2006年02月28日 10:27 科技日报 走进风洞，两截巨大的管道被螺旋上升的旋梯簇拥着，管道口相距约10米。好不威武挺拔，如果说它是个试验设备，倒不如说它是个建筑艺术品。 听说空气动力研究基地又自主设计建造了一座亚洲最大的立式风洞，但未亲眼所见，今天终于如愿以偿。 有风吹过的洞体 风洞，若按航空领域的名词来解释，它实际上是一座根据相对运动原理建成的，用以模拟各种各样的飞行器在大气中飞行的试验设备。 新建成的这座立式风洞，总高55米。据介绍，该风洞采用现代最新变频调速技术实现了风速控制，采用数字图像和遥测技术实现了飞机尾旋模态数据自动辨识，总体水平居国际领先地位。投入使用后，除可完成现有水平式风洞中的大多数常规试验项目，飞机失速/尾旋性能评估及改出特性研究、返回式卫星及载人飞船舱伞组合系统空气动力稳定性研究外，还能完成降落伞及阻力伞空气动力性能测定与研究，开展直升机模型试验模拟及其相应的技术开发等，甚至可用于跳伞及航空救生实兵训练。 风洞家族的新星 风洞建设是一个涉及多学科、跨专业的系统集成课题，它囊括了包括气动力学、结构力学、自动化控制、声学等20余个专业领域。每一座风洞的诞生，均将导致飞行器的升级换代。 上世纪70年代，他们便开展立式风洞的调研和设计工作。90年代，随着我国载人航天事业的飞速发展，立式风洞建设提上了议事日程。拥有我国自主知识产权的这座风洞，从破土动工到首次通气试验仅用了两年半时间，创造了中国大型风洞建设史上的奇迹。 它“亮点”颇多：两个摄像头同时采集试验图像，计算机自动判读处理；首先将世界最先进的某技术用于风洞主传动系统控制，具有风速的快速调节能力；电机转速精度提高50%，可具有蝶形分布流场等……风洞负责人介绍说，它是我国庞大风洞家族群中最引人瞩目的一颗新星，填补了我国风洞的空白。 把“风”规之矩之 “风”，自古以来是凌空舞蹈的精灵，自由之极。但在科研人员的手下，无影无踪又无所不在的风被规之矩之，梳理成各种形状，穿透为准确的数据。 真巧，某飞行器模型自由尾旋及改进试验正在风洞进行。但见值班员轻启电钮，巨大的电机开始转动，大家急忙用双手捂住耳朵，甚是担心飓风惊雷的怒吼。10秒、20秒，没有怒吼，只有空气穿流的浅唱低吟。30米/秒、50米/秒，风速已到极致，但站在试验段旁，却没有“大风起兮”的意境。 50米/秒风速，什么概念？胜过飓风！值班员说，如果把人放在试验段中，会有被风吹起乘风飞翔的绝妙感觉。 这是该风洞的首次试验，也是对其试验能力和试验技术的全面考验。有关专家作出评估鉴定，我国首座立式风洞已形成强大的试验能力，并在尾旋模态辨识技术上获得突破，试验技术已经达到国际先进水平。 把空气加热 对返回式卫星及载人飞船舱—伞组合系统空气动力稳定性的研究，是立式风洞重要试验项目。美国在研制阿波罗飞船期间，曾做过两个海拔高度、11个重心位置、4种不同的伞直径和59种系伞方式的风洞试验。这些试验研究对航天员的生命安全至关重要。 2004年，美国哥伦比亚航天飞船在起飞途中，因表面泡末打碎防热瓦，导致局部温度骤升而不幸发生爆炸。而自1999年以来，我国神舟系列飞船安全地进行了6次天地往返。靠的就是这个基地先进的地面防热试验平台。 载人航天飞船返回舱以每秒数千公里的速度飞驰，在穿越大气层中要克服几千度高温和高压，外壳的安全性成为关键。据航天英雄杨利伟归来后说，从返回舱里观看，穿行时外面被烧如铁水一般，通红通红。防热的关键在于进行大规模、高参数、精测量的热结构试验研究，基地的某电弧风洞当仁不让地成为“主考官”。 该电弧风洞就是以很大功率的电荷形成电弧，把空气加热，对高超声速飞行器顶端进行热结构试验，达到在地面考核的目的。 5年攻克难关 防热试验专家刘湘华指导完成的国内首次飞船返回舱模拟高焓、低热流密度和长时间加热环境的材料和大部件热结构试验，保证了飞船返回舱防热大底分离装置烧蚀传热任务的完成。 防热试验专家陈德江带领课题组，每天呼吸着刺鼻的铜离子味，坚持在试验间里攻关，5年攻克了大功率管状和片式电弧加热器等关键技术难题，填补国内大功率特种直流电源研制和大功率电弧加热器的空白，设备参数全面超越了下达的技术指标。首次利用电弧加热器产生的自由射流，完成1∶1模型烧蚀试验，结束了大型烧蚀防热试验依赖国外的局面。 历经10载研制的核心部件某片式电弧加热器，不过半张课桌大小，外行人看了难免产生“不过如此”的感觉，内行人却知道它了不起，我国的这唯一一台，已跻身世界先进行列。 正是因为手中掌握了大量可靠的防热数据，载人航天有关负责人才敢对航天员拍胸脯：“你们尽可以放心地上去，绝对烧不穿！” 让飞行器更敏捷 引射器技术，即用一种高速主动气流抽走另一种被动尾气。它在众多气动设备领域作用至关重要，其先进与否直接决定飞行器的性能。 在某型跨超声速风洞建设中，科研人员曾大胆突破常规风洞的设计技术，在国际上首创了采用某引射器方案，实现了跨声速风洞常压与增压运行，试验雷诺数为世界常规跨声速风洞之最。 某重要成果，凝聚着全国十几家科研院所、上百名科研人员的数年心血。但在最后调试时，却出现了一个不小的问题。基地科研人员改换多种试验方法，仍然未达到应有效果，一时间现场气氛紧张：数年心血可能毁于一旦。 以气动设计专家廖达雄为首的科研人员果断决定：取消原先成熟但已落后的技术，改换为先进的引射器技术。当时有不少人心里直打鼓，这种技术从理论上说效率挺高，但从未真正验证，工程上能不能用，用了行不行？ 至今很多人清楚地记得那45天背水一战的情景。制造出小的试验模型，从加工到试验，前后不到10天，而以往一般是1个月；天天高强度试验，能源也吃紧。所有人员都在现场全程配合安装公司完成加工任务，没有一天睡过好觉，人人带着“红眼病”上班…… 验收当天临晨4点，他们完成最后一道工艺，试验一次成功，受到总部领导高度评价，并获军队科技进步一等奖。 除占据基础性地位的引射器技术外，大攻角技术研究也日益成为各国竞争的重点。 现代空战要求飞行器具有很高的机动性和敏捷性，无论是战机近距离格斗，还是导弹定点打击目标，都对飞行器的大攻角状态提出了新要求。大攻角，即飞机在过失速状态时展示的一种飞行角度。专家一致认为，大攻角已经成为影响当今全世界飞行器发展的一个关键性技术。 全国大攻关，气动要先行。以研究员范召林、李建强为代表的气动人对此尤为清楚。他们利用拥有大风洞试验平台的优势，不断加大试验难度，飞行器运行角度从负5度转到115度，成功跨越直角度，攻克了“眼镜蛇机动”难关。他们掩饰不住内心欣喜，趁势而上，在气动布局设计、流动控制、机理研究等飞行器静态研究上建立了配套的试验体系。这项重要成果，被迅速应用于我国的飞机研制，一举拿下了三个军队科技进步二等奖。 面对“十一五”，他们已经做好了充分的准备，实现大攻角静动态结合研究的突破性进展…… 新闻背景 刚过正月十五，空气动力研究基地便传出捷报，某型号风洞连续十余日运转，开展某重点型号系列试验，吹风车次达一百五十一次，风洞试验实现了开门红，创近年风洞开年以来最好成绩。目前试验进程过半，试验数据良好，并将于近日完成全部试验项目。 据悉，在该基地建设的我国首座立式风洞也已形成强大的试验能力，尤其是在尾旋模态辨识技术上有所突破，试验技术已经达到国际先进水平。 （周建君 本报记者 于莘明）
