科研人員在0.6米×0.6米連續式跨聲速風洞現場進行測試(資料照片)。 新華社發(餘江 攝)
新華社成都6月27日電 題:洞天鑄劍馭風雷——記中國空氣動力研究與發展中心科研創新群體
李國利、徐青、於傑
洞天鑄劍馭風雷,舞動人生風洞間——
幾十年來,有「空氣動力事業國家隊」之譽的中國空氣動力研究與發展中心科研創新群體,胸懷祖國、勇於創新,自主設計建成世界級風洞群,我國幾乎所有的飛機、飛彈、飛船等航空航天飛行器,都在這裡進行過空氣動力試驗研究。中心在幾乎所有涉及空氣動力學的國家重大研究計劃和工程中發揮了重要作用,為我國從大國向強國邁進提供了有力支撐。
忠誠
風洞,是以人工的方式產生並且控制氣流,用來模擬飛行器或實體周圍氣體流動情況的大型試驗設施。
看似高深莫測,卻事關國家戰略安全、與社會生活息息相關——飛機、飛船、火箭、飛彈、汽車、高鐵,乃至建築、橋梁,都要在這個被稱為「地面的人造天空」的風洞裡開展大量試驗研究。
1968年,中國空氣動力研究與發展中心在川西北組建。各地匯聚於此的數千名科技幹部和建設者,在亂石荒灘上建成了亞洲最大風洞群,使我國空氣動力技術走向蓬勃發展,滿足了武器裝備研製和經濟建設需求。
2008年5月12日,突如其來的大地震迫使風洞群停止轟鳴。
災難,從來壓不垮他們的豪情壯志。地震兩周年之際,以多功能結冰風洞破土動工為標誌,科研試驗新區正式開工。1600多個日夜後,一個包括20多座風洞在內的「世界一流新型國家氣動中心」拔地而起。
冰花,晶瑩剔透、純潔美麗,卻是飛行器的潛在殺手。
因為沒有自己的結冰風洞,我國飛行器研製工作被迫進行調整,甚至不得不冒險在自然結冰氣象條件下試飛……
年逾七旬的風洞設計專家劉政崇帶領團隊從零起步,全力投入結冰風洞的設計建設攻堅戰。
噴嘴,是風洞噴霧系統的核心設備,國外買不來、國內無參考,況且如何實現上千個噴嘴的合理調節控制,確保水滴粒徑、均勻度等達到試驗需求,堪稱世界難題。
多少個清晨,他們都在沉思中迎來了東方曉白。多少個問題的破解,都伴隨著黎明的朝霞孕育發芽。最終,他們迎難而上,攻關千日,一舉攻克了噴霧系統等多個關鍵技術難題,掃清了結冰風洞建設的技術障礙。
2013年10月,均勻的水霧從上千個噴嘴中噴湧而出,溫度曲線不斷下降,從20℃到0℃,再到零下20℃、零下30℃,試驗模型上的冰凌從無到有,慢慢變白變厚……
中國冰花,首次在這座世界先進的結冰風洞裡成功綻放。
噪聲,不僅是影響先進飛行器適航性能的一個關鍵指標,也是衡量聲學風洞試驗能力的重要指標,風洞背景噪聲越低,氣動噪聲測量數據就越精準。
2006年,大型航空聲學風洞立項論證工作啟動,對氣動噪聲測量技術的深入系統研究也隨之開始。
博士陳鵬和他的團隊從理論研究入手,深入分析論證噪聲測量方法,有效提高噪聲源空間解析度和測量精度,終使聲學風洞首次驗證性試驗取得圓滿成功。
模型飛行試驗與飛行員試飛相比,可以測試飛行極限、降低試驗成本,但要求專業面廣,涉及20多門學科。
從事模飛事業近10年的張利輝和他的團隊,經過艱辛探索和努力,自主設計建設模型飛行試驗基礎平臺,成功破解總體設計、飛行控制、飛行仿真等難題,保證了每個模型都是精品。
2013年5月,大西北某機場,某飛機模型首次飛行試驗取得圓滿成功,隨即,國內首次帶動力失速/尾旋模型飛行試驗成功……
奇蹟,就是他們用無悔忠誠拼命幹出來的。
科研人員在高頻等離子體風洞試驗現場研究課題(資料照片)。 新華社發(餘江 攝)
創新
用浴霸幫助突破紅外熱成像技術中的故事,在中心流傳很廣。
10多年前,在風洞試驗中,由於機翼表面的氣流流動是看不見的,一種方法是採用在表面貼電熱絲的方法加熱模型,再用紅外熱成像技術進行機翼表面邊界層的測量。
「這個方法費時費事不說,有時還受模型表面彎曲的局限,沒有辦法貼電熱絲。」空氣動力學國家重點實驗室主任王勳年說。
這一天,王勳年在洗澡時突然發現頭頂的浴霸照燈熱度非常高。靈光閃現,他一下激動起來:用這種燈加熱機翼行不行?
說幹就幹。他和團隊採用燈光照射的方法加熱模型,很快取得了令人滿意的結果。
創新,不怕小,怕不為。
近年來,中心科研創新群體超前布局,超前謀劃,不斷提高我國在空氣動力領域的自主創新能力。「十二五」以來,成功解決了新型戰機、大型運輸機、遼寧號航空母艦等上百個重點型號研製中的大量關鍵氣動難題,為武器裝備建設和國防科技發展作出了貢獻。
我國每一種新型飛機的首飛成功,不僅是我國飛機設計製造技術的一大跨越,也是對我國先進空氣動力試驗研究能力的一次展示。中心因在某新型戰機研製中完成大量攻堅任務而被評為「首飛突出貢獻單位」。
32米/秒,是12級颱風的速度。
這裡的風速,是625米/秒。
在這個世界先進的高速風洞裡,如何支撐模型不受幹擾地在「風中」飛起來,成為他們前進道路上的「攔路虎」。
他們知道,傳統風洞試驗的尾支撐、腹支撐無法滿足要求,唯有闖新路,才能破解這個難題。為此,他們不斷嘗試、失敗,再嘗試、再失敗,絞盡腦汁,仍一籌莫展。
創新,往往是厚積薄發後的一閃念。
一次出差,科技人員師建元和毛代勇看見機場候機樓頂部的吊式鋼架,靈機一動,能不能採用吊式鋼架方式呢?
支撐問題的順利解決,僅僅是萬裡長徵邁開第一步,緊接著還需要研製一套系統來進行操控。可誰也沒有想到,構建這麼一個看似簡單的系統會如此艱難。
關鍵時刻,31歲的助理研究員楊海泳站了出來。他一頭埋進海量的數據堆裡,不知疲倦地進行推演。
無數個不眠之夜,數十種方法,成千上萬次的計算,楊海泳找到了一種全新信號處理方法,一舉解決了難題。
5.5米×4米航空聲學風洞開展C919全機模型氣動噪聲測量試驗(資料照片)。 新華社發
融合
全國高鐵每年的耗電量約為300億度。若能節電1%,每年就是3億度,這可是相當於一個中等城市一年的居民用電總量。
讓高速列車跑得快、消耗低,正是中心科研人員的研究方向。早在多年前,他們就開始逐步對我國「藍箭」「中華之星」、250公裡動車組和CRH6城際動車組等十餘項高速列車開展空氣動力學試驗。
為讓高速列車跑得更快,他們先後對高速列車外形進行了大量的數值模擬計算,成功讓「長客400型」高速列車氣動減阻1%;
為降低列車運行時產生的噪聲,他們經過300餘次的風洞試驗,為進一步優化列車的外形設計、有效降低噪音提供了有力的技術支撐;
為進一步提升列車在惡劣環境下行駛的安全性和穩定性,他們研究提供了大量消除列車側翻、脫軌等重大安全威脅的科學數據,為「中國製造」的高速列車迎來了世界口碑和國際訂單。
這僅僅是中心從事工業空氣動力學相關研究的一個縮影。事實上,上海東方明珠電視塔、首都機場新候機大廳、北京奧運會火炬塔等20多座大型建築物、30多座橋梁,都在這裡經過「風」的洗禮。
融通軍民助推發展。
大型低溫風洞建設所需的特種超低溫鋼材在我國應用極少,為了國家利益,國內相關單位紛紛組建專門的研究團隊,從最基本的材料機械性能和物理性能測試工作入手,解決了低溫鋼材在原料生產、加工製造工藝等方面的一系列技術問題。
此外,中心還與國內十餘家科研機構結成戰略合作夥伴,針對大型設備建設面臨的關鍵難題,舉全國之力開展聯合攻關,引領我國在能源動力、裝備製造、機械加工等相關產業領域實現技術突破。
為國防和國民經濟建設服務,是中心的責任擔當。
長期以來,我國飛機研製始終受制於航空發動機這個「短板」。中心科研人員聯合8所高校,論證提出「面向發動機的湍流燃燒基礎研究」項目,列為國家自然科學基金重大研究計劃並啟動實施。
過去,風洞試驗高速攝影存在幅頻低、曝光時間長等技術缺陷。為滿足高速度、高精度成像的需求,中心科研人員在國家重大科學儀器開發專項支持下,成功研製10納秒級序列雷射陰影成像儀,在國內首次獲得高速碰撞過程高質量碎片雲陰影照片。
大飛機是世界工業製造的王冠明珠。
作為C919大型客機全國聯合工程隊的主要成員單位,中心全程參與了總體布局論證、設計、評估、氣動試驗規劃等總體工作,聯合承擔了超臨界機翼、增升裝置等關鍵部段設計,完成了國內風洞試驗任務總量的75%,研究掌握了多種故障狀態下的全機氣動特性。
2015年11月,C919大型客機總裝下線。
向全國開放共享一大批研究型風洞,向全國同行免費發布共享兩款流體力學數值計算軟體,向全國發布飛行器標模布局方案……這一項項回報國家、回報社會的融合舉措,恰好展現出來了他們富國強軍的大擔當。
而那一面面醒目懸掛在每一座風洞試驗廠房裡的五星紅旗,也時刻在提醒著他們:祖國在心中,使命擔肩上。(原標題:洞天鑄劍馭風雷——記中國空氣動力研究與發展中心科研創新群體)
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