[转帖]亚洲最大立式风洞:我军攻克战机“眼镜蛇机动”技术难关

亚洲最大立式风洞:我军攻克战机“眼镜蛇机动”技术难关

来源:科技日报   时间: 2006-02-28

 

 

 

 

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)

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