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器以载道｜超高速风洞：飞行器研发的“超级试验场”
2025-07-10
在北京怀柔，有一个长达167米的国之重器，它能吹出每秒10千米、约30倍声速的超级气流，模拟飞行器穿越大气层的情景——这就是JF-22超高速风洞。在这里，科学家们不让飞行器“上天”，却能让它“仿佛在天上飞”，为我国研究天地往返飞行技术提供试验力量。
JF-22超高速风洞也叫爆轰驱动超高速高焓激波风洞，位于北京怀柔科学城，是国家自然科学基金委员会支持，中国科学院力学研究所承担的国家重大科研仪器研制项目，2018年正式启动，2023年7月通过验收投入运营。
该风洞是高超声速和超高速领域的一座超大型实验仪器，总长167米，喷管出口2.5米，实验舱直径4米，实验气流速度范围3-10千米/秒，能够揭示由分子解离主导的复杂介质超高速流动规律，可有力支撑我国天地往返运输系统和超高速飞行器研发，对于推动气动学科发展、提升我国宇航高技术研发能力具有重大意义。
飞行器的速度越快，要求风洞产生的“风”越大。科学家用飞行速度与声速之比——“马赫数”度量飞行速度。在高超声速飞行中，飞行器巨大的动能将产生强烈的头部激波和摩擦阻力，把飞行器周围的空气加热到数千摄氏度甚至上万摄氏度，引起空气分子发生解离、原子电离等复杂的化学反应。
“飞行器周边的空气起热化学反应，这类现象超出了传统气体动力学的研究范畴，需要创立新的理论去描述，打造新的风洞去试验。”中国科学院力学研究所研究员、怀柔激波风洞项目负责人姜宗林表示，“新型空天飞行器研发的地面试验需要性能更强大的高超声速风洞。”
作为研制新一代飞行器的摇篮，JF-22超高速风洞可以复现40到90千米高空、速度最高达每秒10千米，相当于约30倍声速的飞行条件。姜宗林介绍，JF-22超高速风洞吹出来的流场大概有2.5米直径，一般国外最大的是1.5米直径，可以放更大的飞行器；在马赫数为10的时候，JF-22超高速风洞可以达到40毫秒，比国内外同类先进水平有成倍的提高，实验结果的精度也更高；JF-22超高速风洞总温高、总压高、性能高，可以模拟航天器重返大气层的环境，将助力我国新型天地往返飞行器和高超音速飞行器的研发。
