振奋！央视曝光中国JF22型“超高速激波风洞”，新锐飞行器将井喷

近日，中央广播电视总台新闻频道《朝闻天下》节目中，首次公开披露了中国科学院高超音速风洞群建设情况，对著名的JF-12型高超音速复现风洞、正在建设的JF-22型超高速激波风洞进行了详细介绍。

根据项目带头人、中科院力学所研究员姜宗林的介绍，JF-12和JF-22两代高超音速风洞作为具备世界先进水平的风洞设备，将直接服务于我国多型高超音速飞行器研发，在未来还将参与新一代天地往返系统的研发工作。

那么，JF-12和JF-22型风洞设备到底具备怎样的技术性能，“12”和“22”之间到底实现了怎样的技术跨越，这一跨越将对我国的高超音速飞行器研发具备怎样的意义呢？

JF-12和JF-22的技术性能

咱们先说第一个问题好了，大家都知道，风洞设备主要的作用是以人工控制产生的气流，模拟实验对象表面气动流场情况的设备，从风洞测试速段来区分，可以分为低速风洞、高速风洞和高超音速风洞。

低速风洞可以用于模拟大型建筑包括摩天大楼、桥梁的流场情况，也可以用于模拟低速车辆、船舶表面的流场情况；

高速风洞由于气流速度往往高达0.5倍音速以上，已经不适用于测试静止物体或车辆、船舶，往往被用于模拟常规飞行器表面的流场情况。如亚音速风洞可以用于对直升机、大型飞机进行测试，跨音速风洞、超音速风洞可以用于测试超音速战术飞机、战术导弹等飞行物。

相比低速风洞和高速风洞，流场速度在4.5倍音速以上的高超音速风洞的设计与建造要更为复杂，由于流场速度达到了高超音速速段范围，单纯使用类似于高速风洞的拉瓦尔喷管已经难以形成高超音速气流，故而必须使用一些更新的原理来实现高超音速流场。目前，比较主流的高超音速风洞实现形式包括热冲风洞、长冲风洞等，当然也包括了中科院力学所主导建设的JF-12型和JF-22两种高超音速风洞所属于的高超音速激波风洞。

从原理上来说，高超音速激波风洞的主要原理是利用激波原理压缩试验气体，同时使用定常膨胀方法产生高超音速气流，形成高超音速试验流场，但是激波风洞的问题也是比较明显的，由于它的试验条件严重依赖于激波形成的条件，待这一条件无法满足时，就难以形成稳定的高超音速流场。

因此，高超音速激波风洞在流场持续时间上是存在一定问题的，往往只能持续几毫秒到几十毫秒的时间，只能获取某个断面内的高超音速流场数据，获得的数据需要进行更为繁复的复现计算进行气动模拟才能工程运用。这方面的例子比如美国NASA建设的HYPULSE风洞和LENS风洞等，理论上都能形成20马赫以上的瞬时流场，但由于流场持续时间极短，试验条件的限制极大。

NASA的Hypluse风洞示意图，该风洞模拟速度高达25马赫（甚至最高可达30马赫）

相比而言，中科院力学所在JF-10型激波风洞基础上研发的JF-12型高超音速风洞具备了从“模拟”到“复现”的跨越。相比早期的激波风洞，JF-12型激波风洞的试验时间从数十毫秒提高到数百毫秒左右，能够在风洞中直接“复现”高超音速飞行器在临近空间的飞行特征。其黏性效应和强真实气体效应均有较大提升，根据中科院力学所公开的信息显示，JF-12型风洞可以用于模拟5到9倍音速的、距离地面25到30千米的高超音速飞行器飞行流场条件，这一技术跨越可以直接服务于吸气式高超音速飞行器的研发。

而在JF-12型激波风洞的基础上，此次公开了的JF-22型超高速激波风洞流场实现条件又有了进一步的提升。从视频中公布的信息显示，JF-22型超音速激波风洞已经可以模拟临近空间区域、在40到90千米高度、速度30倍音速左右条件下的空气流场条件。毫无疑问，相比上一代的JF-12型，JF-22型风洞的技术可谓是“又提升了一个数量级”。这意味着我国相关研究机构在高超音速激波风洞的理论研究与工程设计上再度实现了新的技术跨越，相应地，也意味着我国航空航天工业在高超音速飞行器的研发工作中，又多了一件趁手的武器，能够更好地服务于新一代高超音速飞行器的研制。

JF-12/JF-22的作用

那么，上一代的JF-12型激波风洞，这一代JF-22新型超高速激波风洞，到底能帮助中国的航空、航天科技搞出怎样的高超音速飞行器呢？

从JF-12型风洞的性能来看，它适合于测试“25到30千米，5到9倍音速”的吸气式高超音速飞行器，当然，从实际测试效果来看，它的测试范围应当更宽一些。而符合这一条件的高超音速飞行器，目前在国际上公开的包括俄罗斯Kh-47M2“匕首”空射高超音速飞行器、美国AGM-183A空射快速响应武器等，这是两种使用火箭发动机动力，分别运用了旋成体弹头和乘波体弹头的高超音速飞行器。

美军屡屡试射失败的AGM-183A（ARRW）

此外，还有一个俄罗斯的3M22“锆石”高超音速反舰导弹符合这一条件，而美国接下来根据吸气式高超音速验证计划（HAWC）研制的新一代高超音速导弹（可能是LRSO）也符合这一速度、高度条件，这是两种吸气式的高超音速巡航导弹。因此，从简单对比的角度来说，JF-12型激波风洞已经完全可以满足速度10马赫以下的、使用乘波体气动构型的高超音速飞行器研制了。

而从新一代JF-22型超高速激波风洞的性能来看，它适合于测试“50到90千米”、速度达到“25到30马赫”的高超音速飞行器，这一测试范围其实已经非常宽泛了，比如上世纪70到80年代美国NASA的航天飞机轨道器项目，就是典型的能够运用到JF-22风洞的项目，只不过相比美国上世纪70年代的风洞技术，JF-22毫无疑问领先了不止一个身位，能够确保我们的同类飞行器获得最佳的空气动力效率。

此外，诸如美军正在研发的LRHW中程弹道导弹，或者俄军的UR-100MR、新一代“萨尔马特”洲际弹道导弹配套的“先锋”式高超音速滑翔弹头等，也都在这一风洞的测试速段之内，这也是为何中科院力学所指出JF-22超高速激波风洞可以测试天地往返飞行器的主要原因。

总之，尽管当前中国人民解放军已经拿出了多型号使用旋成体、高升力体气动构型的高超音速滑翔器，但从某种意义上来说，受限于一直以来我国高超音速风洞群的建设水平，我国高超音速飞行器的研制工作还是有很大的上升空间的。如类似于“锆石”、“先锋”一类的高超音速飞行器，目前还没有露出真容，而足以对当下Space-X的廉价天地往返运输系统（主要是新一代的StarShip）形成有效制衡的太空发射系统，也是我们的研究空白。

希望伴随着JF-22型风洞的上线，我们在高超音速飞行器研究领域的技术实力能够得到进一步增强，理论储备能够更加雄厚，不仅能够早日拿出新一代的超燃冲压发动机吸气式高超音速飞行器，更能早日拿出廉价的、性价比极高的太空运输系统，更好地服务于人类大规模进入太空、在太空中生产生活的伟大理想。