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中国风洞接近世界先进水平 具备大飞机试验能力

热度61票  浏览97次 【共0条评论】【我要评论 时间:2010年7月23日 16:52

中国空气动力学专家王勋年

资料图:神舟飞船模型接受高速风洞的测试[图集]

新华网7月23日报道 王勋年是我国空气动力学专家、总装某基地研究员。他扎根川西北大山深处有27年,主持和参与国家、军队重大科研项目90余项,探索掌握了13项具有重大科研应用价值的低速空气动力试验新技术,用青春和智慧为祖国的空气动力学事业谱写了一曲壮美的风雷之歌。7月22日空气动力专家王勋年接受新华网专访,畅谈他的风洞人生。

什么是空气动力学?何为风洞?

王勋年:首先我介绍一下,我是搞空气动力学的,空气动力学是什么呢?它就是研究空气和物体的相互作用,比如说飞机就是在空中飞行的一个物体,它和空气有一个作用,飞机之所以能够飞是因为飞机速度很快,跟空气之间有一个作用,靠气流的力把它托起来,所以空气主要是研究空气和飞行器作用力的,这叫空气动力。

什么叫风洞呢?我们搞空气动力学难在哪儿呢?因为空气看不见、摸不着,要测量也不容易,尤其是飞机在天上飞的时候你去测量很困难,所以我们想了一个办法,什么办法呢?就是我们把飞机做成一个模型,类似于这样的,或者更大的模型,让它固定在一个实验台上,用高速的气流来吹它,这样就可以达到飞机受到气流的作用力。我们是通过这样一种手段,就是相对运动的手段,飞机不动,让气流高速运动,吹到飞机上,所以我们叫吹风,这样就可以获得气流的作用力。产生气流的速度,那就需要专门的一套装置,这个装置就是要产生很强的风,所以就叫风洞。

风速度能够多少呢?低的风速,可以到每小时100公里,200公里,最高可以到25倍音速的气流。形成高速气流的管道装置,要专门建造地面的实验设施,这个设施一般是很长的管道,就像洞一样,因为在洞里面可以产生很强的气流,这就叫风洞。

风洞这项技术与我们的生活有什么关系呢?

王勋年:其实我们日常生活离不开气流,离不开风。风洞跟大家很多日常生活是密切相关的,比如大家日常要坐飞机去飞行、去旅游,那你乘坐的飞机设计研制就需要通过大量的风洞实验。

比如现在看到很多很漂亮的高层建筑物,比如东方明珠,它在台风来的时候,受到风阻很大,这样我们就在风洞进行研究,看它有多大的承受力。还有就是2008年奥运会的火炬塔,它也在我们风洞里做了很多实验,看风对它有多大作用力。还有就是小汽车已经很普及了,实际上很多汽车,为了让它有比较好的性能,就是风阻比较小,流线型比较好,保持比较好的稳定性,也要在风洞里进行实验,所以跟大家日常生活都是密切相关的。

风洞试验包括哪些环节?

王勋年:首先一个基础就是要产生气流的管道装置,大型试验设施,这是一个最基本的试验平台。有了这个平台以后,我们还需要做什么呢?我们需要做飞机的模型,这个风洞可以做的很大,但是毕竟不能太大,所以飞机只能缩比,变小,然后放到风洞里进行实验。所以我们就要专门设计制造用于风洞实验的模型,它的形状和真的是一样的。

比如说我们ARJ飞机,那个模型大概可以做到1:7、1:8左右。还有就是有了这个模型以后,比如飞机受到的力要测下来,那就需要一套很精细的测量设备,比如说它受到多大的升力,多大的阻力,有时候还要测量翅膀上的振动。再有就是飞机飞行时,它会有不同的姿态,有时候角度很大,有时候角度很小,有时候要转弯,所以还需要有一套装置能够模拟飞机在飞行时各种各样的姿态,甚至还要模拟它受到气流扰动的晃动,都可以做。

环节主要就是风洞、飞机试验的模型,再加上测试设备,还有就是保证实现飞机在天上各种姿态的装置,也就是这四个环节。

我国的风洞试验研究的现状怎样?

王勋年:我们国家经过建国以来在空气动力学、航空工业战线的科技人员的努力,基本上建成了由低速风洞、高速风洞、超高速风洞的风洞群,能够满足我们国家航空航天以及民用空气动力学试验的主要要求。这些设备的建设也是几代的空气动力学工作者,经过他们的艰苦努力,发挥他们的聪明才智建设出来的。

举个例子来说,我们国家现在最大的低速风洞是8米×6米风洞,这个风洞长有240多米,建设这个风洞是在上世纪70年代,正是处于我们国家经济不发达、科技水平比较低的时候,为了产生这么大的风,我们用大的风扇电机来吸气产生这个气流,当时的电机功率只有2000多千瓦,而我们要用的功率是7000多千瓦,最后科技人员发挥聪明才智,采用三台电机,采用品字型设置,把这个风洞建设起来,并且在我们国家军用飞机、民用飞机以及车辆、建筑方面都做了大量的试验工作。我们国家风洞试验设备能力和技术水平应该处于比较接近世界先进水平,有些方面达到了世界先进水平。

我们国家设计各种各样的飞机,在它论证设计阶段就要进行风洞试验,一直到这个飞机,即使首飞上天了,还需要做一些风洞试验。比如说ARJ飞机前几年就已经首飞上天了,也还需要研究一些空气动力问题,所以还要在风洞进行试验研究,对它进一步完善。所以风洞试验是伴随着这个飞机,从飞机总设计师提出这个构思开始,一直到它飞上蓝天,包括最后在投入营运之前都需要做风洞试验。

参与飞豹、歼十、枭龙、空中加油机、预警机等空洞试验

王勋年:我是1983年开始工作的,应该说对我们国家研制的主要战机或者说所有战机以及我们国家研究的民用飞行器,这些项目我都参与过。如果大家要看哪些战机的话,咱们看看在去年建国60周年宏大的阅兵式上,在天空上翱翔的,接受祖国和人民接受检阅的战机,我们都接受过试验。比如刚开始工作时,我就参加过“飞豹”的试验,还有歼十、枭龙、空中加油机、预警机,包括ARJ飞机,以及我们国家现在正在搞的大飞机工程,这些我们都参加过。

电子软件能代替风洞吗?

据媒体报道很多国家没有风洞这项技术也设计出了飞机,运用的是电子软件等设备,那电子软件能不能完全替代风洞呢?大型风洞在设计上有什么难度?

王勋年:据我了解,现在通过计算机软件去计算、分析这个飞行器上受到的气流作用力,应该说发展很快,因为计算机的能力越来越大,运算速度越来越快,在飞机设计选型阶段,用计算机软件去计算起了很大作用,甚至让有些风洞试验量减少一些。但是一个飞机牵扯到方方面面的,气流运动非常复杂,目前来看,计算机软件算的气动力还不能完全满足飞机设计研制的要求。

所以真正要上天的飞机一定要在风洞里做很多试验,要以风洞试验里的最终数据来作为飞机上天的数据依据。仅仅是靠计算去设计飞机,我觉得目前来看还不具备这个能力,特别是对于大型飞机和载人飞机,如果搞一个小的研究型飞机或者小的无人机,可以通过计算去做。

计算机是靠数学模型,毕竟数学模型有很多简化,因为某些方面还存在着一些不足,所以把它用在真实的飞机设计上,用在工程上的话,如果不靠风洞试验数据去验证的话,危险还是很大的。

大型风洞的设计,我们国家经过几十年的建设,关键技术基本上都掌握了,但是更先进的大型风洞,我们还需要突破几个关键技术。一是要保证在风洞里飞机测试的气流都要很均匀,这是设计的难点。二是随着航空技术的发展,要求飞机自身的噪声越来越小,由于气流,空气动力产生的噪声越来越小,所以要降低飞机的噪声,那需要把风洞里的背景噪声降下来,这个也是设计的难点。要产生很强的气流速度,噪声还要低。三是我们要实现飞机各种各样在天上飞行的姿态,这个姿态需要各种各样的支撑装置来保证它,要把这些装置设计的非常好、非常完美,这也是一个关键技术。

风洞是国家重要战略资源

有人说风洞是国家的重大战略资源,甚至一些发达国家向我国封锁的技术和人才中,核排第一,空气动力就排第二,是这样吗?原因何在?

王勋年:把风洞作为国家重要的战略资源,确实如此,美国有一个兰德公司,它发表的报告里面称,就是把风洞作为美国的国家重要战略资源,比如说大型的低速风洞、大型的高速风洞等等。为什么要把它作为国家的重要战略资源呢?因为航空器、航天器,包括像先进的空中武器装备,比如导弹,比如先进的隐身战斗机等等,都是需要通过风洞,通过空气动力技术去设计它、试验它,所以把空气动力技术作为仅次于核技术的关键技术,并且对其他国家采取限制和封锁。

我国家进行风洞试验有什么战略意义?

王勋年:我们国家要发展大飞机,要发展军用飞行器,必须要有整套的,能够进行试验验证的地面设施,也就是空气动力试验设施,也就是风洞。如果我们国家没有整套的风洞,包括这些试验技术、测试技术,那我们搞飞机就只有依赖国外的风洞,就必然受制于人。所以我们国家作为一个大国,要保证我们国家的国防安全,所以我们国家就必须要有一整套完整的国防科技试验能力。

什么动力让他在艰苦的条件下坚持研究?

王勋年:我从1979年考上大学的,学的就是理工科,当时叫气体动力学,实际上就是空气动力学,1983年大学毕业,到我们这个研究所,就从事空气动力试验,也就是风洞试验这个工作。应该说这门学科是属于理工科,应用大量的数学,也是经典力学的延伸,对数学好的人来说,学起来还是很有意思的,因为毕竟空气的流动、它的现象非常丰富,你把那么多的丰富现象,都可以用很多的数学物理模型表现出来。

在试验里,我们在风洞里可以通过各种模型、各种试验,也可以通过试验把它观测到,对它进行分析。所以我从事这项工作,从个人来说还是很感兴趣的。再有,我自己觉得,这门学科,包括风洞试验技术,对我们国家的航空航天,特别是有些武器装备的发展非常重要,这个事情对于我们国家综合国力的提高,对于我们国家国防科技水平的提高都很有作用。所以我也愿意把我自己的爱好和国家的需要结合起来,这也是我几十年能够始终不懈怠的,一直有比较高的热情从事这项专业,去做研究这项工作。

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