钱学森、郭永怀几十年前的“战略部署”成果落地：领先世界20年

7月15日，央视播发视频披露“国之重器——JF-22超高速风洞通过验收”。

针对目前这款“世界上最为先进”的超高速风洞，央视此次的解读内容看点颇多。

30倍声速

何为风洞，又缘何意义重大？

各类飞行器在研发过程中，需要进行大量模拟飞行实验，风洞应运而生。利用风洞产生的高速气流，可以模拟飞行器的飞行环境，这样可以在先期研究飞行器在高速运动过程中的受力情况，避免反复进行工程试验，省时省力。“常有人这样比喻，先进的飞机等飞行器都是在先进的风洞里‘吹’出来的。”

央视披露，JF-22超高速风洞可以复现相当于约30倍声速的飞行条件。风洞吹出来的流场大，持续时间长，比同类风洞先进水平要有成倍地提高，实验的精度也更高。

普通的飞行器和普通的风洞并不鲜见，其技术也相对比较成熟。但新一代的高速飞行器速度上升至数倍、数十倍声速，其具备的空气力学特性发生很大改变，是此前技术探索未曾触及的前沿领域。也正因此，超高速风洞的研发成功，给我国在这一前沿领域的技术探索、验证提供了平台和可能。

天地往返飞行

据央视介绍，JF-22超高速风洞的研发目标是针对天地往返飞行技术领域的国家重大需求和高温气体动力学学科的前沿探索，解决超高速飞行技术的试验研究问题。

此外，科研团队还将利用这一激波风洞实验平台，展开滑翔式飞行器、天地往返飞行器、多级入轨飞行器等研究，支撑和服务国家高超声速科技领域重大需求和关键技术攻关。

央视还披露，中国科学院力学研究所有关团队最近正利用该风洞研究两级或者多级入轨的飞行器，“我们正在准备这样一个相应的分离方案的实验，主要就是来探索下面级跟上面级产生一个分离的过程。”

天地往返飞行的意思就是从地面至太空的往返飞行。以空天飞机来举例，其可以利用载具从地面起飞，高空中再以接力推进方式进入太空预定轨道。载具和空天飞机完成任务后，还能降落回收。

这个过程中的技术难点很多，例如载具和空天飞机在超高速时的分离，接力推进时的动力衔接、受力情况等等。研究清楚这个过程，超高速风洞是必不可少的试验环境。“天地往返飞行不但给航空航天提供了更多的应用场景，同时可以大幅降低发射的成本。”

爆轰发动机

央视提到，利用超高速风洞，中国科学院力学研究所有关团队提出一种新型发动机试验。这种被叫做驻定斜爆轰发动机出现在了央视画面中。

据介绍，新型发动机比传统发动机热效率要高50%。“这样一个发动机做完后，对我国下一步航空航天技术发展是一个非常大的推动。”相关研究人员表示。

传统发动机的工作原理是依靠氧化剂、燃烧剂在燃烧室燃烧产生推力，而爆轰发动机是让不同燃料混合产生爆炸来作为推力。“这样的推进技术成熟后，将极大拓展超高速飞行器的种类和用途，助力我国航空航天技术的变革。”

覆盖全部“飞行走廊”

央视总结称，此次完成验收、正式运行的JF-22超高速风洞是目前国际上最先进的超高速风洞。

JF-12复现风洞和JF-22超高速风洞可分别实现每秒1.5-3km和每秒3-10km的实验条件，两者共同构成覆盖马赫数5-25、飞行高度25-90km的气动实验平台，使我国成为高超声速领域唯一具备覆盖全部“飞行走廊”实验能力的国家。

所谓“飞行走廊”是指飞行器进入高超声速领域后，有可能会进入的不同速度、高度、温度、压力的飞行环境。依靠JF-12、JF-22风洞，我国具备了“不断档”式模拟高超声速飞行环境的试验条件，这给我国研发不同种类、用途的高超声速飞行器提供了坚实的基础。

将JF-22称为“国之重器”，是因为它不但对提升我国航空航天技术大有助力，同时也可以应用在国防安全领域。

另辟蹊径

上世纪五六十年代，在钱学森、郭永怀的战略部署下，中科院力学所组建起我国首个高超声速激波风洞科研攻关团队，团队放弃当时国际通行技术，通过几十年的技术攻关，另辟蹊径实现爆轰驱动理论创新。

1946年，还在美国留学的科学大牛钱学森先生就率先提出“hypersonic”的概念，中文翻译为“高超声速”。这个词被用来描述气体运动速度远远大于环境声速的流动状态，现在国际上一般将“超过5倍音速的极高速度”定义为高超音速。上世纪50年代，我国著名力学家、应用数学家、空气动力学家，中国科学院学部委员郭永怀院士提出要发展高超音速武器，要大力要建设风洞。

1965年，在郭永怀院士的领导下，我国在四川组建了高速空气动力研究机构；1968年，郭永怀院士在此基础上又领导组建了中国空气动力研究与发展中心，比欧美更早规模性建设风洞实验室，为后来我国航空航天事业的蓬勃发展奠定了十分雄厚的技术基础。1968年12月5日，郭永怀院士因飞机失事壮烈殉职。如果他没有殉职，也许现在我国在高超音速领域的成就可能还要更加辉煌。

虽然他殉职了，但他的学生俞鸿儒院士却前仆后继，继续推动我国风洞事业的发展，独创了爆轰驱动超高速风洞的理论与方法，为后来的JF12、JF22风洞的诞生奠定了理论基础。

2012年，俞鸿儒院士的学生姜宗林带领团队在该理论基础上，成功研制出JF12复现风洞。如今姜宗林院士又带领团队进一步研制出更加厉害的JF22超高速风洞。

依托高超音速领域的技术积累，姜宗林院士还带领团队在世界上率先研制出“站立式斜爆轰冲压发动机”，在高超声速风洞试验中，其速度高达16马赫！不出意外的话，今后我国还将依托领先的超级风洞技术，率先研制出空天飞机。

2012年，JF-12风洞研制成功。如今，JF-22风洞通过验收并开始运行。

领先美国

长期以来，美国国家安全局就通过入侵我国西北工业大学网络的方式窃取我国机密，而这所高效恰恰是我国高超音速领域的顶尖高校，显然它企图盗取我国在高超声速领域的领先技术。

我国在高超音速领域的技术实力已经超过美国！近年来，我国各地经常能看到各种不明高超声速飞行器的飞行轨迹，时不时还有相关高超声速飞行器测试的新闻被官方媒体曝光。例如东风17高超声速导弹、可重复使用亚轨道运载器、“腾云”空天飞机等。

没有金刚钻，不揽瓷器活。我国在高超声速领域之所以能够赶超美国，是因为我国的风洞技术遥遥领先美国！

香港《南华早报》曾发文称，近年来中国已部署了多款高超声速武器，“中国1年试飞的高超音速飞行器次数，相当于美国10年的总和。而且中国高超音速试飞成功率出奇的高，从未传出坠毁的消息”。报道称，中方研究人员还设计“世界上其他任何地方都不曾见过的高超音速发动机”，而中国在高超音速领域研发上的成功，很大部分就要归功于在风洞内运用的独特技术。

我国专家公开表示，我国的超级风洞技术领先世界20～30年！

JF-22超高速风洞可以复现40到100公里高空、时速最高达10公里/秒、相当于约30倍声速的飞行条件，实验时间达到100ms～130ms，比国外同类最先进风洞测试时间提升了一个数量级。

JF-22超高速风洞的试验能力比JF-12复现风洞的驱动能力提高10倍，采用了“因技术难度太大”，早已被国际同行放弃的“正向爆轰”技术，驱动功率相比JF22风洞暴涨4倍，达到惊人的15000兆瓦，功率直逼三峡大坝装机总功率（22000兆瓦）。JF-22超高速风洞于2018年正式立项研发。

2021年1月4日，中科院力学研究所在其网站上公布了“JF-22超高速风洞项目通过国家基金委中期检查”的重磅消息。

美国的风洞技术确实一度领先全世界，1994年美国为NASA（美国航天局）建成的HYPULSE风洞，测试速度就达到5—25马赫，最高据称可达30马赫。此外，美国还有“国家高能激波风洞”（LENS），速度也可达7—22马赫。不过，这类风洞尽管测试速度非常高，但试验时间非常短，实验流场小，无法满足具有化学反应流动特征的气动性能试验需求。

近年来，美国高超音速飞行器屡试屡败，根本原因之一就是美国的风洞技术无法满足试验要求。

当飞行器达到超高速状态时，迎面而来的超高速气流特性已经和普通气流大不一样了。当飞行器以这种超高速飞行时，表面的温度可能高达1万摄氏度。随着飞行器速度提高，温度会在短时间内迅速提升。当温度达到2000摄氏度以后，氧分子就会变成氧原子甚至变成离子，氮分子会变成氮原子，出现一些很复杂的情况。这种空气不再是我们吸入的空气，飞行器在其中就像是在泥潭中游泳。

这种超级复杂的气动情况根本无法用超级计算机模拟，只能用超级风洞模拟。由此可见，我国在高超音速领域之所以突飞猛进，反超美国，根本原因还是因为我国的超级风洞技术太厉害！