨能力使得敌方反导系统难以预测其轨迹,无法进行有效的拦截;其次,16 马赫的高速飞行让敌方的反应时间极短,增加了拦截的难度。

但放眼当今世界,即便是英国、法国、美国、以色列等军事强国,都无法实现16马赫或以上超高音速导弹,可偏偏胡赛武装、80后、波斯猫等区域强国甚至是地方武装却有此神器,特别是人称拖鞋军的胡赛武装竟然能够在黄沙茫茫的沙漠里捡到此神器!

欧美人之所以做不出该神器的最重要一个原因,就是他们到今天为止都缺乏超高音速风洞!

风洞(wind tunnel)即风洞实验室,是以人工的方式产生并且控制气流,用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况,并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备,它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用,随着工业空气动力学的发展,在交通运输、房屋建筑、风能利用等领域更是不可或缺的。这种实验方法,流动条件容易控制。实验时,常将模型或实物固定在风洞中进行反复吹风,通过测控仪器和设备取得实验数据。

世界上公认的第一个风洞是英国人韦纳姆(E.Mariotte)于1869~1871年建成,并测量了物体与空气相对运动时受到的阻力。风洞主要由洞体、驱动系统和测量控制系统组成,各部分的形式因风洞类型而不同。许多国家相继建造了不少较大尺寸的低速风洞。基本上有两种形式,一种是法国人A.-G.埃菲尔设计的直流式风洞;另一种是德国人L.普朗特设计的回流式风洞。现在世界上最大的低速风洞是美国国家航空和航天局(NASA)埃姆斯(Ames)研究中心的12.2米×24.4米全尺寸低速风洞。但低速风洞对于研究超高音速导弹是没有太大作用的。

西方国家在研发高超音速导弹方面失败的原因有很多,其中缺乏大型风洞测试设施是关键因素之一。欧美选择了计算机流体力学(CFD)模拟,放弃了费劲建设大型超高音速风洞群,而事实证明钱学森当年认为放在风洞里面吹一下更保险的直觉是正确的。这其中关键因素在于,计算机模拟数据一定要基于真实数据基础之上,否则就是瞎模拟,与自然环境总会有差别,有的甚至是致命差别。另外,大型风洞需要强大电力系统支持,这也是西方国家所不具备的。

钱学森、郭永怀两位顶级科学家早在上世纪五六十年代,就战略性提出了建设风洞计划。中科院力学所组建起我国首个高超声速激波风洞科研攻关团队,团队放弃当时国际通行技术,通过几十年的技术攻关,另辟蹊径实现爆轰驱动理论创新。之后第二代风洞人俞鸿儒、第三代风洞人姜宗林等,用数十年接力,将高超声速复现激波风洞的试验时间提高到了0.1秒,攻克悬置近60年的世界级难题。“这0.1秒,到现在还没有人能超越!”

2023年7月15日,央视播发视频披露“国之重器——JF-22超高速风洞通过验收”。央视披露,JF-22超高速风洞可以复现相当于约30倍声速的飞行条件。风洞吹出来的流场大,持续时间长,比同类风洞先进水平要有成倍地提高,实验的精度也更高。与之前已经建成投入使用的JF-12一起,JF-12复现风洞和JF-22超高速风洞可分别实现每秒1.5-3km和每秒3-10km的实验条件,两者共同构成覆盖马赫数5-25、飞行高度25-90km的气动实验平台,使我国成为高超声速领域唯一具备覆盖全部“飞行走廊”实验能力的国家。JF-22还有一个非常厉害的地方,中国的JF-22风洞采用的是一种叫做“爆轰驱动”的技术,这种技术通过化学爆轰产生巨大的能量,模拟出极高速下的气流条件。相比传统的机械压缩风洞,爆轰驱动的效率更高,能够模拟更高的速度和更复杂的气流环境。

中国在风洞建设方面取得了巨大成就,如 JF - 22 新风洞在高超音速技术方面领先世界其他国家 20 - 30 年,工作瞬间总功率几乎相当于三峡水电站。而西方在风洞建设上面临建造难度大、耗能高等问题。

风洞不是说建就能建的,它需要极强的工业基础,中国造出来的设备是 8 万吨级的,而美国还卡在 6 万吨级。中国的 GF22 风洞一次实验瞬时功率能达到 1500 万千瓦,差不多是三峡水电站的三分之二,这种能耗一般国家根本玩不起,美国也得掂量掂量自己的电力能不能支持得起。

此外,美国在高超音速项目中使用的计算流体动力学(CFD)求解器存在代码错误,导致科研人员在进行项目的模拟分析时,无法对飞行器在飞行产生灼烧之际外部零件所产生化学和温度的变化进行精确计算,从而引发飞行器设计时的一系列错误。

于是,我们看到短短几年之内,我们有了歼20,以及空天飞机,超高音速导弹东风31AG、东风41、东风51,月球采样返回时的30马赫。而美国民兵3洲际导弹只能打6000公里,远逊于中国12000公里的东风31AG,更别说东风41、东风51等。

中国风洞出名之后,国际上其他国家非常眼红,纷纷表示要寻求合作,美国甚至通过第三国开出50亿美元的价格想使用我们的风洞,但中国强调要数据共享,美国人最后还是退却了。法国曾申请使用中国的10倍音速风洞,最终谈判时中国开价2亿欧元,而欧空局希望测试其20倍音速的飞行器,中国则提出了5亿欧元的费用要求。

只有基础打扎实了,才能结出最美最炫的各色花朵!

后记:1:10月29日,俄罗斯国防部发布声明,俄罗斯战略核力量演习期间,俄军成功在普列谢茨克航天发射场发射了“亚尔斯”洲际弹道导弹。在鄂霍次克海“奥列格大公”号核潜艇成功发射了“青斑”洲际弹道导弹。在巴伦支海“新莫斯科斯克”号核潜艇成功发射了“布拉瓦”洲际弹道导弹。同一时间,俄军空天军图95战略轰炸机也发射空射型巡航导弹。这是上次俄罗斯洲际导弹发射失败之后,再次崛起,可谓出了一口气。江湖传言是更换了东方神秘大国的芯片才得以完成!

后记2:据外媒报道,朝鲜于10月31日向东部海域发射了一枚洲际弹道导弹,这是近一年来的首次此类活动。韩国联合参谋本部表示,导弹于当天上午7:10左右从平壤附近发射,飞行约1,000公里后落入东部海域,疑似为高仰角发射的远程导弹。韩国联合参谋本部推测,朝鲜可能试射了新型固体燃料远程弹道导弹。这种导弹便于移动和隐藏,发射速度更快。日本防卫大臣中谷元表示,这枚导弹可能是“洲际弹道导弹级”的新型导弹,飞行时间达86分钟,最大高度超过7,000公里。



行者吴江
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