他研发的这项技术,助力中国造出全球首款超音速导弹,超越美国

风洞这个词相信大家都不陌生,其对于航空航天的意义非常的重大,高精尖的武器,尤其是高超声速武器的研发都离不开风洞的帮助,我国的航空工业能够有如今的进步,也得益于我们有了世界一流的风洞实验室。

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打个比方来说,一款飞机需要能够达到多少千米的高速、需要能够适应多少千米的气流,那就只能通过风洞复现气体的流动情况,来进行试验。

可以说,先进风洞一直是飞行器研制的主要手段,地面风洞实验技术代表着航空航天领域战略发展实力,一代风洞技术决定一代飞行器的研发水平。

我国航空工业起步非常低,但是迫于国防压力,我们又必须发展优秀的战斗机,这时候怎么办呢?拿我国的歼8近举例,当年研发歼8的时候,由于风洞达不到要求,因此拿不到相关的数据。于是我们的歼8总设计师顾诵芬老爷子只能采用“粘毛线”的方法,在歼八的尾部粘上毛线,自己乘坐一架歼7战斗机尾随其后,然后用肉眼观察毛线的运动状态,以此来发现歼8尾部的空气动力学特征。这样拼命的精神,令人动容,但是也反映出没有风洞的窘境。

在钱学森和郭永怀相继回国之后,根据著名科学家钱学森、郭永怀的构想,我国于1965年在四川组建了高速空气动力研究机构,1968年,郭永怀在此基础上又领导组建了中国空气动力研究与发展中心,下设计算空气动力学研究所、低速空气动力学研究所、高速空气动力学研究所、超高速空气动力学研究所、设备设计与测试技术研究所五大中心研究所以及吸气式高超声速技术研究中心。40多年来,中国空气动力研究与发展中心建造了数十座高质量的风洞,其规模堪称亚洲之最。

而郭永怀建设风洞的原因,就是想发展高超音速武器,高超音速武器是近几十年各个国家都想掌握的具有战略地位的超级武器,美国认为:高超音速武器将是一个可以轻易改变战争游戏规则的杀手锏,在高超音速武器面前,任何防空系统在高超音速武器面前将毫无用武之地。

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美国从80年代就提出发展高超音速武器的计划,而郭永怀在50年代就已经提出了高超音速武器的概念,1957年,郭永怀在《现代空气动力学问题》的报告中,指出高超声速空气动力学应该是我国随后一个时期的重点研究方向。而这一倡议让祖国在高超音速武器的研究上领先全世界。

如果想要发展高超音速武器,那么就必须要建造高超声速风洞,而这项艰巨的任务则交给了郭永怀的学生俞鸿儒。

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年轻时候的俞鸿儒和妻子金生

2008年,在俞鸿儒的指导下,姜宗林率领中科院力学所高温气体动力学实验室开始建造JF12高超声速复现风洞,而这需要突破三大技术瓶颈:风洞驱动功率小、实验时间短、测量精度低。

另外,JF12复现风洞就是要在地面上创造一股具有高超声速飞行速度的实验气流,并且气流柱的直径尺度要达到满足实际尺寸飞行器实验的需求,如果应用2.5米直径的喷管,开展9倍声速的实验,JF12复现风洞的功率需求比葛洲坝水电站的总功率还要大。

而这也是为什么高超音速风洞一直以来难以建造的原因,而利用俞鸿儒的大功率激波风洞爆轰驱动技术,成功解决了这一难题。

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氢氧爆轰驱动高焓激波风洞JF-10

一套设备,几千张图纸,有多少疑难通过不断的努力,他们做到了一次安装到位,一次调试成功。仅用4年时间建成了复现高超声速流动条件激波风洞这一大型科研装备,可复现25—40公里高空、5到9倍声速的高超声速飞行条件,引领了国际先进风洞技术的发展。

而俞鸿儒、姜宗林团队通过复杂波系传播及其相互作用规律的研究,发现采用爆轰驱动能提供足够的驱动能,但爆轰驱动适用于产生高焓气流,在Ma=5~8范围,难将分界面缝合,试验时间很短。经过反复思考,俞鸿儒表示采用小直径驱动段能克服这一困难,再将被驱动段长度增长并增大直径,由此提出了长实验时间激波风洞理论。

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得益于此理论,JF12复现风洞有效实验时间达到130ms,是美国的4倍。

JF12被国际上称为“高超巨龙”,是世界最大的激波风洞,也是国际首座可复现飞行条件的高超声速风洞,成就了我国独立自主研究先进空气动力学试验装备的先例。复现风洞理论和技术解决了困扰高超声速地面试验六十年的世界难题,实现了风洞试验状态从流动“模拟”到“复现”的跨越,引领了国际先进风洞实验技术的发展。

美国国防部2013—2015年连续三年向国会提交的报告中评价了中国的JF12激波风洞,认为这体现了“中国科学院在推进军事现代化的基础研究中起到了关键作用”。

央视曾经报道过,很多款新型高超音速飞行器模型都在JF12风洞“吹过风”,我们可以想象一下里面会有什么武器!

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中国如今推出的DF-17乘波体高超音速弹道导弹就离不开俞鸿儒研发的JF12高超声速激波风洞来模拟高超音速武器在模拟速度达到10马赫到25马赫的高超声速环境。

DF-17是全球首个可实战的承波体高超音速导弹,末端速度最快可以达到20马赫,也就是每秒6806米每秒,第一岛链最远只有1800千米,只需要4分钟的时间就可以到达。

俞鸿儒铭记老师郭永怀先生的话,“我们这一代,你们以后二、三代,要成为祖国的力学事业的铺路石子”!

几十年来,俞鸿儒培养了多位硕士和博士,成为学术精英和国家栋梁。他还在中国科技大学、国防科技大学等高校担任兼职教授,多年来热心培养人才,并大力支持这些单位的力学学科建设,推动了中国高校的力学教育。

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我们祖国能有今天这样的强大,就是因为有着无数像俞鸿儒这样的爱国情怀的栋梁之才的付出,他们舍弃名利,甘愿为国奉献。例如,在原子弹研制中,西方科学家在使用计算机时,我们的科学家只能用算盘和笔来计算核心数据,这在普通人眼里是难以想象的。为了节省时间,他们常常通宵达旦地工作,最后在没有计算机辅助开发的情况下,完成核武器的速度远远快于美国和苏联。

中国核潜艇之父黄旭华为完成核潜艇这一绝密工程,隐居30年。在这期间,他甚至没有时间回家看望父母,直到母亲去世。除了精神上的痛苦,他还得面对更多的实际问题。和发展核武器一样,他缺乏必要的研究设备。为了计算开发过程中的复杂数据,他带领团队使用算盘计算。据他后来的回忆,算盘珠子相撞的声音从清晨一直持续到深夜。因此,中国第一艘核潜艇也被称为“算盘打出来的”。

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从这两个例子中,我们可以看出这些科学家的爱国情怀,更不得不佩服老一辈科学家扎实的数学技能。没有计算机的情况下,硬生生的用纸、笔和算盘计算出如此庞大的数据,扎实的数学基础是他们取得成功的关键原因之一,我们也可以看出数学的重要性,无论是原子弹、核潜艇还是其他研究工作,数学都是非常重要的工具。

数学是一切科学的基础。但现在的孩子普遍不喜欢数学,觉得无聊,这让家长很是头疼。人们常说培养一个人对事物的专注力的最好方法是培养他们对事物的兴趣。为什么现在大多数孩子不想学数学?很大一部分原因是因为数学中枯燥的知识,让他们提不起兴趣。

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培养孩子对学习的“兴趣”比“填鸭式”教育重要得多。儿童兴趣的培养往往来自一本好的启蒙书和一套好的教学理念。民国时期,有一位著名的数学家叫刘薰宇,他在数学教育这方面取得了巨大的成就。他被称为数学科普的奠基人。许多知名大师都称赞他,如杨振宁、谷超豪、齐民友等人。

诺贝尔奖得主杨振宁先生在与学生们谈话时也谈到了“兴趣培养”这个问题。他说:“曾经有一位数学家刘薰宇先生,他写了许多有趣的数学文章,我读过他的一篇关于智力测验的文章,读完后印象深刻,对我早期的学习有很大的帮助。”

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中国科技大学原校长、著名数学家谷超豪在接受采访时表示,刘薰宇的数学作品对他影响很大,他的作品中很多的数学理念是我从来没见过的,这些数学知识使我进入了一个新的世界。

还有,著名数学家、武汉大学原校长齐民友教授也说,正是因为读了刘薰宇的著作,才从一个从小对数学不感兴趣的人,走上了数学研究的道路。

兴趣是孩子们最好的老师。要想学好数学,就必须抓住儿童数学的“敏感期”。因此,刘薰宇的教学方法不仅有趣、高效,而且很受欢迎。现在,为了继承他的教学理念,让更多的孩子受益,他的作品被编入了《数学三书》,送给自己的孩子,这可比送一个蛋糕、一个玩具更有益处


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