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真要設計殲星艦?中國測試33倍音速風洞:模擬11.5千米/秒超高速

2024-04-28軍事

導語

「真要設計一艘殲星艦嗎?」
【南華早報】報道稱,中國正在測試破紀錄的33倍音速風洞,這一風洞的技術源自澳洲,采用自由活塞驅動激波風洞原理,利用高壓氮氣驅動活塞加速,壓縮空氣形成極端高壓環境,從而模擬2.5~11.5千米/秒的極端飛行條件,用於測試高超音速飛行器。

那麽為什麽要設計一艘殲星艦呢?
自從美國研制出SR-71黑鳥超高空飛機,各國紛紛對這一飛機產生濃厚興趣,中國也曾想研制一款殲星艦。
而當時中國唯一的JF-8A風洞已經達到11.5千米/秒的超高速度,也就是在地球上的食指般的大小,它能夠模擬出11.5千米/秒的超高速飛行狀態。

那麽這艘殲星艦又是什麽呢?
殲星艦究竟應該怎麽設計?
此次中國的33倍音速風洞會為中國的航天事業帶來怎樣的發展呢?

一、激波風洞的概念。

激波風洞是一種用來研究高速飛行器在高超音速飛行狀態下所產生的各種復雜的激波現象的實驗裝置。
中國在20世紀50年代末開始著手於激波風洞的研究工作,這一項技術至關重要,對於中國現代航空事業的發展起著舉足輕重的作用。

激波風洞的發展有著悠久的歷史,20世紀初美國的德國科學家Ludwig Prandtl在進行流體力學研究時,發現流體在超過聲速後產生了激波,而激波這一現象很大程度上影響了飛行器的飛行穩定性。
於是美國和德國開始投入大量的研發資金用於開發激波風洞技術,如今發展的最好的激波風洞原理是自由活塞驅動激波風洞。

這一原理最早來自德國的沖壓風洞,隨後被美國、蘇聯等國家的激波風洞所采用。
而中國的激波風洞則是由德國的沖壓風洞技術和美蘇的激波風洞技術相結合,由中國進行新的技術改造和研發的。

而這艘殲星艦概念最早來自於美國,它是美國在20世紀60年代在研制SR-71黑鳥超高音速飛機時,當時美國在研究超高音速飛機的飛行數據時,發現在2.5馬赫(即2.5倍音速)時就出現了大量的激波現象。

因此美國就開始投入大量的資金用於研發激波風洞技術,並且在20世紀60年代研發出了一種可以模擬3.5馬赫的激波風洞,從而得到了更加準確的飛行器的飛行數據。
激波風洞和常規風洞不同,規風洞是透過風機來產生氣流,而激波風洞則是透過活塞的運動來產生氣流,從而模擬飛行器在高超音速飛行時所產生的激波現象。

中國當時的激波風洞工作也是從20世紀50年代後期開始的,當時引進了蘇聯的激波風洞技術,隨後在80年代引進了美國的激波風洞技術,這兩種技術都是目前世界上最先進的技術。
蘇聯的激波風洞技術非常先進,當時蘇聯的心血風洞可以模擬出9馬赫的速度,而美國的技術則更加先進,SR-71黑鳥的速度可以達到3.5馬赫,隨後美國的技術又有了進步,發展出了SR-71的設計速度4.5馬赫的激波風洞。

中國引進這兩種技術後,對其進行了整合和改進,於是就有了JF-8A風洞,它可以模擬出11.5馬赫的速度。
而這次中國正在測試的33倍音速風洞則是來自澳洲的Stalker管激波風洞概念。
它是在20世紀80年代末由澳洲的一位名叫Russel Boyce的教授提出來的,在21世紀初澳洲開始在這一領域進行研究。

二、活塞驅動激波風洞原理。

活塞驅動激波風洞是利用活塞的運動來產生氣流並模擬飛行器在高超音速飛行時所產生的激波現象。
風洞是一種專門用來模擬飛行器在各種環境下的飛行狀態的實驗裝置。
在飛行器的設計和研制過程中,首先要對飛行器的飛行效能進行測試,以便對其進行進一步的改進。

風洞的出現使人們可以在地面上就能夠對飛行器的飛行效能進行測試,它大大提高了飛行器的研制效率。
風洞有多種型別,常見的有壓縮空氣風洞、激波風洞、超高速風洞等。
風洞按照氣流速度的不同可以分為低速風洞、中速風洞、高速風洞等。

激波風洞則是模擬飛行器在高超音速飛行時所產生的激波現象的一種風洞,它的氣流速度可以達到2.5馬赫以上,能夠模擬飛行器在3馬赫以上的高超音速飛行狀態。
激波風洞的氣流速度可以達到3馬赫以上,模擬飛行器在高超音速飛行時所產生的激波現象,這極大的提高了飛行器的研制效率。

自由活塞驅動激波風洞是一種透過自由活塞的運動來產生氣流的風洞。
它是目前世界上最先進的激波風洞技術之一,它的氣流速度可以達到3馬赫以上,模擬飛行器在高超音速飛行時所產生的激波現象。
自由活塞驅動激波風洞由自由活塞、蓄壓室、試驗段等部份組成。
自由活塞是激波風洞的核心部件,它是透過活塞的運動來產生氣流的。

自由活塞的運動是由驅動瓦斯的壓力來產生的,蓄壓室則是用來儲存驅動瓦斯的壓力的,試驗段則是用來進行飛行器的飛行效能測試的。
自由活塞驅動激波風洞的工作原理很簡單,當驅動瓦斯的壓力在蓄壓室中達到一定的數值時,就會推動自由活塞的運動,從而產生氣流,透過噴嘴將氣流噴出,從而產生氣流,模擬飛行器在高超音速飛行時所產生的激波現象。

三、活塞的運動模式。

自由活塞驅動激波風洞的自由活塞有兩種運動模式,一種是往復運動,另一種是旋轉運動。
往復運動的自由活塞通常是圓柱形的,它的運動是透過活塞桿帶動的,而旋轉運動的自由活塞通常是圓錐形的,它的運動是透過轉動來產生的。

自由活塞驅動激波風洞的自由活塞有兩種運動模式,一種是往復運動,另一種是旋轉運動。
往復運動的自由活塞通常是圓柱形的,它的運動是透過活塞桿帶動的,而旋轉運動的自由活塞通常是圓錐形的,它的運動是透過轉動來產生的。

自由活塞驅動激波風洞的自由活塞有兩種運動模式,一種是往復運動,另一種是旋轉運動。
往復運動的自由活塞通常是圓柱形的,它的運動是透過活塞桿帶動的,而旋轉運動的自由活塞通常是圓形的,它的運動是透過轉動來產生的。

自由活塞驅動激波風洞的自由活塞有兩種運動模式,一種是往復運動,另一種是旋轉運動。
往復運動的自由活塞通常是圓柱形的,它的運動是透過活塞桿帶動的,而旋轉運動的自由活塞通常是圓錐形的,它的運動是透過轉動來產生的。

四、測試環境。

自由活塞驅動激波風洞的試驗段一般有兩種,一種是馬赫角度試驗段,另一種是直線試驗段。
馬赫角度試驗段通常用來測試飛行器的飛行效能,直線試驗段則用來測試飛行器的外形和氣動特性。

自由活塞驅動激波風洞的試驗段一般有兩種,一種是馬赫角度試驗段,另一種是直線試驗段。
馬赫角度試驗段通常用來測試飛行器的飛行效能,直線試驗段則用來測試飛行器的外形和氣動特性。

自由活塞驅動激波風洞是一種非常先進的激波風洞技術,它的氣流速度可以達到3馬赫以上,模擬飛行器在高超音速飛行時所產生的激波現象。
自由活塞驅動激波風洞在飛行器的設計和研制過程中起著舉足輕重的作用,它可以對飛行器的飛行效能進行測試,並且可以得到更加準確的飛行數據,從而對飛行器進行進一步的改進。

自由活塞驅動激波風洞不僅可以用於測試飛行器的飛行效能,還可以用於測試飛行器在高超音速環境下可能遭遇的氣動效應,從而提高飛行器的效能和安全性。
自由活塞驅動激波風洞的建設和執行需要巨大的投入和技術支持,它的出現使得飛行器設計和測試更加精準和可靠,有助於推動中國未來航空事業的發展。

結語

澳洲的Stalker管激波風洞的技術對中國的33倍音速風洞起到了非常大的幫助,33倍音速風洞的出現將為中國的航天事業帶來新的發展,它將為未來的載人月球和火星計劃的設計提供更加精準的模擬環境和更加準確的飛行數據支持。