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空气动力的速度与热情

2017-02-22 08:59 作者：王静来源：中国科学报编辑：郑雪婧

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自1903年怀特兄弟首次实现动力飞行的百余年来，空气动力学家从亚声速时代突进至超声速时代。如今，高超声速飞行，已成为空气动力学家追寻的新梦想：即在2小时内把人们从东半球送到西半球。

中科院力学所高温气动力学国家重点实验室就是一支热情追逐梦想的队伍。然而，60年来，空气动力学家在实现高超声速飞行的征途中可谓步履维艰。

三座大山

飞行器实现飞行前，无一不进行风洞实验。飞行器实现高超声速飞行会遇到三大难题。

当飞行器进行高超声速飞行时，所遇到的空气会发生热化学反应。这种现象超出了经典气体动力学的理论范畴，颠覆了传统风洞实验相似模拟准则，因此需要发展新风洞实验技术。激波风洞是典型脉冲设备，具有复现飞行条件的潜力，但需要解决传统风洞驱动能力弱、流场尺度小、实验时间短和测量精度低等问题。

上世纪50年代，中科院力学所研究员郭永怀预见到脉冲型风洞设备的重要性，便支持其学生俞鸿儒开展研究。自此，中科院力学所推动着我国激波管、激波风洞技术的发展，并就此拉开了应用于航天器研制的序幕，同时逐渐形成了一支高温气体动力学的基础研究团队。

自2000年以来，高温气动力学国家重点实验室便着力发展最先进的激波风洞。2008年，国家财政部和中科院联合支持了8个“国家重大科研装备研制项目”，旨在突破我国重大科研装备引进与仿制的传统模式，探索自主创新发展我国重大科研装备的途径，“复现高超声速飞行条件激波风洞”项目(JF12风洞)成为其中之一。

中国建立新里程碑

该实验室的科学家先后发展了大功率激波风洞驱动技术、长实验时间激波风洞技术、复现风洞测量技术等三个方面、九项具体内容，构成了复现飞行条件激波风洞实验技术的主体，并获得了多项发明专利授权，发表了一系列论文。他们终于在2012年建成国际首座JF12风洞。

在JF12风洞的建造过程中，他们创建的大功率激波风洞爆轰驱动技术，利用爆轰高速释放化学能替代机械能，解决了起爆、高品质气源生成和安全应用等难题，实现了爆轰驱动能力的可控与可调，成为高超声速风洞的新型驱动模式。

他们提出的长实验时间激波风洞技术，集成了爆轰驱动激波风洞缝合运行、真空系统起动激波反射干扰控制和激波/边界层干涉实验气体污染抑制技术，使得JF12风洞有效实验时间达到130毫秒，实现了量级的提升。

另外，复现飞行条件造成大冲击载荷、强气流冲刷以及高温热环境，使得一些传感器难以生存，测量技术面临极大挑战。他们提出的高频响大量程测力系统一体化设计、天平干扰信号波系适配分离和高精度热电偶技术，把高焓激波风洞测力精度提高了一个量级、测热精度提高了一倍。

亚洲的自豪

该团队就这样摸索着前进和提高，将创新融入日常工作之中，持之以恒地追求，使每一个阶段目标的实现都成为领域内里程碑式的进展。

不久前，这项重要成果荣获2016年度中国科学院杰出成就奖，也获得了2016年度国家技术发明奖二等奖。

2015年，团队负责人姜宗林被授予美国航空航天学会副会士荣誉。2016年6月，姜宗林被授予美国航空航天学会地面试验奖，由此成为该奖项设立41年来第一次获奖的中国学者，也是亚洲科学家第一次获此殊荣。

总长为265米的JF12风洞，如今静静地躺在北京雁栖湖畔钱学森国家工程科学实验基地内。它既是迄今为止世界上最大、性能最先进的激波风洞，也是我国自主研制大型、先进科研装备的范例。