什么是35倍音速风洞?

目前,战机的飞行速度一般都在1.6马赫~3马赫之间,而弹道导弹的最大飞行速度也只不过为10马赫左右,也就是说,15倍音速的风洞就可以轻松完成对飞机机体和弹道导弹弹体的测试。那么,究竟是什么需求使得中国开始建设35倍音速,该风洞的运用对象又是什么呢?众所周知,中国虽然在航天航空领域的相关技术获得了较大突破,但是长征五号的失败和计划的拖延仍然暴露了中国在大型运载火箭上准备不足的尴尬之地,所以为了又第二手准备,中国在发展了可以吹火箭的35倍音速风洞。

35倍音速风洞顾名思义就是可以形成每秒11公里的管道内风速,而这一标准明显已经达到了登月行动所需的第二宇宙速度,所以不仅是长征五号需要35倍风洞的支持以加快进度,就是未来的超级运载火箭也离不开35倍风洞的帮助。举个简单一点的例子,没有35倍音速风洞的话,中国的太空发展可能要多花五年甚至是十年的时间,而有了35倍音速风洞来保证计划的同步进行,中国起码可以因此减少2到3年在航天器上测试所浪费的不应该时间。

图为高速风洞此外,即使是战斗机和弹道导弹弹体,也需要更强的风洞环境来测试机体或者弹体的承受极限。对于发展先进战斗机和弹道导弹的国家而言,钱肯定是不缺的。然而,如何在同样的资金投入下获得最快的回报就成了目前各国努力去解决的问题之一。与其让飞机和弹道导弹在服役中出现问题重置生产计划,还不如在风洞中就将其折磨殆尽以测试其极限性能,所以对于什么都有,就缺时间的中国来讲,35倍风洞还是很有必要的。

中国建35倍音速风洞有什么目的吗?

梁老师说事,为您回答这个问题。三十五倍音速?还是风洞?这已经不是厉害不厉害的问题,而是牛叉不牛叉的问题。三十五倍音速是啥概念,十四分钟从中国转脸就能到美国的节奏,就这距离相当于绕半个地球,咱不说别的,十四分钟能干点啥,也就是上个厕所的功夫,。而且风洞这玩意,不是一般的国家随随便便就能建设的东西。所以三十五倍音速和风洞合一块,也就咱中国能造了,美国这都差点。

说道这里,估计有小伙伴要说了:“你就吹牛吧 ,母牛坐脸上了吧!熏到没?”您这小伙伴就太不自信了,小编也不和您瞎扯下去了,咱上点真材实料的东西,您自己看看。目前咱国家有三个国家级的超级风洞实验基地,这头一个是在四川绵阳,他是属于咱解放军战略支援部队的中国空气动力学发展中心的。另外一个在沈阳,哈尔滨,是属于咱中行工业集团的空气动力研究院使用的。

最后就是预计在2022年建成的,JF22高超速风洞,是咱中国科学院力学研究所的风洞群。就这风洞群,也就明年可以使用了,快了!咋说呢?就这最后一个风洞,咱从2012年就开始建设了,到2022年才能完成。十年的时间,对于基建狂魔的咱来说,这建筑不可谓不牛啊,这要搁其他国家,不知道能建到猴年马月去。说道这里,小编想多插一句嘴,听说咱家隔壁三哥哥家里,也弄了一个风洞,据说那喷嘴口足足有一米的直径,还能模拟五到十二马赫的气流。

管喷气嘴就达到了一米的直径,小编只想说,这玩意能塞进去一个模型?哎!三哥哥总是这样的,一根气流管也敢叫风洞?不得不说,咱家注气管都比这个数大吧!话说回来,全世界有能力造大型的超级风洞,也没几家,美国一个,俄罗斯算一个,最后就是咱了。老牌帝国主义的法国,英国这都靠不上来,他们想要造的话,那也得依靠欧盟的力量合一块造一个耍耍,单独一个,只能呵呵呵的吃瓜。

就跟他们的伽利略一样,咱北斗都在天上飘着呢?伽利略比咱早了好多年,还没组网成功呢?有钱没钱的先搁一边,技术就上不去,也就凑活着玩个常规风洞,或者弄几个实验室而已。咱不是吹牛,就咱国家的风洞,搁进去的模型可以是1:1大小的东西,搁到里头吹气,其他国家,撑死了就是一个缩小的玩具,放到里头吹着玩玩而已,当然顺道再记录一点数据啥的。

咱别的不说,就说绵阳那风洞,据说是一座大型的石头山挖出来的,就风洞吹的那地方,足足一个高铁车厢的大小。打开按钮,风洞要是吹起来,那架势地动山摇的,知道是风洞发威,不知道的是还意味发生了什么事,那动静老大了。而且就这风洞运转起来,您不往这风洞里头,输入一座几百万人扣居住城市的用电量,压根就不会让这东西转起来了。

所以风洞,说起来就是一洞,但您要是在旁边不修个水电站啥的,就别想了,连转一下都不可能。说真格的,风洞这东西,可不是闹着玩的,风洞尤其是大型风洞一旦运转起来,那动静引起的共振,保不齐能把周围的建造都给整塌了。再加上这恐怖的用电量,您自己个想想,这东西平时用起来就超级费钱,更加别说建造了。话说回来,这东西就算是不用,平时搁到哪里,您以为就不用维护吗?维护还得掏钱。

所以一般情况下,一个国家要是没有这经济实力,或者经常性的使用,造这东西,还真就吃力不讨好。如果他们真的想要,就算是掏钱租一下场地,也比这划算。当然了,前提是有这东西的,不卡你脖子,不然有钱也没地方给你使去。不过话说回来,您要是想要造,也不见得能造的起来。咋说呢?这个世界上有很多东西,只有几个国家能造,其他国家压根就造不起来。

就这风洞,普通一点,也就是常规风洞他还成,将就一下很多国家还能凑活着造一个两个的,但要是说到超高音速的风洞,很多国家压根就造不了。您比方说隔壁宇宙第一大国韩国,多少也有点钱,技术呢不能说没有吧,但他就是搞不起来。为嘛呢?大型风洞这东西,建造起来是需要花费大价钱的,这咱就搁到一边,这里头钱是最好解决的问题。

那么风洞造起来,你的使唤不是?这东西不是博物馆之类的东西,造好了,进去看看这就完事了。那么通常情况下,风洞这东西一般是造飞机用的,尤其是超音速飞机,必不可少的一件研究装备。当然了,吹个汽车弄个气动数据,高铁吹个气动数据也成,但这些个东西低速风洞里头研究也成,用不到超高音速风洞的。您就想韩国,他又不造飞机,不研发第六代战斗机啥的,就算是研究,他也就嘴上说说,所以这种大型超高音速风洞,对于他们来说,有用吗?有意义吗?没有用,没有意义,你搞他干嘛?这又不是玩具!所以打造一件好的研究装备,你得用不是?用不着,你弄他干嘛?美国有用,俄罗斯有用,中国也有用,不然造东西就要被卡脖子了,其他国家有造风洞的钱,都购买现成的了,几架几十架的飞机卖回来就完事了。

而且您要知道一件事,航空航天技术这一块,您不是说弄个风洞吹一吹,吹出几组数据,这就完事了。他还要搭配一件国家利器使唤才成,啥东西呢?超级计算机!全世界的超级计算机,主要就分别在三个国家,美国一个,日本一个,再就是咱。这超级计算机,美国人有一百一十四台,日本人有三十台,中国有二百多台。其他国家就算有,那也是毛毛雨啦!说了这么一大堆,估计大家伙对风洞也有了一个基本的了解,那么咱就说说题主的问题。

风洞是干嘛的,尤其是三十五倍音速的风洞能干嘛?咋说呢?风洞这东西,不仅可以吹飞机,您比方说歼20,咱家大飞机C919,其实航空中的装备也能吹,神州飞船也可以。再有海洋里头的辽宁舰,您别惊讶,放进去吹的是是模型而已。陆地上,高铁列车,还有各种炮车赛车,甚至于咱家的东风快递都在风洞里头吹过。举个例子:宝马公司他们在莫尼黑就有空气动力学测试中心,法拉利也有自己的风洞等等,还有赛车,红牛车队,布朗GP车队,这都有自己的风洞。

当然了,对于汽车来说,他们可用不到什么高级风洞,来个低速常规风洞就可以解决他们的问题了,所以造价相对来说低了很多。风洞的原理风洞,他其实就是人为制造一股子气流,对着飞行器可劲的吹风,在这个吹风的过程中,记录一下这飞机对于这股子气流会有什么表现,在记录下这种状态下的参数,合不合适自己的预期,毕竟飞行器达到了一定的速度之后,这空气对这飞行器会有不同的作用力,这股子力道要是没弄好,保不齐就要机毁人亡。

但要是能弄好,不仅可以减轻发动机的压力,还能让飞机的速度更上一层楼。你看一个壳就能提高速度,你何乐不为呢?那么相对于低速风洞来说,他有两个类别,一个是直流式,另一个是回流式。这里头直流式风洞造价是最低的,用处也不大,大多都是用来给学生们做教学模型来使用的,个头也不回太大,看起来就想一根管道而回流式的是常规风洞中经常见到的,您比方说上面小编提到的个大汽车公司,以及赛车车队,他们的风洞都是回流式的。

这回流式的相对是封闭的,他就像一个矩形的跑道,风机一打开,风就在里头循环的跑,这回流式的优点就是,避开了外界的干扰,这风的质量好。但相对来说造价就高了很多。而低速常规风洞,您造一个大型的电风扇可劲的吹就完事了,但要是造一个高音速风洞,那就不是风扇可以解决问题的了。咋弄呢?咋说呢?风这东西,说穿了,其实就是两个空间的空气因为压力差造成的空气流动形成的,这种空气流动的速度也快,形式越猛,风速就越高。

所以后来科学家们想让风速超过音速,他们就将风洞分成了两部分,一部分是一个球,里头存放上高压气体,另一部分呢是真空。您看一部分超高的压力,另一部压力为零,这要是开了开关,您就知道高压气体往里头一冲,那速度绝对感人,超个音速,那是分分钟钟的事。但这种手法,最终也只会形成一个五倍音速的气流,再高您就别想了。

再有一种是通过爆炸也可以产生高速气流,一听说爆炸您其实不用担心。爆炸说穿了,其实就是高温高压气体的作用下,撕裂外壳,把内部的铁珠啦,破片给挤出去的过程。这爆炸你不让他产生破片,让他沿着一个管子跑,那产生的气流速度,您可以想象的。当然这种方法也是不能突破五倍音速的。那么要让风洞产生更加高的速度,怎么办?这其实挺简单的,一边让气流的速度打到最大,另一头呢?把这模型或者需要测试的物体用一个最大的力量弹出去。

这个物体和气流相对行驶,更加运动是相对的,您可以知道这俩速度就可以叠加在一起了,而且物体产生的速度因为是弹出去的,那么你可以通过加大物体的速度,逐步实现风洞各种倍数的超高音速实验。据说这种方法下,目前为止最高可以获得四十倍音速的速度。好了,接着,咱来瞅瞅,目前风洞的一个发展。发明第一座风洞的是英国人。

那么把风洞的作用开发到一定程度的是美国人。当年美国人为了吓唬苏联人,搞出一个星球大战计划,这个计划美国人准备花掉一万亿美元。而这个计划首先要突破的空气动力学,而要把空气动力学搞好,风洞那是必不可少的一件装备,毕竟这个所谓的星球大战计划,要有速度才成。这么说您理解不了,小编直接上个数据,您就知道这个所谓的星球大战计划中,空气动力学有多么重要。

根据当时的星球大战计划,美国人推出了一个所谓美国航空航天2000年,他们要在这个蓝图中解决七个问题。这头一个问题就是空气动力学,这么说您不会感到惊讶,但您要知道剩余的六个问题中,有四个和空气动力学挂钩的。您看,高科技前沿的装备,您说能离开风洞吗?不能够啊!咋说呢?您以为研究空气动力学,搞个风洞出来就成了吗?那仅仅是基础装备,回头您还得搞一个超级计算机出来,为了这个风洞出来的数据,进行严格计算才成。

当时美国人为此搞了一个每秒二十亿次运算的超级计算机,专门为风洞和这空气动力学服务的。那么苏联呢?咋说呢?苏联很早之前就开始研究空气动力学了,最早可以追溯到列宁时期。后来第二次世界大战结束了,斯大林还下令建造了一座可以进行整架飞机全尺寸吹风的风洞。所以风洞这门手艺,苏联可比美国还先进一点。那么这些个风洞,有低速风洞和高速风洞之分。

为何大型风洞只有少数几个国家能建?

世界上很多东西,都只有少数几个国家能建造,要么是钱的问题,要么是技术的问题,除了风洞以外,比如说航空母舰、战斗机、载人航天等等。缺钱的是玩不起,比如说俄罗斯,本来很多东西走做的不错,但是缺钱造成人才流失断层、反倒很多东西造不了。缺技术的是不会玩,比如说沙特,只能买买买,但是一些东西要么买了无用,要么别人不卖。

风洞就是这样,钱和技术缺一不可的存在。下面来说说为啥就那么几个国家能建大型风洞:首先、什么是风洞风洞是一种“管道状”试验装备,该装备根据运动的相对性原理,将被试验模型固定于人为制造的气流中,以此模拟实际运动中的各种运动状态,获取试验数据。对于风洞,其实只有大国或者立志成为大国的国家才有需求,中等国家亦或者是小国,根本没有这种需要(只能想想)。

因为风洞分为很多类型,按风俗分可以分为低速风洞、跨音速风洞、超音速风洞和高超音速风洞等,按其他类型分还有加热风洞、结冰风洞等等,总之就是为了模拟物体的实际运动状态和环境,获取参数和试验信息,达到验证技术和分析特征的目的。(比如下图,日本的风洞情况)风洞是一个体系,必须拥有完整的风洞体系才行,也就是要有各种类型的风洞,说白了你就只建设一个、两个风洞或者一种类型的风洞,根本没用。

除非你能像欧洲国家英法德意那样,你建几个,他建几个,然后凑出一个完整体系。或者像美国盟国一样,有需要,花钱拿到美国去做风洞试验(但是这样会造成一些机密信息的泄漏)。下图,美国NASA AMES研究中心的风洞群:建设风洞的成本和技术就不说了,光说运行风洞吧,这需要长年累月的风洞试验来积累数据,这些数据可是试验的宝库,这些数据库才是以后分析、模拟、对比的基础,但是大量的模拟分析试验工作很可能90%都是白做,真正有用的数据和试验不到10%,这试验成本就可想而知。

(下图,各大国风洞数量对比)风洞体系的存在,很有可能是你建的起,用不起,没有一个强大国家力量的支撑,根本整不转。一个完整的风洞体系建立起来都是百亿美元起步,况且大型风洞运行起来就是“用电大户”,有些风洞专门配套了发电站和水库,烧钱程度不可小觑。这也是为何欧洲几个大国要联合起来搞风洞体系,而印度一直志向不小,却一直搞不起来的原因。

风洞用起来真的贵,单说超音速风洞,单里面的压气机运行一小时,就得万把块的电费;风洞配的喷管,一般一种尺寸的喷管只能产生特定速度的气流,而试验需要不同速度的气流,所以一个风洞需要配多根喷管,例如6倍音速的喷管、6.5倍音速的喷管、7倍音速的喷管等等,一根喷管造价就几百万,且特别的娇贵,可能一个硬币大小的杂物就会损坏喷管。

而风洞设施上的娇贵设备又特别多,易损坏、难维护,一个调压阀门坏了,修一修就好几万。再来说说,风洞里面的易损件(耗材),例如上图这个压力传感器,一方面要求其极其灵敏,以方便捕捉高频信号,另一方便有要求这个传感器尽量的小,降低对风洞流场的干扰,就上图这个几毫米的小传感器,一根就得几万,一次风洞试验的模型上就要装几十个这样的传感器。

而这个小东西,很可能一个激波过来,就坏一片,坏了还不能修只能更换,这样的耗材足以说明风洞设备的“贵”了吧。再说说风洞里的照相设备,当风洞需要定量测量时,就需要跟拍粒子的示踪粒子,就是上图这种粒子图,超音速状态下,粒子位移很小,拍照间隔就要很小,一般是微秒(百万分之一秒)量级,所以相机的照相频率就要特别高,这样的相机怎么也得几十万一台。

风速能比声速更快吗?逆风说话,声音传播距离更短吗?

这个问题提的很好,其具有普遍的意义。我们可以将风速与声速的关系,扩展至宇宙膨胀的速度和光速、水流速度与水波的速度、人群行走的速度与流言传播的速度等不同的对应速度。它们的本质都是整体的运动速度与内部传播的速度之比。两者是不同的概念,因而它们受到的影响与限制?是不同的。所以,两者的比值是可变的,它们并没有什么必然的联系。

只有当我们混淆了整体与局部的关系时,才会误认为上述两类速度是相互牵连的。比如,我们曾经理所当然地认为,宇宙的膨胀速度为光速。那是因为,我们把宇宙视同为普通的物质。因而,其最大的速度就是光速。然而,实际上,宇宙的膨胀与否以及其膨胀速度的快慢,取决于宇宙内外部空间能量密度(压强)的比值。这一比值会随着外部世界的变化以及宇宙体积的大小而发生改变。

至于光速则仅取决于宇宙内部量子空间的密度和量子质量与半径的大小,后者是由量纲为角动量的普朗克常数h所确定的。光速是光子维持其相对于空间势能的速度。由于作为激发量子的光子,只有很小的质量,因而其能量的变化主要是其势能的增减。所以,光速具有近似的不变性。同理,由于空气的温差,导致了不同区域的空气具有不同的能量密度,从而形成了不平衡的空气分布,由此形成了在天气预报中常用的气压分布图。

于是,根据熵增原则,空气需要恢复原有的平衡;于是,能量密度高的气体分子会向能量密度低的区域运动。这就是风的形成原理。由此可见,不同区域的空气,它们的温度差决定了风力的大小以及风速的快慢。而空气的温度差主要是与太阳?的照射程度相关的。至于声速,一方面取决于声源的速度和声能的大小,而另一方面则是与空气中气体分子的能量密度相关的。

风的本质是气体分子的集体移动,而声的本质是气体分子之间的能量传递。因此,风速与声速并没有必然的关联性。风速既可以大于声速,也可以小于声速。两者的比值要视具体的情况而定,并没有一定之规。此外,声速是相对于作为物理背景的空气而言的。于是,逆风的声速相对于静止的参照系即相对于不动的外部世界来说,其速度会变小,等效于声能被风能部分地抵消了。

而声的传播会消耗能量,从而使声音产生衰减。于是,逆风的声音会减少其传播的距离。总之,自然界的普遍存在形式有两种,其一是离散的粒子构成物理背景,其二是聚集的粒子形成物理对象。当不平衡的状态出现时,上述两者都会发生运动以恢复原有的平衡。只是导致它们不平衡的原因不同,引起两者恢复平衡的变化速率也是不一样的。


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