为何大型风洞只有少数几个国家能建?

蒋丽琴


作为包括飞机高铁等尖端设计必须的一个重要设备,目前也只有少数几个国家具备建造能力。目前中国和美国是世界上少有的能够同时建成品类齐全的风洞群的国家。

首先,风洞并不是每一个国家必须的,只有那些需要设计建造诸如战斗机、高速列车或者超级大桥这些设备的时候,才会需要风洞这种设备,从这个角度上来看,已经将大多数国家对风洞的建设行列中排除了,毕竟在目前世界上能够进行这几项研究的国家已经越来越少了。

第二,具备风洞建设能力的前提,就是拥有强大的资金支持和技术积累,这些又会将俄罗斯这样的国家给最后排除,毕竟这几年俄罗斯经济大滑坡,因此对于风洞这些烧钱同时有很少使用的设备,最后还是出现落后。

最后,对于很多国家而言,风洞这种使用频次低,但是又有需求,最好的办法就是抱大腿,比如美国的盟友,如果设计需要使用风洞技术,可以向美国爸爸提出请求,但是这样也面临着自己的研发技术泄密的巨大风险,但是对于美国盟友而言,也基本上没有什么秘密可言了。

提一嘴,中国最大的风洞群处在西南某地的大山当中,品类相当齐全,该风洞群是中国军工技术进步的重要助推器之一,目前依然在发挥着巨大的作用,此外中国还拥有JF12激波风洞这种用以研发高超音速武器的尖端风洞。


墨者善狩


世界上很多东西,都只有少数几个国家能建造,要么是钱的问题,要么是技术的问题,除了风洞以外,比如说航空母舰、战斗机、载人航天等等。缺钱的是玩不起,比如说俄罗斯,本来很多东西走做的不错,但是缺钱造成人才流失断层、反倒很多东西造不了。缺技术的是不会玩,比如说沙特,只能买买买,但是一些东西要么买了无用,要么别人不卖。风洞就是这样,钱和技术缺一不可的存在。

下面来说说为啥就那么几个国家能建大型风洞:

首先、什么是风洞

风洞是一种“管道状”试验装备,该装备根据运动的相对性原理,将被试验模型固定于人为制造的气流中,以此模拟实际运动中的各种运动状态,获取试验数据。

对于风洞,其实只有大国或者立志成为大国的国家才有需求,中等国家亦或者是小国,根本没有这种需要(只能想想)。因为风洞分为很多类型,按风俗分可以分为低速风洞、跨音速风洞、超音速风洞和高超音速风洞等,按其他类型分还有加热风洞、结冰风洞等等,总之就是为了模拟物体的实际运动状态和环境,获取参数和试验信息,达到验证技术和分析特征的目的。(比如下图,日本的风洞情况)

风洞是一个体系,必须拥有完整的风洞体系才行,也就是要有各种类型的风洞,说白了你就只建设一个、两个风洞或者一种类型的风洞,根本没用。除非你能像欧洲国家英法德意那样,你建几个,他建几个,然后凑出一个完整体系。或者像美国盟国一样,有需要,花钱拿到美国去做风洞试验(但是这样会造成一些机密信息的泄漏)。下图,美国NASA AMES研究中心的风洞群:

建设风洞的成本和技术就不说了,光说运行风洞吧,这需要长年累月的风洞试验来积累数据,这些数据可是试验的宝库,这些数据库才是以后分析、模拟、对比的基础,但是大量的模拟分析试验工作很可能90%都是白做,真正有用的数据和试验不到10%,这试验成本就可想而知。(下图,各大国风洞数量对比)

风洞体系的存在,很有可能是你建的起,用不起,没有一个强大国家力量的支撑,根本整不转。一个完整的风洞体系建立起来都是百亿美元起步,况且大型风洞运行起来就是“用电大户”,有些风洞专门配套了发电站和水库,烧钱程度不可小觑。这也是为何欧洲几个大国要联合起来搞风洞体系,而印度一直志向不小,却一直搞不起来的原因。

风洞用起来真的贵,单说超音速风洞,单里面的压气机运行一小时,就得万把块的电费;风洞配的喷管,一般一种尺寸的喷管只能产生特定速度的气流,而试验需要不同速度的气流,所以一个风洞需要配多根喷管,例如6倍音速的喷管、6.5倍音速的喷管、7倍音速的喷管等等,一根喷管造价就几百万,且特别的娇贵,可能一个硬币大小的杂物就会损坏喷管。而风洞设施上的娇贵设备又特别多,易损坏、难维护,一个调压阀门坏了,修一修就好几万。

再来说说,风洞里面的易损件(耗材),例如上图这个压力传感器,一方面要求其极其灵敏,以方便捕捉高频信号,另一方便有要求这个传感器尽量的小,降低对风洞流场的干扰,就上图这个几毫米的小传感器,一根就得几万,一次风洞试验的模型上就要装几十个这样的传感器。而这个小东西,很可能一个激波过来,就坏一片,坏了还不能修只能更换,这样的耗材足以说明风洞设备的“贵”了吧。

再说说风洞里的照相设备,当风洞需要定量测量时,就需要跟拍粒子的示踪粒子,就是上图这种粒子图,超音速状态下,粒子位移很小,拍照间隔就要很小,一般是微秒(百万分之一秒)量级,所以相机的照相频率就要特别高,这样的相机怎么也得几十万一台。但是照相间隔太短,进光量又不足,又得搭建几百万一台的大功率激光器,而利用激光器搭建光路时,一不留神有可能烧坏相机,这。。。。。。。我们这里所说的,也只不过是风洞建设和使用过程中的冰山一角。

因此,风洞这种装备,又贵、技术门槛又高,可不就得只有大国强国才建得起、用得着,玩得转么。


卫青点兵


不用说大型风洞了,我现在给喷子们脑补一下有多少武器是我国和极少国家以外,大部分国家造不出来的。常规航空母舰和核动力航母,常规潜艇和核动力潜艇,,舰载机,五代机,多功能无人机,隐形无人机,大型运输机,远程轰炸机,洲际弹道导弹!洲际潜射导弹。还有055,052,野牛,大型补给舰这类的大吨位舰船。中型武装和运输直升机。还有大口径自行榴弹炮,坦克,装甲车。防弹衣,头盔,步枪,反坦克火箭炮,单兵防空武器。自行火箭炮。卫星武器,反卫星武器这类的空天武器。以上这些,除了美俄中几乎能全造出来以外,大部分武器连英法都造不出来!


网络义勇军—反喷先锋


因为大型风洞实在是太花钱了。仅举几个风洞的建设费用为例:

美国NASA艾姆斯研究中心的36米*24米低速风洞,2.22亿美元。

加拿大国家航空研究院9米*9米低速风洞,2000万美元。

法国国家航空航天研究院4.5米*3.5米低速风洞,5870万美元。

荷兰、德国合作DNW9.5米*9.5米低速风洞,6300万美元。

所以,如果在航空领域没有足够的雄心壮志,没有几个国家敢于斥巨资建设这样的大型风洞。

建设成本已经如此昂贵,运行成本同样居高不下。艾姆斯巨型低速风洞的电机总功率为10万千瓦,换算可得每平方米所需功率为140千瓦。而更高的跨音速风洞每平方米所需功率则达到4000千瓦,超音速风洞每平方米所需功率进一步增加到16000千瓦-40000千瓦!所以风洞试验速度越高,试验段面积就越小。

由于大型风洞的试验段足够宽敞,大尺寸模型所受的洞壁干扰很小甚至可以忽略,反过来又提高了被测参数的精度,因此,航空大国们都不吝于投入巨资建设大型风洞:1934年美国首先建成了世界上第一个可进行整机全尺寸吹风的大型风洞。到了1939年,苏联打破山姆的纪录,建成了当时世界最大的T101低速风洞,试验段尺寸为24米*14米,并长期保持这一纪录。美国急起追赶,于1944年在NACA艾姆斯中心建成24米*12米风洞,又于冷战中进一步扩充风洞实验能力,终于在1982年建成36米*24米风洞,从苏联手中夺回了桂冠。美苏之所以能在冷战期间成为主宰天空的两大霸主,这些大型风洞立下了汗马功劳。


asiavikin


很多种原因造成了风洞大多集中在少数强国手中,有主观原因,也有客观原因。我总结有三个主要因素,一是技术原因素,而是需求因素,三是经济因素。

风洞不是简单的一个风扇,有前期的规划,设计,理论计算,才能为先进的风洞做好技术基础,还要有一定的基建和装备制造能力,风洞需要开山修路,需要大功率的电机风扇,压气机,大量传感器,观测设施,以及整个体系的建立,这都是要以技术储备为基础的。所以小国弱国干不了这事。这是技术原因。

既然建立风洞需要做那么多的事,需要培养人才,那必定要花钱,而且不是小数目。光是基建,要开山,要修路,要建立整个实验场地,高精尖设备的投入就是不小的花费,实验体系建立后的设备维护,配件是损耗,必然很昂贵,一般风洞的功率都很大,电力消耗巨大,需要有配套的发电和输变电工程来维持实验风洞的运行,条件允许的,比如中国,要建水电站。想想就贵。

至于最后一个需求因素,有了以上两个因素的牵绊,那就要好好考虑一下,自己有没有能力建,有没有必要建,风洞最初建立的目的就是服务于航空航天等国防领域,小国弱国自己根本就没有完整的国防工业体系,要风洞又有何用?有些国家确实有需要但国力有限,它可以借用别国的风洞,或者联合几个有一定需求的国家共同建立。

中国必定是要屹立于世界之巅,所以风洞对中国来说是必须的重大基础实验装备,举国之力都是要建起来的,而且中国的风洞水平也是不低的。


你是哪勾


风洞是个好东西啊。往小的说,这是技术积淀的成绩。往大说,这是国家地位的象征。

风洞这个好东西对大部分国家来说是多余的,他们只需要购买现成的产品,享受优质的服务就可以了。

刚才我查了一下资料,在1871年,弗朗西斯·赫伯特·韦纳姆和约翰·布朗宁(这俩名字很绕嘴)设计并建造了世界上第一座风洞,知道这个风洞造就了谁么?不错,就是莱特兄弟。

莱特兄弟通过这个小小的风洞进行上千次的实验,最终在1903年发明了世界上第一架带有动力的载人飞行器——莱特飞行器。

好了,现在说说现代的风洞吧,建设风洞的成本和技术就不说了,只说运行风洞吧,这需要长年累月的风洞实验来积累数据,这些数据可是宝贝中的宝贝,通过这些数据才能为以后的实验建立分析、模拟、对比的基础,但是大量的模拟分析试验可能有90%都是白做,真正有用的数据可能都不到10%,想象一下这试验成本有多高?

风洞是一个体系,有很多种,很有可能是你建的起,用不起,没有一个强大国家力量的支撑,根本玩儿不转。

有人说,既然这么费钱费力的,用美国现成的不行吗?还真不行,战略级别的风洞实验你能拿到国外去实验吗?简直就是给敌人送人头。所以在我们有技术,有力量,有财力的情况下,我们还是自己玩儿。一个字:稳!


头上有条的喵


首先,风洞的建设成本很高,需要巨大的资金来支持,就是建设好,也还要巨大的资金来维护其安全运行,后期的维护成本很高,而且一国的科技储备必须达标,需要大量的科研人员来研究这些数据,来分析实验成果。建设这么大的成本,而且不一定能达到科研成果,你说那个国家的纳税人能同意这事,毕竟这个花钱就是个无底洞。


新疆蛋蛋哥


束缚了的科学。


WFQ455


载重六十吨的卡车并不是很贵,你家为啥不去买一辆开着买菜?


老馒头簸箕


归根到底还是钱的问题。


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