中國風洞再添"虎將",國產流體力學軟體生態初步形成,突破真難

隨著我國航空航天事業的發展,對航空風洞的需要越來越強烈,自行研製的各種航空航天飛行器,都要在這裡進行空氣動力試驗。而風洞試驗、數值模擬、模擬飛行試驗共同組成了空氣動力學的三大研究手段,但是雖然我們硬體已經達到先進,軟體方面還要快步趕上。

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在氣動分析與設計軟體所使用的工程軟體如fluent、CFX、ANSYS、STAR-CD等,都是美國或歐洲國家研發,軟體採購極其昂貴,往往上數千萬一套,且需要與計算機硬體綁定,無法隨意安裝到其他計算機上,大規模并行計算時還遭調用的CPU數量限定,影響計算速度。而這種情況正在被改寫,國產軟體全面崛起。

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國產風洞先進,高端分析和模擬軟體卻掌握在別人手中

1936年,清華大學建造了中國第一座自行設計的風洞。風洞採用迴流式,最大直徑為3米,試驗段剖面為圓形,直徑1.5米。

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在我國四川西北的群山深處,有一個總體規模居世界第三、亞洲第一的風洞群,在世界上僅次於美國和前蘇聯。我國自行研製的各種航空航天飛行器,都要在這裡進行空氣動力試驗。

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其中2.4米跨聲速風洞等8座為世界領先量級,可開展從低速到24倍超高聲速,從水下、地面到94公里高空範圍的氣動試驗研究。此外,這個中心還具有每秒14萬億次運算能力的計算機系統及各類飛行器模擬計算的應用軟體體系;具備飛機和飛艇帶飛、火箭助推的模型飛行試驗和飛行力學研究能力,在無人飛行器的研製方面也取得重要成果。

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我國的汽車、火箭、高鐵、航空器等的快速突破都得益於我國航空風洞的快速發展, 像我國C919大客機機翼的建造也得益於我國風洞的先進性。

在掌握了飛機在多種狀態下的氣動特性,我國高鐵依靠風洞進行了大量的模擬試驗,通過對其外形的不斷改進。

 

中國科學家通過不斷努力在風洞領域取得先進的極大成就,首先高超音速飛行器的速度達到了音速的數倍,要在地面實現如此之高速度的飛行試驗,必須保證風洞的馬力足夠,而JF12風洞採用了我國科研人員獨創的"暴風技術"進行驅動,其原理為利用激波壓縮氣體,在經過膨脹、引發,進而產生超高溫和超高音速氣流。

JF12風洞反向暴風驅動時這樣的功率比葛洲壩總裝機容量還要高,其能復現5~10倍升速。

除了速度外就是風洞實驗時間要足夠長,只有每次模擬時間越長,獲得的數據才會越多。國外一般風洞實驗時長約為30毫秒,而我國JF12風洞試驗時間最高達到100毫秒,這就大大增加了試用數據的準確性。

 

最後風洞還要有極高的測量精度,JF12風洞在國際上有著"超級巨龍"的稱號,長度達265米同等飛行器測試下,國外風洞需要超1萬次試驗,才得到各方面的數據,而GF12僅需3000次便能完成。

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