美国垂涎的中国超高速风洞,竟是钱老学生,靠爆炸“炸出来”的

360影视 2025-01-27 16:56 2

摘要:这座代号JF-12的风洞总长265米,重达上百吨,能够模拟9倍音速的飞行环境,而试验时间却达到了100毫秒,远超美国同类装置30毫秒的极限。

2013年,美国国会收到了一份来自美国国防部的秘密报告:中国已建成全球第一座大型高超声速激波风洞,性能惊人!

这座代号JF-12的风洞总长265米,重达上百吨,能够模拟9倍音速的飞行环境,而试验时间却达到了100毫秒,远超美国同类装置30毫秒的极限。

美国国防部最终给出评价,“它将支撑中国宇航领域民用与军用部门的研发”,甚至次年再次向国会提交专门报告,持续追踪这项技术的发展。

不过鲜为人知的是,这个让美国都为之垂涎的“超级风洞”,竟是在一次次惊险的爆炸中诞生的。

在上世纪五十年代,航空航天领域有一个铁律:任何飞行器在上天之前,都必须经过数千次的风洞实验。

风洞就像飞行器的“摇篮”,能在地面模拟飞行状态,发现并解决设计缺陷,但这个“摇篮”的造价让很多国家望而却步。

当时的主流风洞不仅建设费用动辄上千万美元,单次实验的电力消耗更是惊人,相当于一座拥有数十万人口的中等城市的用电量。

而新中国刚刚起步,这样的投入显然无法承受,一台风洞的造价,足以建起十几座工厂。

1956年,刚从美国归国的郭永怀被任命为中科院力学研究所副所长,深知中国要发展航天事业,必须另辟蹊径。

于是他的目光投向了一个被很多人忽视的方向:研制低成本的激波风洞。

但谁来承担这项艰巨任务?郭永怀破格选中了年仅30岁的俞鸿儒,俞鸿儒精通数学、机械、化工、水利等多个领域,这种跨学科的知识储备,恰恰是风洞研究所需要的。

两年后,力学所成立激波管研究组,由俞鸿儒担任组长。

当时俞鸿儒压力挺大的,因为力学所其他七个研究组的负责人都是留学归来的资深专家,而他不过是个刚入所不到一年的年轻人,上来就碰上这个世界级难题。

解决问题的方向必须先确定下来,俞鸿儒反复斟酌,决定采用已被国际同行淘汰的氢氧燃烧驱动技术。

这种方法的优势很明显,设备简单,造价低廉,不依赖大型发电设备,比较符合新中国的国情,能省则省。

但与此同时,它也有一个致命缺陷,那就是极易发生爆炸,正因如此,各国科学家都放弃了这条技术路线。

事实很快证明这条路的危险性,实验室里开始接连发生爆炸事故,最严重的一次,高压气流将实验装置的金属零件轰飞,直接击穿了实验厂房的承重墙。

所幸俞鸿儒早有准备,每次实验前都要求所有人员撤离到百米开外的安全区域,这才避免了伤亡。

出人意料的是,每次发生爆炸事故后,钱学森和郭永怀不但没有批评,反而给予更多支持,他们表示,只要人没事,在失败中摸索经验就是宝贵财富,甚至还专门为实验室准备了充足的水泥和木材,随时可以重建被炸毁的设施。

哪怕是这样,爆炸事故多了,俞鸿儒也多少有点不好意思了,可等他忐忑不安地去汇报时,郭永怀却笑了,炸一次就表扬一次,这说明你们在真干实事。

正是这种宽松的科研环境,让俞鸿儒的团队能够放开手脚大胆探索,他们逐渐发现爆炸的规律:原来当氢气浓度提升到一定程度时,反而可以避免爆轰现象。

1969年,经过整整十一年的不懈努力,中国第一座大型激波风洞JF-8终于建成,这座风洞的性能达到国际先进水平,但造价却仅用了8万元人民币。

要知道,同期北京大学建造的一座小型风洞就花费了80万元,这种十倍的成本差距,让国际同行难以置信。

进入八十年代,国际航空航天领域掀起了新一轮竞赛,各国都在研制能飞行5倍音速以上的高超声速飞行器。

可这些飞行器的研制面临一个巨大障碍,那就是在如此高速下点燃发动机,就像在龙卷风中点燃一根火柴,还要保持持续燃烧,太荒谬了,而要验证这种极端环境下的发动机性能,需要更先进的风洞技术。

美国、德国、日本等发达国家纷纷投入巨资,建造大型自由活塞驱动风洞。

但这种风洞不仅造价高昂,维护成本也十分惊人。

就在这时,俞鸿儒提出了一个令所有人震惊的设想:利用此前一直竭力避免的爆轰现象,作为风洞的驱动力。

这个想法在当时堪称疯狂,爆轰是一种极其猛烈的燃烧形式,它的传播速度是普通燃烧的数百倍。

此前的风洞研究中,俞鸿儒花了大量时间避免爆轰发生,如今却要主动制造它,就连他的核心团队成员也难以理解这个决定。

但俞鸿儒坚信自己的判断,不是所有危险的东西都是坏东西,关键是要驾驭它,而在科研的路上,没有反对声音的工作,往往是缺乏创新的平庸之作。

1988年,已经60岁的俞鸿儒远赴德国亚琛工业大学进行验证实验,在那里,他成功证实了爆轰驱动的可行性,这个重大发现让他信心倍增。

回国后,他申请了国家自然科学基金,虽然只获得了区区2万元资助,但他带领团队废寝忘食地投入研究。

十年磨一剑,1998年,世界上第一座爆轰驱动高焓激波风洞JF-10终于在俞鸿儒的主持下建成,一举轰动国际学界。

此前认为这条路走不通的欧美科学家不得不重新审视这项技术,多个国家都开始效仿中国的爆轰驱动技术,哪有什么对与错,能达到目的的就是正确方法。

进入新世纪,俞鸿儒又提出了一个更具挑战性的目标,他要建造一座能将试验时间延长到100毫秒的超级风洞。

果不其然,对于这位“疯狂的老同志”,他的目标再次让很多专家摇头,要知道,即便是美国最先进的风洞,试验时间也只有30毫秒,在很多人看来,俞鸿儒挑战的不是美国极限,而是物理极限。

但经过反复论证,这个被认为“太过天马行空”的项目还是在2008年获得了4600万元的专项支持。

2012年5月,这座被命名为JF-12的“超级巨龙”在北京怀柔落成,总长265米,重达上百吨,每次运行时整个装置都会产生位移。

可就是这样一座庞然大物,却能精确地捕捉到0.1秒内的实验数据,其性能令世界瞩目。

它不仅将有效试验时间提升到了100毫秒以上,还能完美复现5-9马赫的超高速飞行环境,以至于美国国防部在2013年和2014年连续两年向国会提交专门报告,分析这座风洞对中国航空航天领域的重大意义。

当时,一位国际知名专家这样评价:“你们应该为获得的这些可靠的高超声速试验数据感到骄傲。”

如今,JF-12已经成为中国重大航空航天项目的重要支撑,歼-20隐身战机、神舟系列飞船、东风系列导弹等国之重器,都在这里经受过严格的考验。

那条曾经被世界放弃的技术路线,如今已成为国际同行竞相效仿的典范。

然而,在2012年JF-12获得国家科技进步奖时,已经84岁的俞鸿儒依然坚持将自己的名字排在最后。

他说自己老了,希望让年轻人多站在聚光灯下,这对科研事业的传承更有意义,就像当年导师郭永怀和钱学森先生的教导,我们要做国家科学事业的铺路石。

去年4月,96岁的俞鸿儒获评“2023年感动中国人物”,他用大半生的坚持,在一次次爆炸中开辟出一条独特的创新之路,最终让中国的风洞技术跻身世界前列。

参考资料:

来源:昭华文史

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