文|江卿曻
编辑|江卿昇
前言
中国航天科技领域,有一个备受瞩目的秘密武器,那就是研究所的超高速风洞,这个风洞的诞生,离不开一位被称为“钱老”的传奇人物。
这个风洞究竟有何特别之处?它又是如何诞生的?背后又隐藏着怎样鲜为人知的故事?
风洞
风洞是现代航空航天技术不可或缺的试验设备,它通过模拟飞行器在大气层内飞行时所遇到的各种环境条件,如气流速度,温度等,来考察飞行器的气动性能和结构强度。
可以说风洞就是导弹等飞行器诞生前必须经受的“试金石”,风洞技术最早起源于19世纪末,由英国工程师韦纳姆首创。
此后,风洞技术不断发展,从最初的亚音速风洞到跨音速风洞,再到高超音速风洞,其模拟飞行条件的能力越来越强。
特别是进入20世纪后,随着航空航天事业的迅猛发展,风洞技术也进入了快车道,1932年,瑞士建成了当时世界上首座超音速风洞,标志着风洞技术的一次重大突破。
相比之下,彼时的中国还远远落后于西方发达国家,20世纪30年代,中国虽然在南昌建成了第一座风洞,但受限于当时的技术水平和财力物力。
这座风洞在规模和性能上都难以企及国际先进水平,随着抗战的全面爆发,这座风洞又很快毁于战火之中。
新中国成立后,中国风洞技术几乎是从零开始,一切都要从头来过,这其中凝聚了科学家的心血和汗水。
没有先进的风洞设备,就难以全面测试和优化飞行器的设计方案,很多新构想就可能胎死腹中,中国航天事业的快速发展与国产风洞技术的不断进步密不可分。
以高超音速飞行器为例,由于飞行速度极高,其气动特性十分复杂,设计难度也远超传统飞行器,为了试验和优化高超音速飞行器的气动布局。
就必须依托高超音速风洞来进行地面模拟试验,如果没有先进的高超音速风洞作为“靠山”,中国在高超音速飞行器领域就难以取得现在的成就。
世界范围内,风洞技术的发展也经历了从低速到高速,从常规试验到非常规试验的过程,美国、俄罗斯等传统航天大国都拥有一批世界一流的风洞设施。
毫不夸张地说,一个国家风洞技术的先进程度,在一定程度上反映了其航天科技的整体实力,其实中国的风洞之路也是特别艰难。
中国风洞技术的崎岖起步
新中国成立之初,百业待兴,科技事业更是百废待举,面临着诸多困难和挑战,20世纪50年代,中国航空航天事业刚刚起步,风洞试验能力严重不足。
为了尽快改变这一状况,以钱学森、郭永怀为代表的一批科学家,开始着手推动国产风洞的建设。
由于当时中国工业基础薄弱,风洞建设所需的许多关键设备和材料,如大功率电机,高压空气储罐等,都无法自主生产只能依赖进口。
同时,风洞设计和建造涉及流体力学,工程力学等多个学科,对科研人员的综合能力要求很高,而当时能胜任这一工作的人才又十分匮乏。
尽管困难重重,钱学森、郭永怀等科学家并没有被吓倒,他们一方面向国外学习风洞建设的先进经验,另一方面发动和组织国内的科研力量,同心协力攻坚克难。
60年代初,为了打破风洞技术的“卡脖子”难题,钱学森等人决定另辟蹊径,探索一条自力更生的风洞建设之路。
他们提出与其花大价钱进口风洞设备,不如发动群众,就地取材,在这一思路的指引下,许多研究所和高校开始建设小型风洞。
虽然规模不大,设备简陋,但为中国风洞技术的发展积累了宝贵的经验,经过一代代科学家的接续奋斗,中国风洞技术终于迎来了发展的春天。
上世纪80年代,随着改革开放的深入推进,中国航空航天事业进入了快速发展时期,风洞建设也步入正轨,一大批具有国际先进水平的风洞相继建成,在中国风洞技术的发展历程中,有一位叫俞鸿儒的科学家扮演了极为重要的角色。
俞鸿儒
他是钱学森的高徒,被誉为中国风洞技术的领军人物。
俞鸿儒1926年出生于江苏常州,20岁考入交通大学机械系,大学期间师从钱学森,学习空气动力学,1956年,俞鸿儒进入中国科学院力学研究所工作,开始了他与风洞结缘的科研生涯。
彼时,中国风洞事业还处于起步阶段,像俞鸿儒这样既懂理论又懂实践的风洞专业人才十分紧缺,为了尽快掌握风洞设计和试验的技术。
于是俞鸿儒一方面虚心向苏联专家学习,另一方面埋头钻研国外最新的风洞研究成果,凭借着过人的悟性和刻苦的钻研,他很快成长为中国风洞领域的技术骨干。
上世纪60年代初,中国开始研制航天飞机,迫切需要建造高超音速风洞,以进行飞行器的气动布局优化和热防护结构设计。
当时国内还没有建造高超音速风洞的经验,俞鸿儒作为风洞专家,受命主持攻关,他带领团队成员发扬“三大精神”。
在1963年,在研究过程中,发生了爆炸,这次超级加严重,整栋楼直接被炸塌了,这让俞鸿儒的团队有了很大的压力。
但是他不怕,依旧夜以继日地工作,终于攻克了一个又一个技术难关,1965年,在俞鸿儒的主持下,中国第一座高超音速风洞在北京落成,主要性能指标达到了当时的世界先进水平。
高超音速风洞的建成,标志着中国风洞技术取得了一个里程碑式的突破,为后来航天飞机的研制奠定了坚实的基础。
1987年,我国马赫数8的高超音速风洞建成并投入使用,填补了国内风洞试验能力的空白,有力地支撑了东风系列战略导弹的研制。
进入21世纪,俞鸿儒仍然活跃在科研一线,主持和参与了多项重大风洞工程,在他的带领下,一大批高性能的风洞相继建成。
他所展现出的拼搏奉献精神和科学创新精神,是中国一代又一代科技工作者学习的榜样,2019年,俞鸿儒被授予“共和国勋章”,以表彰他为国家科技事业和国防建设做出的卓越贡献。
风洞助力中国航天腾飞风洞
伴随着风洞技术的不断进步,中国航天事业也实现了重大突破,取得了举世瞩目的辉煌成就,20世纪60年代,为了打破美国和苏联的核讹诈。
中国开始了艰难的核武器自主研发之路,其中,东风系列战略导弹就是保卫国家安全的重要利器,导弹研制面临着许多前所未有的技术难题。
其中最棘手的就是再入大气层时的气动加热问题,为了获取导弹再入飞行环境下的气动力数据,需要在地面风洞进行大量模拟试验。
俞鸿儒和他的团队以“土洋结合”的方式自主研制出了高超音速风洞,这为东风导弹的气动设计和型号论证提供了可靠的试验数据支撑。
最终有力地保障了东风-5洲际导弹的成功研制,使中国成为世界上继美苏之后第三个拥有洲际导弹的国家。
东风-5导弹的研制成功,极大地提升了中国的战略威慑能力,在一定程度上改变了当时世界力量的对比。
进入21世纪,随着中国航天强国战略的实施,风洞技术迎来了更加广阔的应用前景,清华大学研制的“星空一号”高超声速飞行器,都是近年来备受瞩目的尖端航天科技成果。
结语
中国风洞技术的每一步发展,是科学家披荆斩棘用智慧和汗水铸就了这一辉煌成就,如今,中国的风洞事业也迎来了更加光明的发展前景。
未来,随着航天强国建设的持续推进,在基础研究和关键核心技术上取得新的重大突破,不断推动风洞技术迈上新的台阶,铸就辉煌。
参考资料
极目新闻2023年7月16日《官宣!钱学森、郭永怀几十年前的“战略部署”成果落地:国际最先进》报道
央视新闻2023年5月1日《实验室爆炸却受到表扬,95岁院士讲述惊险科研路》