空氣動力的速度與熱情

原標題:空氣動力的速度與熱情

自1903年懷特兄弟首次實現動力飛行的百餘年來，空氣動力學家從亞聲速時代突進至超聲速時代。如今，高超聲速飛行，已成為空氣動力學家追尋的新夢想：即在2小時內把人們從東半球送到西半球。

中科院力學所高溫氣動力學國家重點實驗室就是一支熱情追逐夢想的隊伍。然而，60年來，空氣動力學家在實現高超聲速飛行的征途中可謂步履維艱。

三座大山

飛行器實現飛行前，無一不進行風洞實驗。飛行器實現高超聲速飛行會遇到三大難題。

當飛行器進行高超聲速飛行時，所遇到的空氣會發生熱化學反應。這種現象超出了經典氣體動力學的理論範疇，顛覆了傳統風洞實驗相似模擬準則，因此需要發展新風洞實驗技術。激波風洞是典型脈衝設備，具有復現飛行條件的潛力，但需要解決傳統風洞驅動能力弱、流場尺度小、實驗時間短和測量精度低等問題。

上世紀50年代，中科院力學所研究員郭永懷預見到脈衝型風洞設備的重要性，便支持其學生俞鴻儒開展研究。自此，中科院力學所推動著激波管、激波風洞技術的發展，並就此拉開了應用於航天器研製的序幕，同時逐漸形成了一支高溫氣體動力學的基礎研究團隊。

自2000年以來，高溫氣動力學國家重點實驗室便著力發展最先進的激波風洞。2008年，國家財政部和中科院聯合支持了8個「國家重大科研裝備研製項目」，旨在突破重大科研裝備引進與仿製的傳統模式，探索自主創新發展重大科研裝備的途徑，「復現高超聲速飛行條件激波風洞」項目(JF12風洞)成為其中之一。

建立新里程碑

該實驗室的科學家先後發展了大功率激波風洞驅動技術、長實驗時間激波風洞技術、復現風洞測量技術等三個方面、九項具體內容，構成了復現飛行條件激波風洞實驗技術的主體，並獲得了多項發明專利授權，發表了一系列論文。他們終於在2012年建成國際首座JF12風洞。

在JF12風洞的建造過程中，他們創建的大功率激波風洞爆轟驅動技術，利用爆轟高速釋放化學能替代機械能，解決了起爆、高品質氣源生成和安全應用等難題，實現了爆轟驅動能力的可控與可調，成為高超聲速風洞的新型驅動模式。

他們提出的長實驗時間激波風洞技術，集成了爆轟驅動激波風洞縫合運行、真空系統起動激波反射干擾控制和激波/邊界層干涉實驗氣體污染抑制技術，使得JF12風洞有效實驗時間達到130毫秒，實現了量級的提升。

另外，復現飛行條件造成大衝擊載荷、強氣流沖刷以及高溫熱環境，使得一些感測器難以生存，測量技術面臨極大挑戰。他們提出的高頻響大量程測力系統一體化設計、天平干擾信號波系適配分離和高精度熱電偶技術，把高焓激波風洞測力精度提高了一個量級、測熱精度提高了一倍。

亞洲的自豪

該團隊就這樣摸索著前進和提高，將創新融入日常工作之中，持之以恆地追求，使每一個階段目標的實現都成為領域內里程碑式的進展。

不久前，這項重要成果榮獲2016年度科學院傑出成就獎，也獲得了2016年度國家技術發明獎二等獎。

2015年，團隊負責人姜宗林被授予美國航空航天學會副會士榮譽。2016年6月，姜宗林被授予美國航空航天學會地面試驗獎，由此成為該獎項設立41年來第一次獲獎的學者，也是亞洲科學家第一次獲此殊榮。

總長為265米的JF12風洞，如今靜靜地躺在北京雁棲湖畔錢學森國家工程科學實驗基地內。它既是迄今為止世界上最大、性能最先進的激波風洞，也是自主研製大型、先進科研裝備的範例。