中國科技｜高超音速武器搖籃 中國超級風洞領先世界30年

刊登日期 : 05/02/2022

中國科技｜風洞模擬氣動 設計飛行器的必需設備

　　風洞其實就是風洞實驗室，具體來說就是一組有人造氣流的管道。它通過控制氣流速度強弱，模擬空氣流經物體時產生的氣動效應，高端飛行器，例如飛機和導彈，研發過程都不開這設備，故風洞也被稱為「飛行器的搖籃」。

　　按照氣流速度，風洞可分為亞音速和超音速等種類。亞音速的小型風洞通常以高速風扇提供氣流，而超音速風洞則多以預先儲存的氣體，在短暫的幾秒、甚至幾毫秒中釋放，形成威力巨大的衝擊風力。

　　具體來說，科研人員沒法讓飛行器在地面上「飛」以檢視氣動效應，或者飛行器還沒研發出來，這時就要依比例做一個模型，把它固定在風洞裏，利用人造高速氣流來「吹」它，藉此模擬在天上飛的過程，並通過儀器取得氣流、壓力、溫度等數據，以修正設計的偏差。

　　這個過程，工程人員通俗地稱為「吹風」。上世紀美國研發太空穿梭機，就曾進行多達100,000小時的「吹風」。

　　除了飛行器，風洞測試也擴大到其他追求速度的高科技領域，例如高鐵、艦船、跑車等。

中國科技｜風洞助力運動員征戰北京冬奧

　　而大家可能沒想到的是，風洞還應用到運動方面，例如在東京奧運奪金的中國女子4人雙槳賽艇隊，就曾在風洞作空氣阻力測試；參加北京冬奧的中國跳台速滑隊，還有雪車項目，也需風洞的助力。當然，這些風洞設計與測試飛行器的大不相同。

　　風洞並不是新事物，世界上第一座風洞1871年出現在英國，20世紀初萊特兄弟研發飛機，也使用過風洞，只是現代風洞相關設計和速度，和當年不可同日而語。

　　事實上，要研發的飛機和飛行器要有多高速，就必須要有相應速度的風洞，也就是專家所說的「一代風洞，一代飛行器」。

　　但速度愈高、愈大型的風洞，設計和建造技術難度也愈大，成本之高更不在話下，因此頂級風洞只有少數國家擁有，可說是國之重器。

　　中國在風洞的建設方面起步較晚，但經過數十年發展，已從「跟跑」發展至世界領先。例如在四川山區，當局建有規模僅次於美、俄，居世界第三的風洞群，中國很多款現役戰機就曾在這裏「吹風」。

　　而位於北京懷柔的JF-12風洞項目，亦於2012年研製成功。它能在200多米長的管道中模擬出5至9倍音速飛行條件，技術至今仍是世界頂尖流的，而火箭軍的東風-17導彈即在此測試。

中國科技｜JF-22風洞建成 模擬30倍音速

　　東風-17是全球第一款服役的高超音速武器，中國此方面技術已領先美國。有分析認為，美國漸見落後的一大原因，便是風洞設備不給力；目前美國最先進的LENSⅡ風洞，模擬速度也只有7倍音速。

　　當然，中國的風洞發展還不止於JF-12，同樣位於北京懷柔、更受世界矚目的JF-22超級風洞，亦會在2022年建成。

　　根據官方資料，JF-22是靠化學爆炸產生高速氣流，能模擬在4萬至10萬米高空中，30倍音速的飛行條件，也就是每秒10公里的速度。飛行器在這種速度下，表面溫度可能10,000度，熱得足以把空氣分子分解成原子。

　　JF-22還有一個強橫數據，就是它的實驗時間達到100毫秒。不要小看這「瞬間」，要知LENSⅡ只有30毫秒，而實驗時間愈長，所做的實驗也可以更先進、更全面。

　　專家指出，JF-22超級風洞建成後，結合在北京現有設備，將使中國在高超音速技術上領先西方20至30年。

　　那中國的領先有甚麼具體內容？當局已明確表示，研發JF-22超級風洞的目標，就是要助力開發「天地往返飛行器」和「高超音速飛行器」。

中國科技｜研發高超音速武器 一小時打遍全球

　　天地往返飛行器是一種可執行航天發射任務、並多次重複使用的「空天飛機」，可視作升級版太空穿梭機，它既可載人，也可運貨，前者滿足太空旅遊、運送太空人等需求，後者能用於衛星發射、太空站貨物補給等。

　　從媒體曝光的展覽內容所見，這空天飛機是「大飛機機背小飛機」的形式，相信它是用作為「母機」的「大飛機」，把「子機」載到高空，然後「子機」再發動引擎加速飛上太空，執行任務後再返回地球，如普通飛機般水平着陸。

　　該展覽的展板顯示，天地往返飛行器速度將達到25馬赫（25倍音速）。

　　JF-22超級風洞項目負責人姜宗林曾向傳媒表示，天地往返飛行器開發成功，可以把衛星和航天器的發射費用減掉90%。

　　至於「高超聲速飛行器」，外界相信是屬於武器範疇，而展板上標注着「全球到達」的高超音速飛行器，也與美國「快速全球打擊計劃」中「乘波者」飛行器高度類似。

　　根據展板所示，高超音速飛行器最高速度12馬赫（12倍音速），接近可以一小時打遍全球；它也肯定會令美國的反彈道導彈系統變成擺設。