為何大型風洞只有少數幾個國家能建?

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航空航天專業的同學來回答一下這個問題。

如下圖所示,就是所謂的風洞,就是用人工的方式在一個洞裡面朝著要測試的設備吹出來風,來模擬這個設備運動起來與空氣之間的相互作用、測試這個設備的性能【專業術語叫做氣動性能】。一般來說,像飛機、航空發動機、導彈,甚至於汽車都需要放在風洞中來測試性能——這是設計過程中必要的一環。

而根據吹風的速度,可以分成低速風洞和高速風洞。速度最高的風洞甚至於可以吹出30倍音速的風速,來模擬航天飛機的運動情況。

比如說位於美國加利福尼亞的超音速風洞LENS-X,它是目前唯一能讓風速達到30馬赫的風洞,而目前中國最大的風洞是位於北京郊區的JF-12風洞,可以模擬十倍音速。

小的、低速風洞很容易建,但是大的、高速風洞很難建。

小的、低速風洞用風扇吹吹就可以形成低速氣流了,所以很好建,甚至於很多大學裡面都有一兩個風洞【我們學校應該有三個還是四個吧】,但是大的、高速風洞可不是隨便用電扇吹吹風就行了,而是要有一系列的複雜設備來把氣流加速到那麼高的速度,而且不是什麼東西都需要放到這麼高級的風洞裡面來吹的,只有高超聲速武器、航天飛機之類的才需要這樣的高超聲速風洞【如下圖所示,是美國的高超聲速試驗器X-43A】。

所以說為什麼大型的超高速風洞很少有國家建呢?有以下幾個原因:

1,對於絕大多數國家沒有必要。

實際上除了少數幾個大國之外,已經很少有國家能夠玩轉得起高超聲速飛行器了,而且國際環境也只允許少數幾個國家擁有高超聲速武器。就算不是高速風洞,普通的大型風洞也是給大型飛機、尤其是大型軍用飛機和相關設測試氣動性能用的,這些裝備也不是一般國家玩得起的。

所以說對於絕大部分國家而言,沒有必要建大型風洞。

2,技術複雜、耗能巨大、維護耗錢。

不要以為風洞就是吹吹風,技術很簡單,但是你想要建起來還真的不容易,比如說下圖的風洞,全長達到了265米,而且其中通過的可是超高速氣流,不是隨隨便便就可以建起來的。

而且你就是建起來了,還不一定能夠用得起,一些大型風洞,需要單獨的水電站來進行供電才能夠驅使這樣的風洞運轉,一開機就相當於一個幾十萬人口的城市在用電,簡直就是可怕的電老虎。

另外,風洞本身花錢還不是大頭,大頭是大量的測試設備,特別是高超聲速風洞,可能你建風洞十個億,研發、購買測試設備也得十個億,畢竟一次高超聲速風洞試驗可能就堅持幾毫秒,而且是特別惡劣的高溫、高壓、高速環境,要在這麼短的時間、這麼惡劣的條件下進行測量,那樣的設備可不是一般的設備。

所以說,想要建大型風洞,真的是要有需求、要有技術、要有錢,缺一不可,但是大部分國家是又沒需求、又沒技術、又沒錢,那就自然建不起來了。


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近日,中國空氣動力研究院放出重磅消息,國產10倍音速超燃衝壓發動機風洞試驗獲得重大突破,在短短5毫秒,即百分之一的眨眼時間以內,氫燃料在每秒3千米的超高速度之下瞬間點火併穩定燃燒,這一過程的實現,不亞於在龍捲風當中點燃一根火柴的難度。

與對飛行器氣動構型進行吹氣的一般風洞不同的是,這次實驗所採用的風洞是專門為10倍音速超燃衝壓發動機而打造的,因而也需要承受高溫燃燒以及高速氣動所造成的影響,其技術含量乃至難度之高,無需多言。

眾所周知,人類目前對於渦輪風扇發動機的探索已經登峰造極了,那麼為什麼還要另闢蹊徑搞什麼超燃衝壓發動機呢?其實根本原因就在於此,2到3倍音速已經是當前的技術瓶頸,再快的話,精密卻又嬌貴的發動機整體結構就會被巨大的離心力拽得分崩離析。

而超燃衝壓發動機則沒有這個問題,它能夠將燃料點燃並壓縮,最後再噴出以形成推力,整個過程就像打氣筒一般直接且粗暴,由於沒有渦輪以及葉片等構件的制約,搭載著這種發動機的飛行器,其最大速度理論上可以達到10倍音速。

在此之前,這個領域有涉獵且有突破的國家無非美國和蘇俄,其中最著名的當屬美國X43A以及X51A兩型乘波體飛行器,前者早在2004年的時候就已經達到了7倍音速,不過隨後因為燃料無法支持長時間燃燒而中止發展。

後來美國人決定降低速度,於是搞出了速度降低至5.1倍音速的X51A,雖然速度降下來了,但是卻換來了426公里的航程,這也是目前為止高超音速飛行器飛行距離最遠的記錄,但總的來看,美國和蘇俄所取得的成就都不能算作是真正的突破。

事實上,人類在追求速度的道路上所取得的成績遠遠超出了大多人的想象,動輒超過多少倍音速的新聞已經充斥了我們的腦海,想把速度放大其實對於如今的人類而言,並不是什麼天大的難事,即使是最普通的火箭發動機所推動的彈道導彈在末端的速度都可以超過30倍音速了,但是這需要攜帶大量氧氣來供應燃料燃燒,無形中限制了其性能的發揮。

如果能夠利用好大氣層的氧氣,不就可以省去這一環節了嗎?於是,乘波體這種在大氣當中高速翱翔的空天飛行器成了時下的熱門研究課題,超燃衝壓發動機就是研究乘波體的必須前提,而專用的風洞則是更進一步的前提。

在未來,無論是民用還是軍用,無論是空間位移,還是第六代戰鬥機乃至空天軌道轟炸機,亦或者是高超音速打擊武器,都將不可避免地採用超燃衝壓發動機技術,目前,我國和美國均在這方面已經進行了多次試驗,並積累了很多經驗,將是未來該領域的探路者。

目前,擋在人類面前的困難主要有兩點,其一,如何保證氫氣燃料與氧氣在毫秒之美瞬間融合並燃燒,注意,是穩定燃燒,超燃衝壓發動機雖然有其結構先天優勢,但物理性質畢竟是無法違背的,在超高的速度之下,任何物質的表面以及內在屬性都是不穩定的。

其二,在於如何解決燃料燃燒過快的問題,雖然美國X51A已經取得了426公里航程的記錄,但是這對於飛行器實用角度而言,很顯然仍然是遠遠不夠的,關於這個瓶頸,目前只能從飛行器本身體量以及燃料配比方面下手,未來究竟會有何發展,國產超燃衝壓發動機能否彎道超車,目前仍不得而知。

加油吧!中國!加油吧!人類!


迷彩虎軍事


大型風洞不說技術與建造,就說正常使用都不是小國能負擔的起的,別的不說單論耗電量,就需要一座中等以上的水電站專門供應,它的耗電量最起碼與中等城市相等


酒鬼999999999


小國有需求嗎?一共才幾十架飛機而且還是各種型號各種類型的。中美俄一型飛機的裝備數量就上百,風洞成本平攤在每架飛機上就很便宜了。而且再過幾十年,各個小國將有空無防,因為裝備不起最先進的第五六代機,而不得不各自找大腿抱。


浪客劍心50721029


無非就是錢的問題


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