[科普中国]-超高速风洞

简介

风洞是能人工产生和控制气流以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可度量气体对物体的作用以及观察物理现象的一种管道状实验设备。按风洞试验段气流速度大小可将风洞分为低速风洞（Ma≤0.4）、高速风洞（Ma=0.4～4.5）和高超声速风洞（Ma≥5.0）。在高声速风洞中，通常把 Ma 数为 0.4~0.8 称为“亚声速风洞”，Ma 数为 0.4~1.4 称为“跨声速风洞” ，把 Ma=0.4~4.5 称为“超声速风洞”1。

背景具有高空高速优良性能的航空器是提高航空科学技术水平的主要标志。在设计这些航空器时，需要计算气动性能、稳定性与操纵性、气动弹性、以及高超音速中的气动热等问题。

超高速风洞9超高速风洞 9 是世界上压力最高的风洞，可以达到206．8MPa，温度最高可达1926．6 ℃。风洞试验段直径为1．5m，用电加热氮气作为工作介质，一个5663立方米的7层球体作为真空器，使压比达到1000000，以获得高超声速风条件。超高速风洞9的优势在于可以运行较长的时间。一般的激波风洞只能运行几毫秒，而该风洞可以在高压下运行1s，低压下运行15 s，这就允许模型在吹风过程中运动，如模型的攻角变化可达80( °) / s。

超高速风洞9的一个特点是可产生大量高品质的数据，该风洞一天内可进行2次试验。以前，要获得风洞9一天提供的数据可能需要2个月。超高速风洞9现配有全数字、可配置的控制室和一套新的测量设备。新测量设备可用来收集有助于了解高超声速飞行物理特性的数据。用于空气动力学和空气热力学试验时，其压力和温度承受能力可以使它重现在高超声速飞行器上出现的边界层物理现象。了解边界层特性及其层流—湍流的转捩，对于设计高超声速飞行器是十分重要的，因为湍流会大幅增加机体的温度。新的测量设备包括温度敏感涂料、高频压力传感器以及“聚焦条纹”成像设备，可以让试验者近距离观察转捩点2。