伴随着航空航天工业发展而成长起步的空气动力学,从诞生之日起,就带有鲜明的军民融合属性。不仅飞机、导弹、飞船要经过风洞里成百上千次的锤炼才能最终定型生产,列车、桥梁、建筑同样也要接受风洞的历练,才能确保安全。
作为我国空气动力试验研究的“领头雁”,空气动力研究与发展中心瞄准国家战略要求,在国防建设和经济建设两大战场默默耕耘,用创新和奉献抒写着军民融合新篇章。
前沿技术 助力起飞
每一种新型飞机的首飞成功,不仅是飞机设计制造技术的一大跨越,同时也是对先进空气动力试验研究能力的一次展示。中国空气动力研究与发展中心因在某型飞机研制中完成大量攻坚任务而被评为“首飞突出贡献单位”。
当我们仰望战机翱翔在天空中的风采时也许很难想象,在新型飞机的试验研究工作中,气动中心承担了85%以上的气动试验任务。从布局气动效率到减阻优化设计,几乎每一个关键技术都离不开风洞事业的助力,确保了各项性能指标的实现。
在新型飞机首飞成功的背后,有许多至关重要的试验要在被誉为航空航天飞行器“摇篮”的风洞中进行。飞行器振动与噪声问题是困扰现代航空航天工业的一大难题,相关国家竞相研究,气动中心也一直在探索实践。他们组建“气动声学研究团队”,深入研究噪声产生的机理和传播性,在大型飞机气动研究中提出飞机起落架舱、后舱门减振降噪的建议,最终被型号总设计师采纳。
大型运输机,是衡量一个国家综合国力的重要标志。自主研制大型运输机,是新世纪我国航空工业的国家工程,也为气动人大显身手提供了舞台。
针对大型运输机的布局形式,气动中心专家带领课题组创造性地总结出一整套风洞试验方法,运用自主研制的计算软件生成了精确高效的数值计算网格,完成了90%以上的气动试验,解决了大量关键气动问题。
大飞机是世界工业制造的王冠明珠,堪称中国梦的腾飞之翼。作为C919大型客机全国联合工程队的主要成员单位,气动中心全程参与了总体布局论证、设计、评估、气动试验规划等总体工作,共同承担了超临界机翼、增升装置等关键部段设计,完成了国内风洞试验任务总量的75%,研究掌握了多种故障状态下的全机气动特性。
2015年11月,C919大型客机总装下线,远在千里之外的气动中心科研人员激动不已。目前,他们正与中国商飞联合进行我国新型客机气动技术攻关,已共同设计出满足要求的新型机翼,将有力助推我国大飞机自主创新发展。
聚指成拳 促进升级
大型低速风洞、大型低温风洞、大型连续式跨声速风洞,堪称世界风洞建设工程的巅峰之作,是我国迈向航空航天强国的标志性设备。建成后,将进一步拓展我国军民共用空气动力试验体系,对于空气动力学创新发展、国民经济战略转型升级以及国防实力提升都具有重要意义。
国家所需就是使命所在。气动中心主动投入规划论证,提前开展关键技术攻关。经过9年磨砺,最终突破主要关键技术,目前三大设备已经全部列入国家规划,陆续立项建设。
大型低温风洞运行温度最低达零下100多摄氏度,风洞建设所需的特种超低温钢材在我国应用极少,国内实力最强的钢铁材料单位,在相关性能参数和加工制造工艺研究方面也存在大量空白。
为了国家利益,气动中心把科研人才聚指成拳,国内相关单位纷纷组建专门的研究团队,从最基本的材料机械性能和物理性能测试工作入手,解决低温钢材在原料生产、加工制造工艺等方面的一系列技术问题,有力促进了我国在这一领域的技术升级。
过去,风洞试验高速摄影存在幅频低、曝光时间长等技术缺陷,严重影响高瞬态过程的精确测量,为满足高速度、高精度成像需求,科研人员在国家重大科学仪器研制专项的支持下,成功研制了10纳秒级序列激光阴影成像仪。他们联合全国多家科研院所,突破原理性研究,创造性发展了先进的序列成像阴影测试技术,在国内首次获得高速碰撞过程高质量碎片云阴影照片,填补了国内空白。
融通军民 合作共赢
为国防建设服务、为国民经济建设服务,这是气动中心确立的“两大服务”,也是中国气动事业“国家队”的责任担当。
早在20多年前,气动中心就已经开始逐步对我国“蓝箭”、“中华之星”、250公里动车组和CRH6城际动车组等十余项高速列车开展空气动力学试验,为列车选型提供关键依据。
为让高速列车跑得更快,气动中心科研人员先后对高速列车外形进行大量数值模拟计算,让“长客400型”高速列车气动减阻1%。
不要小看这1%,它可以让全国高铁每年节约3亿千瓦时电,相当于一个中等城市一年的居民用电总量。
为降低列车运行时产生的噪声,气动中心科研人员经过4期、300余次风洞试验研究,最终找到噪声产生的具体位置及其机理,为进一步优化列车的外形设计、有效降低噪音提供了有力技术支撑。
为进一步提升列车在恶劣环境下行驶的安全性和稳定性,气动中心科研人员研究提供了大量消除列车侧翻、脱轨等重大安全威胁的科学数据,让“中国造”平稳高速地飞向青藏高原,为“中国造”高速列车迎来世界口碑和国际订单。
高速列车仅仅是气动中心从事工业空气动力学相关研究的一个缩影。其实,自1978年起,在钱学森的直接指导下,该中心从零开始创建中国人自己的工业空气动力学研究团队,先后完成上海“东方明珠”电视塔、首都机场新候机大厅、北京奥运会火炬塔等20多座大型建筑物,苏通跨海大桥和厦漳跨海大桥等30多座桥梁的大量试验,使中国工业空气动力学跻身于世界先进行列。
绿色中国,环保先行。气动中心在国内是最早系统开展风力发电研究,举办全国风力机空气动力培训班,为我国风电研究培养出第一批高端人才。还立足开发我国自主知识产权的大型先进风力机叶片叶型、提高风能利用效率,并牵头负责863计划“先进风力机翼型族设计与应用”主题研究工作,有力支撑我国风电产业自主发展,提升国际影响力。气动中心自主研制出高原离网型小型风力机产品,其中相关技术成功地向地方企业转化。
着眼把中国气动事业做大做强,气动中心充分履行国家中心职能使命,主动团结全国气动力量,加大技术输出与共享共用力度,积极推动优质气动资源全国共享,支撑国家空气动力事业创新发展。
——2015年4月,向全国同行郑重宣布,开放研究型风洞设备、推动行业统一标模体系建设、建立国家飞行器气动数据天地相关性体系等5条回报国家、回报社会的战略举措。
——2015年12月,在新区集中建成的一大批研究型风洞,正式面向全国开放共享。
——2016年4月,向全国同行免费发布共享自主创新研发的两款以“风雷”命名的流体力学数值计算软件。
——建成空气动力数据库,完成数百万条试验数据及时入库,面向全国发布飞行器标模布局方案。