要通往无垠星空、众多世界,跨过地球大气层的高明声速空天飞翔技能是要害。60多年来,对高明声速要害技能的验证仍然高度依赖于贵重、耗时、低效的飞翔试验,而难以经过地上风洞试验完结,这大大阻止了高效、方便、低成本空天飞翔技能的开展。
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最近,中国科学院力学研讨所高温气体动力学国家重点试验室的激波研讨团队(姜宗林研讨员、李进平高级工程师、胡宗民副研讨员,刘云峰高级工程师、俞鸿儒院士)取得了突破性开展,在《国家科学谈论》(National Science Review, NSR) 宣布研讨论文,提出了先进爆轰驱动超高速风洞的理论与办法,为研发可以掩盖空天飞翔器全包线的超大型高明声速风洞奠定了根底。
高明声速风洞试验模仿存在四个难点:(1)不能用代替试验气体模仿化学反响机制;(2)为保证反响进程的正常触发,有必要模仿气流温度以保证化学反响进程的复现;(3)因为热化学反响的不行缩尺性,有必要发生足够大的试验流场、选用足够大的模型,处理非平衡活动模仿问题;(4)需求恰当长的试验时刻,以保证流场安稳,然后完结超声速焚烧和飞翔器气动力的试验研讨。怎么一起满意上述四个需求一直是世界难题。
研讨者从上述四大需求动身,剖析了世界干流高焓激波风洞技能的局限性,建立了体系的爆轰驱动高明声速风洞理论,并进一步提出了激波反射型正向爆轰驱动办法。凭借爆轰波反射发生的上行激波,完成了爆轰波形的取舍和重构,处理了稀少波导致入射激波严峻衰减的学科难题,驱动才能比反向爆轰驱动形式进步了5倍。正向爆轰驱动器成功应用于JF-10 爆轰驱动高焓激波风洞,取得了总温高达7000 K的试验气流,其结构示意图和驱动功能试验曲线如图所示。
激波反射型正向爆轰驱动器的结构示意图及驱动功能试验曲线
研讨者还开展了正向爆轰驱动激波风洞的界面匹配条件,经过可燃混合气组分的调制,完成了试验气体与爆轰产品的声阻抗匹配,处理了入射激波经过气体界面时的屡次反射问题。界面匹配条件成功应用于JF-12复现风洞,取得的试验时刻长达100ms,比同类风洞进步数十倍。
上述高明声速风洞理论与技能取得了国家自然科学基金委“国家严重科研仪器研发项目”的赞助,并正在研发一座超大型正向爆轰驱动超高速激波风洞,该风洞将可以掩盖马赫数10-25、高度35-90 km的飞翔包线,为高明声速空天飞翔技能验证供给试验手法,成为铺就跨过大气层星空之路的重要柱石。