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瀚海狼山:30马赫的超级风是如何“吹”出来的? |2023-06-08

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前两天瀚海狼山(匈奴狼山)已经谈到,全球的风洞,有内部直径越大,实际产生的有效试验风速越低的现象。那些低速大型风洞,明显属于真正的“风洞”,因为其内部直径往往有10米以上甚至超过20米;人在里面就像在巨大的天然山洞或者在地下礼堂里一般。如此宽阔的风洞,最大好处是可以直接把要做吹风测试的汽车、火车甚至战斗机的实体机直接放在风洞里面吹风,得出来的测试结果非常有效。甚至对气流进行部分雾化以后可以直接目视观察。但是巨型风洞的最大缺点,就是吹风的风速一般不会太高,大多数很难超过150米每秒,也就是不到音速的一半。这是因为巨型风洞的吹风动力来源,一般是一台或者多台大功率电动风扇。虽然电力风扇的功率可以一直往上加,最终做到几万马力,

甚至更高;但是这里面有一个先天短板,就是大马力电动巨型风扇叶片的末端,是不可以超音速的。这与飞机螺旋桨,包括喷气发动机的前风扇,甚至是直升机旋翼的末端,都很难旋转出超过音速的线速度。因为这些旋转的叶片或者旋翼一旦末端超过音速,就立即会产生猛烈的激波,会当即把叶片与旋翼本身震碎。因此所有的螺旋桨都有专门的降速齿轮系统。而直升机上的一个关键部件就是减速机。由此就可以理解:为何大型风洞驱动电机的总功率可以很大,但就是无法吹出更高速气流的根源所在。而接近高亚音速的风洞或者直接是超音速风洞,则其内部可通过气流的截面积会呈现数量级的缩小。其实此时已经比“风箱”大不了多少。很多都是1到2米级的,因此用来吹风的效应物,

大多也是体积不大的缩比例金属模型。风洞内可测试风速越高,其直径相对越小。比如2马赫以上的高超音速风洞,内部直径往往连1米都没有。因为超音速之下,不但高速气流的产生非常困难,成本极高;就是空气在单位时间内的流量也受到很大的限制。超音速风洞在单位时间内维持有效测试气流的成本,却比山洞类巨型风洞还要高得多。因为这类风洞一旦启动,就等于同步启动了多台超音速航空发动机;整个系统甚至会产生低频的咆哮振动波。所以强大的高超音速风洞往往被称为平地起风雷!还有比2到3倍从超音速风洞更离谱的。那就是5到25倍音速的风洞。全球最强的是30倍音速的“变态”风洞,至今地球上也只有1台。单说30倍音速,就可知里面“吹”的已经不是普通的气流,

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甚至连类似高温高速火焰的等离子体都不是。那已经属于一种极为特殊的爆炸波的范畴。要知道:黑索金高级炸药的爆炸膨胀速度,也不过每秒8600米;而30倍音速的“风”,速度是10200米每秒;全球能达到这个爆速的高级炸药都寥寥无几!那么如何在风洞中产生这种定向吹的“风”,而且还不至于风洞本身的外壳与测试物一起给崩飞,那就是真本身了。据说鹰酱早年也搞过这种风洞,第一次测试,就连厂房带项目经理,一起飞上了天!

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