中国科研团队最新成果为研制超大型高超声速风洞奠定基础

登高的温石

中新社北京4月20日电 (记者 孙自法)权威学术期刊《国家科学评论》(NSR)最新发表一项风洞研究的突破性进展称，中国科学院力学研究所团队提出先进爆轰驱动超高速风洞的理论与方法，为研制能够覆盖空天飞行器全包线的超大型高超声速风洞奠定了基础。
中国科学杂志社20日通过网络介绍，要通往无垠星空、浩瀚宇宙，跨越地球大气层的高超声速空天飞行技术是关键。60多年来，对高超声速关键技术的验证依然高度依赖于昂贵、耗时、低效的飞行试验，而难以通过地面风洞试验完成，这大大阻碍了高效、快捷、低成本空天飞行技术的发展。
高超声速风洞实验模拟存在四个难点：一是不能用替代实验气体模拟化学反应机制；二是为确保反应过程的正常触发，必须模拟气流温度以确保化学反应进程的复现；三是由于热化学反应的不可缩尺性，必须产生足够大的试验流场、采用足够大的模型，解决非平衡流动模拟问题；四是需要适当长的实验时间，以确保流场稳定，从而完成超声速燃烧和飞行器气动力的实验研究。如何同时满足这四个难点的需求一直是世界难题。
中科院力学所高温气体动力学国家重点实验室激波研究团队姜宗林研究员、李进平高级工程师、胡宗民副研究员、刘云峰高级工程师、俞鸿儒院士在这方面的研究取得突破性进展。他们从前述四大需求出发，分析国际主流高焓激波风洞技术的局限性，建立系统的爆轰驱动高超声速风洞理论，并进一步提出激波反射型正向爆轰驱动方法。借助爆轰波反射产生的上行激波，实现爆轰波形的剪裁和重构，从而解决稀疏波导致入射激波严重衰减的学科难题，驱动能力比反向爆轰驱动模式提高了5倍。
同时，该研究团队还发展出正向爆轰驱动激波风洞的界面匹配条件，通过可燃混合气组分的调制，实现试验气体与爆轰产物的声阻抗匹配，解决入射激波通过气体界面时的多次反射问题。
据了解，这项高超声速风洞理论与技术研究的重要成果，获国家自然科学基金委员会“国家重大科研仪器研制项目”资助，并正在研制一座超大型正向爆轰驱动超高速激波风洞，该风洞将能够覆盖马赫数10-25、高度35-90千米的飞行包线，为高超声速空天飞行技术验证提供实验手段，成为铺就跨越大气层星空之路的重要基石。
《国家科学评论》是由科学出版社出版、中国科学杂志社编辑管理的综合性英文学术期刊，中科院院长白春礼院士担任主编。

柳庆