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钱学森当年具体是解决了什么问题?

浮舍
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说个比较鲜为人知的吧:最近疑似国产六代机首飞的消息震惊了美国等一众国家,英日意等国也纷纷开始重启六代机计划,却无一不面对一个很现实的问题——至关重要的“风洞”技术落后

那么谁在风洞技术方面更为领先呢?

答案是:中国!过去,美国曾凭借风速高达25马赫的LENS-X风洞保持全球最快的记录,直到中国的JF-22风洞以30马赫的极限风速刷新记录,成为目前已知风速最高的风洞。

而主导我国风洞建设方向的奠基人是谁呢?

——就是钱学森!

提到钱老,很多人只知道他在两弹一星方面的卓越贡献,而为什么钱老当年回国的过程遭遇重重阻碍?就是因为钱老几乎在多个领域都具备卓越的才能,不仅在1953年首次提出了物理力学的概念,在空气动力学、固体力学等应用力学领域也都取得了空前的成就——他是气动设计领域的祖师爷,全球最早掌握超音速风洞技术的专家、当年美国风洞设计团队中的5位主导者其中之一

上世纪50年代,刚刚回国的钱学森和郭永怀就意识到了风洞技术对于中国航空航天事业的重要性,当时新中国刚刚成立,工业基础极为薄弱,建设风洞几乎是不可能完成的任务。可即便如此,钱学森和郭永怀也没有因眼前的挑战而退缩,他们心里非常清楚,没有自主的风洞技术,中国的航空航天事业便无法实现真正的自主发展。

钱学森在世时,凭借其深厚理论功底,为中国风洞技术发展算好前路,后来其学生继承衣钵,持续钻研;而欧美曾经懂行的专家大多离世,且未留下关键数据,差距就此拉开。尤其是美国,由于计算机技术的突飞猛进,于是就将重心转向了计算机模拟,忽视了风洞的建设和维护,使得如今美国在高超音速武器研发上遭遇了前所未有的困境!直到近几年,美国才再开始加大在风洞建设上的投入,试图追赶中国的步伐,但差距至少在十到二十年!中国公认的技术领先让美国想在短时间内缩小差距成为奢望!

而提到风洞话题,就不能不提到另一位在空气动力学领域中享有盛誉的人物——我国激波风洞的开创者之一俞鸿儒,他和钱老既是师生也是同事。钱学森是力学所的创始人和首任所长,俞鸿儒在力学所工作期间,其办公室恰好靠近钱学森的办公室,也经常与钱学森交流学术问题,这使得他有机会近距离感受钱学森的言传身教,并得到了钱学森的悉心指点。

当年国家经济窘迫,国际上处领先地位的是涡扇风洞,但这种机器非但造价高昂,并且维护保养、配套设施都是一笔不小的开支,我们根本无力承担。年轻的俞鸿儒面决定换一换思路,另辟蹊径的寻找一条低成本的风洞发展之路,由此想到了一个天才般的创意——利用氢氧燃烧爆炸产生的冲击波测试!虽然说确实省钱,但是危险系数想想也很大,且当时的国际社会都对爆轰驱动技术嗤之以鼻,但俞的这一想法却得到了钱学森、郭永怀等老一辈科学家的鼓励和支持

气体爆炸可比固体危险多了,俞鸿儒这一试就把实验室给炸了!后来还经历了多次试验,其中光他的实验室就被炸了好几回,修了好几回,已经不知道遭遇了多少次实验爆炸的俞洪儒却始终坚守在自己的工作岗位上。但由于这实在太过危险以致于很多经验老道的人都不愿跟着他干,只有刚毕业的学生敢跟着他干。而根据俞鸿儒回忆,每次爆炸后,他反而会受到钱学森、郭永怀等导师的表扬:“只要人不受伤,在失败中摸索出经验,发生意外了我们担着。”俞鸿儒对此回应说:“这叫宽松环境,没有他们的支持根本不行。”

在一次次反复试错和爆炸复盘中,俞鸿儒带领团队成功“炸”出一条新路。1958年,我国第一代激波管研制成功;1969年,俞鸿儒带领激波管组成功建成JF-8激波风洞,成为中国风洞技术发展史上的一个重要里程碑,它的性能堪比国际大型激波风洞,造价却极其低廉,仅花费8万元加工费。可惜此时郭永怀前辈已经逝世,俞洪儒也完成了跟老先生的约定......

事实证明,当初钱老的推演是非常正确的

美国现在之所以在多个高超音速武器项目上“难产”,除了材料等方面存在问题,最为重要的就是沉迷低成本的计算机模拟,而风洞技术却跟不上。虽然伴随着信息技术的发展,计算机的数据模拟和数据测算能力日益增强,但这种能力在模拟六马赫以下速度的飞行器时表现良好,一旦速度超过六马赫,各种问题便接踵而至。由于变量繁多,计算机无法在没有实际测试结果的情况下模拟出准确数据。这一局限性直接导致美国在高超音速武器模型设计和公式推演上犯了错误——最可笑的是美国人还抱着这个错误的结果研究了20多年的高超音速武器,并且高度保密,仅与部分盟友分享,最后反而导致了整个西方阵营都没能开发出高超音速武器设备

反观中国,我们使用30马赫风洞配合先进的计算机模拟技术,让计算机在风洞测试中进行数据模拟和测算。有了现实的协助,计算机模拟的速度和准确度实现了质的飞跃,最终得出了正确的数据结论。这表明,计算机模拟虽有其价值,但无法单独使用,只有与风洞等硬件设施配合,才能发挥出最大作用。如果国家在这一关键硬件上存在短板,单纯依靠计算机模拟的虚拟世界来试图攻克现实中的高超音速难题,无异于纸上谈兵。因为现实飞行中的复杂气流、气动热效应等诸多因素难以被计算机精准模拟,误差累积之下,飞行器研发便容易陷入困境。

如今,在风洞数量上,我国的总数超过了欧美国家的总和,而除了JF22,中国还拥有数量庞大、类型多样的风洞群,其中超级风洞就有4个,3个是高超音速风洞。这些风洞覆盖了从低速到高超音速、从常温到高温高压的各种实验需求,不仅被用于东风17、CM401和鹰击21等先进武器的研发,甚至我国的C919客机,高铁,甚至是航母都要走一走风洞,才能正式建造。

另外值得一提的是,中国不仅在常规风洞领域领先,在“电离子洞”“强磁场洞”等前沿领域也一马当先。中国拥有高端先进的此类设施,而外国仍停留在相对低端水平。这一差距直接体现在航天关键技术突破上,如“黑障”通讯难题,中国凭借先进技术手段实现了通讯畅通,而美国却屡次尝试失败,即便搞过一次所谓“黑障直播”,也是漏洞百出,在关键的 73 公里 - 35 公里区间毫无信号,根本算不上真正突破......

在钱学森等科学家的努力下,我国的导弹事业至少向前进步了20年!

编辑于 2025-01-06 12:12・IP 属地福建
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小楼一夜听雨
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