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为何大型风洞只有少数几个国家能建?

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来源:军武速递官方

因为 大型风洞实在是太花钱了。 仅举几个二战结束后风洞的建设费用为例:

美国NASA艾姆斯研究中心的36米*24米低速风洞,2.22亿美元。

加拿大国家航空研究院9米*9米低速风洞,2000万美元。

法国国家航空航天研究院4.5米*3.5米低速风洞,5870万美元。

荷兰、德国合作DNW9.5米*9.5米低速风洞,6300万美元。

所以,如果在航空领域没有足够的雄心壮志,没有几个国家敢于斥巨资建设这样的大型风洞。因为造不好就会造成巨大的浪费。我国五十年代后期在东北某地建设的中型低速风洞就由于盲目提高速度,忽视施工质量最终报废,蒙受了时间和金钱上的巨大损失。

建设成本已经如此昂贵,运行成本同样居高不下。风洞从交付第一天起就在不断地吞噬金钱。以艾姆斯巨型低速风洞为例,其电机总功率为10万千瓦,开机一小时就是10万度电,即便是0.1美元一度电也要上万美元了。该风洞按照试验段的面积折算可得每平方米所需功率为115千瓦。而更高的跨音速风洞每平方米所需功率则达到4000千瓦,超音速风洞每平方米所需功率进一步增加到16000千瓦-40000千瓦!所以风洞试验速度越高,试验段面积就越小,实在是因为这风洞是个吞金巨兽,伺候起来肉疼得很。

Ames风洞

那么,为什么各空气动力大国愿意花费海量的资金来修建大型风洞呢?小一点不就可以省下大笔银子了吗?

这是因为大型风洞的试验段足够宽敞,大尺寸模型所受的洞壁干扰很小甚至可以忽略,反过来又大大提高了被测参数的精度,对于指导航空器的详细设计好处很大。显而易见,一个翼展为两米的吹风模型要比仅仅半米的试验结果靠谱得多,可以体现的各种细节也要精细得多。很多气动外形上的问题在大型风洞的吹风阶段就可以充分暴露出来,对于飞机设计师而言,其价值不言而喻。在风洞试验阶段,这里投入的每一分钱,每一小时都可以在后期的设计与试飞阶段节省出翻倍甚至是高出一个数量级的时间与金钱。因此,航空大国们从一开始就都不吝于投入巨资建设大型风洞。

Ames的全尺寸吹风

比如,1934年美国首先建成了世界上第一个可进行整机全尺寸吹风的大型风洞。在慈父同志领导下的苏联虽然家底远没有灯塔国那么雄厚,但还是瞅准了方向铆足劲追赶。到了1939年,苏联便打破山姆的纪录,在著名的中央流体力学研究院(TsAGI)建成了当时世界最大的T101低速风洞,试验段尺寸为24米*14米,并长期保持这一纪录。美国人心有不甘,急起追赶,于1944年在NACA艾姆斯中心建成24米*12米风洞,缩短了差距;又于冷战中进一步扩充风洞实验能力,终于在1982年建成了前述的36米*24米巨无霸风洞,总算从苏联手中夺回了桂冠。

苏联中央流体力学研究院TsAGI的大型风洞

除此之外,双方在跨音速风洞,超音速风洞建设方面也展开了激烈的较量。NASA兰利中心在50-60年代就建成了试验段尺寸达到4米级别的亚跨超音速风洞。美国在七十年代开始研制战略巡航导弹时,导弹的全尺寸模型可以直接放入上述4米风洞内吹风检验其空气动力学性能是否符合要求。

可见,二战后美苏之所以能在冷战期间成为主宰天空的两大霸主,这些大型风洞立下了汗马功劳。

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