压力容器

大型风洞技术要求有多高为什么全球只有少数

发布时间:2023/1/26 15:46:22   
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风洞的原理并不复杂,就是用风扇、压缩机、高压气罐等设备,在试验管道内模拟出接近真实环境的人造气流,检验模型的气动性能。但原理简单不等于制造简单,核潜艇、火箭的原理也很简单。

美国NASAAmes研究中心风洞群

什么东西一旦追求极致,标准就快速提高,难度也迅速加大。就像很多国家能造汽车,但法拉利、保时捷这样的超级跑车只有少数国家能造。大型风洞就是这样的高精尖设备。

它是一个国家航空航天工业不可缺少的关键设备,也在汽车、高铁、建筑、桥梁等领域广泛应用。

汽车领域

风洞模拟各种极端气流,材料要求高,能源消耗大,种类众多。玩一种不行,要玩就得一大堆全上。比如:

按气流速度不同,分低速风洞(≤0.4马赫)、亚声速风洞(0.4~0.7马赫)、跨声速风洞(0.5~1.3马赫)、超声速风洞(1.5~4.5马赫)、高超声速风洞(5马赫)等。

在十几倍音速气流吹动下,高强度钢都被气动加热到融化。这正是火箭、弹道导弹、高超音速飞行器在大气层中遇到的情况。

还有先进的“三声速风洞”,可以在一个风洞内完成亚声速、跨声速、超声速三种实验。

巨大风扇

高超声速风洞,按加热原理和用途不同,又分成:暂冲式常规高超声速风洞、低密度风洞、激波风洞、电弧风洞、热冲风洞、长冲风洞、气体活塞式风洞、炮风洞等。

电弧风洞在千分之一到几十毫秒内释放电弧脉冲,瞬间加热压缩气体产生高超声速气流,模拟飞行器高温高速环境,号称“驾驭闪电的艺术”。其电流高达成千上万安培,都不能用电线传输,得用粗钢梁才行。

激波风洞用激波压缩气体,迅速膨胀产生高超声速气流,只获得5~25毫秒的实验时间。低密度风洞模拟稀薄气体环境中气动特征,测量难度大,需要很多专用设备。

除了常规风洞,还有一大堆专用风洞。比如:

冰风洞研究飞机表面结冰现象;尾旋风洞研究飞机螺旋形成和改出方法;大气边界层风洞模拟气流速度、湍流结构和温度等等。

各种各样的风洞涉及流体力学、固体力学、机械设计、压力容器、热结构工程、基础材料等多门学科,是复杂的综合工程。

“风洞一响,黄金万两”,大型风洞群建设成本很高,使用成本更高。需要高精度模型,海量电力,还有每秒运算万亿次的高速计算机。这需要强大工业体系,和大量科研人员共同努力。和风漫谈原创,禁止抄袭。

建筑物风洞试验

中小国家没有能力,也没有需求。其产品单一,就一些飞行器、建筑、汽车吹吹风洞,又不搞航天、弹道导弹,用不上大型风洞群。

因此,世界上只有少数国家能建大型风洞群。我们也处于领先水平,这要感谢无数科技工作者的辛勤工作和默默贡献!

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