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世界上第一个风洞,是美国人建出来的吗?真相在这里!

世界上第一个风洞,是美国人莱特兄弟建出来的吗?风洞是用来干啥的?

很多人都知道飞机的发明者,就是美国人莱特兄弟,因为世界上第一架飞机“飞行者一号”,在1903年首次成功试飞,至此,两人就成了世界著名的科学家。

但很多人都没注意到,就在这次试飞之前,准确来说是1900年,莱特兄弟当时就专门建造了一个长度1.8米,气流速度达到每小时40千米到56.3千米的风洞,为了对风机进行充分实验测试,又在第二年建了一个风速每秒可达到12米的风洞。

但是,莱特兄弟制造的这两个风洞,并不是世界公认的第一个风洞,它的建造者是一位英国人,名叫韦纳姆。这个建造时间最早的风洞结构简单多了,虽然长度也有3.05米,但看上去就是一个两端有开口的木箱,可能当时也没人想到,风洞有一天竟然能体现出一个国家的空天基础技术研究水平。

风洞到底是用来干啥的?说得直白一点,风洞就是一个“特殊实验室”,飞机、火车这些交通工具的设计制造,都要先过风洞试验这一关。

包括如今研发出来的那些新型航空飞行器,都会在大型风洞里面进行测试,因为它能模拟一般的交通工具,以及各种航空飞行器在实际运行中可能遇到、甚至可能根本不存在的风,从材料、结构和气动等多个性能方面进行产品质量和安全验证。

为何大型风洞只有少数几个国家能建?没有在风洞吹过风的飞行器,根本不敢去天上飞?

这个问题其实不难回答,没有建大型风洞的原因,无非技术、需求和成本这三个主要维度,有钱没有技术办不到,有技术没钱又会导致人才流失。所以,时至今日,全世界的国家数量上百个,但已经建设出大型风洞的却只有少数几个国家。

可以肯定地说,如果风洞试验设备不够先进,甚至根本没有风洞试验设备,想要研制出世界领先级别的飞行器就是无稽之谈,因为这些现代飞行器,无一例外都需要先经过风洞试验,风洞的质量和数量都至关重要。

以美国的F-22“猛禽”战斗机为例:

这个“大家伙”在研制的时候,同样经历了漫长的10年时间,专门用来进行风洞试验,由于风洞还有不同的类型,所以它的二十多种模型先后进行了75项高低速风洞试验,累计耗时长达4.4万个小时,然后才最终确定了哪种气动外形是最好的。

所以,没有经过风洞实验的飞行器,根本不敢去天上飞的说法,一点也不夸张,这不仅牵涉到“问题飞行器”的制造时间和成本,还涉及到参与人员的生命安全。

在每个风洞里面,气流的密度、流速和温度可能都不一样,所以才能对飞行器以后面临的真实飞行状态进行模拟。风洞的分类方式并不唯一,可以把时间长度当标准,也能以结构形式和具体用途来进行区分。

不过,可能很多人都喜欢看气流速度这个指标,以为它可以直观体现一个风洞的先进程度,世界上的确也有不少国家都拥有了尺寸不小的低速风洞。

国之重器FL-62风洞,我国第一座大型连续式跨声速风洞长啥样?

FL-62风洞的洞体材料是全钢结构,看上去就是一个庞然大物,体重达到6620吨的样子。它的短轴有23米,长轴为95米,6米的轴线标高,18米的最大直径,容积约17000立方米。

要知道FL-62风洞早在2012年的时候就得到立项批复了,不仅投资规模大,成本按亿为单位来计算,建设时间也花了好几年,它的研制难度不低于任何一个飞行型号,建成以后直接填补了我国此前在这个领域的多项技术空白。

尤其是FL-62风洞需要的压缩机,之前原本只有3个国家能够生产,但无一例外都拒绝卖给我们,倘若提供设计方案的话,也需要好几千万美元。

所以,我国科研团队进行了自主研发,最终在近百名技术人员的共同努力下,终于用7年时间攻克31项技术难关,研发出能吹出1.6马赫(时速约1960公里的风)的空气压缩机,这个数据相当于波音787巡航速度的近2倍!

所以,建成后的FL-62风洞,不仅在实验效率、实验数据质量和流场品质这几个方面,都达到了国际先进水平,而且还意味着我国大尺寸跨声速风洞,正式从暂冲式跨越到连续式,将会在我国下一代战机的气动实验种发挥关键作用,将其誉为“国之重器”,可以说没有一点夸张的成分。

中国建FL-62的时候,只是研制空气压缩机就用了7年时间,为什么还要造JF-22?这两座大型风洞有何不同?

的确,我国建FL-62风洞花费巨大的经济和时间成本,也才刚正式投入使用不久,但这与我们正在建设的JF-22超高风速风洞并不矛盾,目前预计是能在2022年建设完成,与我国空间站的建成时间都是差不多。

前面已经说了大型风洞的重要性,也提到了风洞有不同类型,FL-62是连续式跨声速风洞,JF-22是超高速风洞。

从公开信息来看:

JF-22在2021年8月的时候就进入到安装阶段,是一座典型的超大型激波风洞,专门用来解决在超高速飞行技术时可能遇到的问题,也有4年的建设周期,后期会进行更多调式方面的工作。

JF-22超高风速风洞最厉害的地方之一,那就是建成后能够复现约30倍声速的飞行条件,要知道目前的民航客机,其飞行速度一般也有0.8倍声速。

在40公里到100公里的高空条件下,时速最大能达到每秒10公里,相当于在JF-12驱动力的基础上直接提升十倍,还可将航天器和卫星的发射成本减少90%!

近几十年来,我国在航天领域的快速发展,所有人都有目共睹:

我们已经是探测器第二个成功在火星的国家,第一个在月球背面软着陆的国家,正在建设中的中国空间站也有条不紊地进行着,相信很多人都看了火箭发射,而这些的背后同样也离不开这样一群人,那就是专门研制建设各种大型风洞的工作者们。