中国科研团队最新成果为研制超大型高超声速风洞奠定基础

中新社北京4月20日电(记者孙子发)权威学术期刊《国家科学评论》(NSR)近日发表了风洞研究的一项突破，称中国科学院力学研究所的团队提出了先进的爆轰驱动超高速风洞的理论和方法，为研制能够覆盖航天器整个包壳的超大型高速风洞奠定了基础。

《中国科学》杂志20日通过互联网表示，要到达广阔的天空和宇宙，关键是跨越地球大气层的高超音速飞行技术。60多年来，高超声速关键技术的验证仍然高度依赖于昂贵、耗时和低效的飞行试验，难以通过地面风洞试验完成，这极大地阻碍了高效、快速和低成本空间飞行技术的发展。

高超声速风洞实验模拟有四个难点:第一，化学反应机理不能通过替换实验气体来模拟；其次，为了确保反应过程的正常触发，必须模拟气流的温度，以确保化学反应过程的重现。第三，由于热化学反应的不可伸缩性，有必要产生足够大的实验流场，并采用足够大的模型来解决非平衡流动模拟问题。第四，需要较长的实验时间来保证流场的稳定性，从而完成超音速燃烧和飞机空气动力学的实验研究。如何同时满足这四个困难的需要一直是世界上的难题。

中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室冲击波研究团队、姜宗林研究员、李金平高级工程师、胡宗敏副研究员、刘云峰高级工程师、于洪如院士在该领域取得突破性进展。从上述四个要求出发，分析了国际主流高焓激波风洞技术的局限性，建立了爆轰驱动高超声速风洞的系统理论，并进一步提出了一种激波反射式正向爆轰驱动方法。爆轰波反射产生的向上冲击波可以用来修整和重建爆轰波，从而解决稀疏波引起的入射冲击波严重衰减的学科问题。驱动能力是反爆驱动模式的5倍。

与此同时，研究小组还开发了前向爆炸驱动激波风洞的界面匹配条件。通过可燃混合物成分的调制，实现了测试气体与爆轰产物之间的声阻抗匹配，解决了入射激波通过气体界面时的多次反射问题。

据了解，这一高超音速风洞理论和技术研究的重要成果得到了中国国家自然科学基金“国家重大科学研究仪器开发项目”的支持，正在开发一个超大型前向爆轰驱动超高速激波风洞。风洞将能够覆盖马赫数为10-25、高度为35-90公里的飞行包线，为验证高超音速空间飞行技术提供实验手段，并成为穿越大气层星空的重要基石。

《国家科学评论》是由科学出版社出版、中国科学杂志编辑和管理的综合性英文学术期刊。中国科学院院长白春礼院士是主编。