如果要问有什么技术是中国独步全球的?
相信不少人会想到东风系列导弹,我国高超音速技术放眼全球都是第一档的存在。不过,高超音速武器之所以可以这么强,主要还是因为我国另外一项技术独步全球,这就是:风洞。
风洞,说白了就是在地面上创造一个“天空”,模拟或者复现飞行器的气流以及周围环境,以此来判断飞行器的气动设计是否合理。风洞一直以来都被视为一个国家的战略资源,其技术水平直接决定一个国家的飞机、航天器、导弹、火箭的技术水平,素有“一代风洞技术决定一代飞行器的研制水平,同时代表着一个国家的科研实力”的说法。
那我国风洞到底是什么水平呢?
根据报道,中国研究团队JF-22高超声速风洞完成了验收,这是我国现在技术水平最高的风洞,从技术层面来看,至少领先了欧美20-30年。
JF-22技术完全是独创的,采用爆轰驱动的方式,可以复现40到100公里的高空中,30倍音速的飞行条件。根据报道JF-22,未来将会助力我国新型新型天地往返飞行器的研发。我国新一代高超音速飞机、高超音速导弹肯定也需要在JF-22里进行试验。
JF-22由于需要复现如此苛刻的飞行条件,耗能自然也不会低。JF-12是JF-22建成之前,我国性能最好的风洞,它的驱动功率达到了300万千瓦,比葛洲坝水电站的装机容量还要高出30万千瓦。
根据怀柔激波风洞项目负责人姜宗林的描述:
JF-22的试验能力要比JF-12驱动能力提高10倍。所以,JF-22的耗能还要更大,驱动功率达到了惊人的1500万千瓦,是JF-12的5倍,那这到底是什么水平呢?
三峡水电站的装机容量是2250万千瓦,JF-22的耗能相当于三峡水电站的2/3。那么问题来了,即便是刨开JF-22的研发费用,仅仅是试验费用,能不能回本呢?
其实,JF-22带来的收益,不仅能够让它轻松回本,它为国家带来好的好处甚至可以说是无法用金钱衡量。那这究竟是咋回事呢?
JF-22用于实验所产生的的费用,其实主要集中在电费上。而JF-22的有效试验时间通常都很短,仅为100-130毫秒,几乎就是一瞬间。不要误认为JF-22的性能不行,风洞的性能指标中,有效实验时间是一个重要的因素,美国最先进的LENS II风洞,只能模拟5-7倍音速的飞行条件,有效实验时间只有30毫秒;日本有一个全球自由活塞激波风洞“HIEST”,有效实验时间只有2毫秒。从性能指标来看,它们完全不是JF-22的对手。
一个飞行器在研发阶段,至少要接受上万次的风洞测试。我们这里就按照10000次来计算。按照每次都是130毫秒来计算,那么一个飞行器接受风洞测试所需要的电量就是:541万度。
所以问题就转换成了,541万度需要多少钱,其实民用和商用的价钱是不同的。如果全是在白天用的是民用电(按照一度0.6元来计算),那费用就是324.6万元;当然,很多人应该都会想到,这种耗电的装置一般都应该在晚上使用波谷电(按照0.3元来计算),那费用就是162.3万。
如果用的是工业用电,价格应该是在1-1.8元一度电,那费用就是541万-975万之间。
因此,一个飞行器风洞试验的费用应该在162.3万-975万之间,这个费用确实不低了,但相比没有风洞来说,真的是非常省钱了。为何这么说呢?
如果没有风洞,这意味着每当我们研发一个飞行器后,就需要直接做出实体。如果是飞机,则需要飞行员直接驾驶上天空去试。如果气动设计不合理,飞机很有可能会在天空中解体,飞行员完全就是拿命在拼。而风洞实验的费用连制造一架飞机的零头都不到。这还只是飞机,如果是那种天地往返的飞行器,费用远超过飞机的价格;我国下一代飞船可以乘坐7人,现在的神舟飞船这乘坐3人,神舟飞船网传的制造成本在8.5亿,那新一代的费用肯定要更高。如果天地往返的飞行器和新一代飞船都要造出来,再去测试气动设计是否合理,那可能造成巨大的损失,风洞实验的费用相对这些费用而言,几乎是可以忽略不计的。
如果可以用风洞来实验的话,不需要直接造出一个实体,只需要一个缩比模型即可。所以,从研发飞行器整体的角度来看,风洞可以大大缩减研发成本。姜宗林在接受采访时就曾说:
JF-22风洞的目标是助力天地往返系统,若成功可以把卫星和航天器发射费用减掉90%。风洞省下来的研发费用远远超过了风洞实验的费用,所以风洞实验明显就是稳赚不赔的。这还仅仅是从费用的角度来计算。实际上,JF-22风洞带来更大好处是:国防力量的提升。
之前我国那些先进的导弹和飞行器都是在风洞吹出来的,具备了世界一流的水平,高超声速武器甚至是独步全球,这完全得益于之前我国风洞技术就是世界第一梯队的存在。而JF-22作为领先全球20-30年的风洞,势必也会为我国新一代武器做很多的助力。但我们的武器水平不断提升,我国守护国土的能力也将越来越强,这个好处是无法用金钱衡量的。
风洞证明实力是吹出来的
核潜艇,原子弹,轰炸机回本吗?