中国风洞基地添两神器:结冰风洞与千万亿次超算

2016-07-11 10:25  新华网
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中国风洞基地添两神器:结冰风洞与千万亿次超算

资料图:F-35研制时接受结冰风洞的“考验”

中国风洞基地添两神器:结冰风洞与千万亿次超算

资料图:中国空气动力研究与发展中心完全具有我国自主知识产权的结冰风洞

  原标题:洞天铸剑驭风雷——记中国空气动力研究与发展中心科研创新群体

  央视新闻联播昨日(7月10日)在国内要闻部分报道了中国空气动力研究与发展中心,这里担负着我国几乎所有飞机、导弹、飞船等航空航天飞行器的空气动力试验研究任务。

  报道如下:

  风洞被称为“航空航天飞行器的摇篮”,被世界各国视为重要的战略资源。从常规风洞到特种风洞,中国空气动力研究与发展中心面向世界科技前沿,成功构建起世界一流空气动力试验研究能力体系。

  这座建成不久,完全具有我国自主知识产权的结冰风洞,是研究飞机在高空飞行时,机翼等迎风面结冰现象及其防冰除冰技术的特种风洞设备。年逾七旬的风洞设计专家刘政崇带领创新团队,攻克了制冷系统、喷雾系统和高度模拟系统等多个关键技术难题,扫清了结冰风洞建设的技术障碍。

  刘政崇说,核心技术是买不来的,所以我们建造了这样一座结冰风洞,要独立自主发展我们的航空航天事业。

  空气动力研究与发展中心担负着我国几乎所有飞机、导弹、飞船等航空航天飞行器的空气动力试验研究任务。创新团队依托自主发展的尾旋、颤振、热防护等一大批配套完善的先进试验技术,让中国风洞的综合试验能力跻身世界先进行列。目前,中心已具备了风洞试验、数值计算和模型飞行三大研究手段,实现了从单纯提供试验数据向解决型号气动问题的跨越。

  此前,新华社曾在6月下旬连发两篇报道介绍中国空气动力研究与发展中心的发展成就,报道指出,2016年5月,该中心新建成的每秒千万亿次计算机系统正式投入运行,极大提升了我国计算空气动力学能力。

中国风洞基地添两神器:结冰风洞与千万亿次超算

  科研人员在0.6米×0.6米连续式跨声速风洞现场进行测试

  报道如下

  新华社成都6月27日电

  题:洞天铸剑驭风雷——记中国空气动力研究与发展中心科研创新群体

  李国利、徐青、于杰

  洞天铸剑驭风雷,舞动人生风洞间——

  几十年来,有“空气动力事业国家队”之誉的中国空气动力研究与发展中心科研创新群体,胸怀祖国、勇于创新,自主设计建成世界级风洞群,我国几乎所有的飞机、导弹、飞船等航空航天飞行器,都在这里进行过空气动力试验研究。中心在几乎所有涉及空气动力学的国家重大研究计划和工程中发挥了重要作用,为我国从大国向强国迈进提供了有力支撑。

  忠诚

  风洞,是以人工的方式产生并且控制气流,用来模拟飞行器或实体周围气体流动情况的大型试验设施。

  看似高深莫测,却事关国家战略安全、与社会生活息息相关——飞机、飞船、火箭、导弹、汽车、高铁,乃至建筑、桥梁,都要在这个被称为“地面的人造天空”的风洞里开展大量试验研究。

  1968年,中国空气动力研究与发展中心在川西北组建。各地汇聚于此的数千名科技干部和建设者,在乱石荒滩上建成了亚洲最大风洞群,使我国空气动力技术走向蓬勃发展,满足了武器装备研制和经济建设需求。

  2008年5月12日,突如其来的大地震迫使风洞群停止轰鸣。

  灾难,从来压不垮他们的豪情壮志。地震两周年之际,以多功能结冰风洞破土动工为标志,科研试验新区正式开工。1600多个日夜后,一个包括20多座风洞在内的“世界一流新型国家气动中心”拔地而起。

  冰花,晶莹剔透、纯洁美丽,却是飞行器的潜在杀手。

  因为没有自己的结冰风洞,我国飞行器研制工作被迫进行调整,甚至不得不冒险在自然结冰气象条件下试飞……

  年逾七旬的风洞设计专家刘政崇带领团队从零起步,全力投入结冰风洞的设计建设攻坚战。

  喷嘴,是风洞喷雾系统的核心设备,国外买不来、国内无参考,况且如何实现上千个喷嘴的合理调节控制,确保水滴粒径、均匀度等达到试验需求,堪称世界难题。

  多少个清晨,他们都在沉思中迎来了东方晓白。多少个问题的破解,都伴随着黎明的朝霞孕育发芽。最终,他们迎难而上,攻关千日,一举攻克了喷雾系统等多个关键技术难题,扫清了结冰风洞建设的技术障碍。

  2013年10月,均匀的水雾从上千个喷嘴中喷涌而出,温度曲线不断下降,从20℃到0℃,再到零下20℃、零下30℃,试验模型上的冰凌从无到有,慢慢变白变厚……

  中国冰花,首次在这座世界先进的结冰风洞里成功绽放。

  噪声,不仅是影响先进飞行器适航性能的一个关键指标,也是衡量声学风洞试验能力的重要指标,风洞背景噪声越低,气动噪声测量数据就越精准。

  2006年,大型航空声学风洞立项论证工作启动,对气动噪声测量技术的深入系统研究也随之开始。

  博士陈鹏和他的团队从理论研究入手,深入分析论证噪声测量方法,有效提高噪声源空间分辨率和测量精度,终使声学风洞首次验证性试验取得圆满成功。

  模型飞行试验与飞行员试飞相比,可以测试飞行极限、降低试验成本,但要求专业面广,涉及20多门学科。

  从事模飞事业近10年的张利辉和他的团队,经过艰辛探索和努力,自主设计建设模型飞行试验基础平台,成功破解总体设计、飞行控制、飞行仿真等难题,保证了每个模型都是精品。

  2013年5月,大西北某机场,某飞机模型首次飞行试验取得圆满成功,随即,国内首次带动力失速/尾旋模型飞行试验成功……

  奇迹,就是他们用无悔忠诚拼命干出来的。

中国风洞基地添两神器:结冰风洞与千万亿次超算

  科研人员在高频等离子体风洞试验现场研究课题

  创新

  用浴霸帮助突破红外热成像技术中的故事,在中心流传很广。

  10多年前,在风洞试验中,由于机翼表面的气流流动是看不见的,一种方法是采用在表面贴电热丝的方法加热模型,再用红外热成像技术进行机翼表面边界层的测量。

  “这个方法费时费事不说,有时还受模型表面弯曲的局限,没有办法贴电热丝。”空气动力学国家重点实验室主任王勋年说。

  这一天,王勋年在洗澡时突然发现头顶的浴霸照灯热度非常高。灵光闪现,他一下激动起来:用这种灯加热机翼行不行?

  说干就干。他和团队采用灯光照射的方法加热模型,很快取得了令人满意的结果。

  创新,不怕小,怕不为。

  近年来,中心科研创新群体超前布局,超前谋划,不断提高我国在空气动力领域的自主创新能力。“十二五”以来,成功解决了新型战机、大型运输机、辽宁号航空母舰等上百个重点型号研制中的大量关键气动难题,为武器装备建设和国防科技发展作出了贡献。

  我国每一种新型飞机的首飞成功,不仅是我国飞机设计制造技术的一大跨越,也是对我国先进空气动力试验研究能力的一次展示。中心因在某新型战机研制中完成大量攻坚任务而被评为“首飞突出贡献单位”。

  32米/秒,是12级台风的速度。

  这里的风速,是625米/秒。

  在这个世界先进的高速风洞里,如何支撑模型不受干扰地在“风中”飞起来,成为他们前进道路上的“拦

  路虎

  ”。

  他们知道,传统风洞试验的尾支撑、腹支撑无

  法满

  足要求,唯有闯新路,才能破解这个难题。为此,他们不断尝试、失败,再尝试、再失败,绞尽脑汁,仍一筹莫展。

  创新,往往是厚积薄发后的一闪念。

  一次出差,科技人员师建元和毛代勇看见机场候机楼顶部的吊式钢架,灵机一动,能不能采用吊式钢架方式呢?

  支撑问题的顺利解决,仅仅是万里长征迈开第一步,紧接着还需要研制一套系统来进行操控。可谁也没有想到,构建这么一个看似简单的系统会如此艰难。

  关键时刻,31岁的助理研究员杨海泳站了出来。他一头埋进海量的数据堆里,不知疲倦地进行推演。

  无数个不眠之夜,数十种方法,成千上万次的计算,杨海泳找到了一种全新信号处理方法,一举解决了难题。

中国风洞基地添两神器:结冰风洞与千万亿次超算

  5.5米×4米航空声学风洞开展C919全机模型气动噪声测量试验

  融合

  全国高铁每年的耗电量约为300亿度。若能节电1%,每年就是3亿度,这可是相当于一个中等城市一年的居民用电总量。

  让高速列车跑得快、消耗低,正是中心科研人员的研究方向。早在多年前,他们就开始逐步对我国“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。

  为让高速列车跑得更快,他们先后对高速列车外形进行了大量的数值模拟计算,成功让“长客400型”高速列车气动减阻1%;

  为降低列车运行时产生的噪声,他们经过300余次的风洞试验,为进一步优化列车的外形设计、有效降低噪音提供了有力的技术支撑;

  为进一步提升列车在恶劣环境下行驶的安全性和稳定性,他们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,为“中国制造”的高速列车迎来了世界口碑和国际订单。

  这仅仅是中心从事工业空气动力学相关研究的一个缩影。事实上,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、30多座桥梁,都在这里经过“风”的洗礼。

  融通军民助推发展。

  大型低温风洞建设所需的特种超低温钢材在我国应用极少,为了国家利益,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,解决了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。

  此外,中心还与国内十余家科研机构结成战略合作伙伴,针对大型设备建设面临的关键难题,举全国之力开展联合攻关,引领我国在能源动力、装备制造、机械加工等相关产业领域实现技术突破。

  为国防和国民经济建设服务,是中心的责任担当。

  长期以来,我国飞机研制始终受制于航空发动机这个“短板”。中心科研人员联合8所高校,论证提出“面向发动机的湍流燃烧基础研究”项目,列为国家自然科学基金重大研究计划并启动实施。

  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。为满足高速度、高精度成像的需求,中心科研人员在国家重大科学仪器开发专项支持下,成功研制10纳秒级序列激光阴影成像仪,在国内首次获得高速碰撞过程高质量碎片云阴影照片。

  大飞机是世界工业制造的王冠明珠。

  作为C919大型客机全国联合工程队的主要成员单位,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,联合承担了超临界机翼、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。

  向全国开放共享一大批研究型风洞,向全国同行免费发布共享两款流体力学数值计算软件,向全国发布飞行器标模布局方案……这一项项回报国家、回报社会的融合举措,恰好展现出来了他们富国强军的大担当。

  而那一面面醒目悬挂在每一座风洞试验厂房里的五星红旗,也时刻在提醒着他们:祖国在心中,使命担肩上。

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