中國軍工攻克戰機「眼鏡蛇機動」技術難關

2006年02月28日 10:27 科技日報
　
　　走進風洞，兩截巨大的管道被螺旋上升的旋梯簇擁著，管道口相距約10米。好不威武挺拔，如果說它是個試驗設備，倒不如說它是個建築藝術品。
　　聽說空氣動力研究基地又自主設計建造了一座亞洲最大的立式風洞，但未親眼所見，今天終於如願以償。

　　有風吹過的洞體

　　風洞，若按航空領域的名詞來解釋，它實際上是一座根據相對運動原理建成的，用以模擬各種各樣的飛行器在大氣中飛行的試驗設備。
　　新建成的這座立式風洞，總高55米。據介紹，該風洞採用現代最新變頻調速技術實現了風速控制，採用數字圖像和遙測技術實現了飛機尾旋模態數據自動辨識，總體水平居國際領先地位。投入使用后，除可完成現有水平式風洞中的大多數常規試驗項目，飛機失速/尾旋性能評估及改出特性研究、返回式衛星及載人飛船艙傘組合系統空氣動力穩定性研究外，還能完成降落傘及阻力傘空氣動力性能測定與研究，開展直升機模型試驗模擬及其相應的技術開發等，甚至可用於跳傘及航空救生實兵訓練。

　　風洞家族的新星

　　風洞建設是一個涉及多學科、跨專業的系統集成課題，它囊括了包括氣動力學、結構力學、自動化控制、聲學等20餘個專業領域。每一座風洞的誕生，均將導致飛行器的升級換代。
　　上世紀70年代，他們便開展立式風洞的調研和設計工作。90年代，隨著我國載人航天事業的飛速發展，立式風洞建設提上了議事日程。擁有我國自主知識產權的這座風洞，從破土動工到首次通氣試驗僅用了兩年半時間，創造了中國大型風洞建設史上的奇迹。
　　它「亮點」頗多：兩個攝像頭同時採集試驗圖像，計算機自動判讀處理；首先將世界最先進的某技術用於風洞主傳動系統控制，具有風速的快速調節能力；電機轉速精度提高50%，可具有蝶形分佈流場等……風洞負責人介紹說，它是我國龐大風洞家族群中最引人矚目的一顆新星，填補了我國風洞的空白。

　　把「風」規之矩之

　　「風」，自古以來是凌空舞蹈的精靈，自由之極。但在科研人員的手下，無影無蹤又無所不在的風被規之矩之，梳理成各種形狀，穿透為準確的數據。
　　真巧，某飛行器模型自由尾旋及改進試驗正在風洞進行。但見值班員輕啟電鈕，巨大的電機開始轉動，大家急忙用雙手捂住耳朵，甚是擔心颶風驚雷的怒吼。10秒、20秒，沒有怒吼，只有空氣穿流的淺唱低吟。30米/秒、50米/秒，風速已到極致，但站在試驗段旁，卻沒有「大風起兮」的意境。
　　50米/秒風速，什麼概念？勝過颶風！值班員說，如果把人放在試驗段中，會有被風吹起乘風飛翔的絕妙感覺。
　　這是該風洞的首次試驗，也是對其試驗能力和試驗技術的全面考驗。有關專家作出評估鑒定，我國首座立式風洞已形成強大的試驗能力，並在尾旋模態辨識技術上獲得突破，試驗技術已經達到國際先進水平。

　　把空氣加熱

　　對返回式衛星及載人飛船艙―傘組合系統空氣動力穩定性的研究，是立式風洞重要試驗項目。美國在研製阿波羅飛船期間，曾做過兩個海拔高度、11個重心位置、4種不同的傘直徑和59種系傘方式的風洞試驗。這些試驗研究對航天員的生命安全至關重要。
　　2004年，美國哥倫比亞航天飛船在起飛途中，因表面泡末打碎防熱瓦，導致局部溫度驟升而不幸發生爆炸。而自1999年以來，我國神舟系列飛船安全地進行了6次天地往返。靠的就是這個基地先進的地面防熱試驗平台。
　　載人航天飛船返回艙以每秒數千公里的速度飛馳，在穿越大氣層中要克服幾千度高溫和高壓，外殼的安全性成為關鍵。據航天英雄楊利偉歸來后說，從返回艙里觀看，穿行時外面被燒如鐵水一般，通紅通紅。防熱的關鍵在於進行大規模、高參數、精測量的熱結構試驗研究，基地的某電弧風洞當仁不讓地成為「主考官」。
　　該電弧風洞就是以很大功率的電荷形成電弧，把空氣加熱，對高超聲速飛行器頂端進行熱結構試驗，達到在地面考核的目的。

　　5年攻克難關

　　防熱試驗專家劉湘華指導完成的國內首次飛船返回艙模擬高焓、低熱流密度和長時間加熱環境的材料和大部件熱結構試驗，保證了飛船返回艙防熱大底分離裝置燒蝕傳熱任務的完成。
　　防熱試驗專家陳德江帶領課題組，每天呼吸著刺鼻的銅離子味，堅持在試驗間里攻關，5年攻克了大功率管狀和片式電弧加熱器等關鍵技術難題，填補國內大功率特種直流電源研製和大功率電弧加熱器的空白，設備參數全面超越了下達的技術指標。首次利用電弧加熱器產生的自由射流，完成1∶1模型燒蝕試驗，結束了大型燒蝕防熱試驗依賴國外的局面。
　　歷經10載研製的核心部件某片式電弧加熱器，不過半張課桌大小，外行人看了難免產生「不過如此」的感覺，內行人卻知道它了不起，我國的這唯一一台，已躋身世界先進行列。
　　正是因為手中掌握了大量可靠的防熱數據，載人航天有關負責人才敢對航天員拍胸脯：「你們盡可以放心地上去，絕對燒不穿！」

　　讓飛行器更敏捷

　　引射器技術，即用一種高速主動氣流抽走另一種被動尾氣。它在眾多氣動設備領域作用至關重要，其先進與否直接決定飛行器的性能。
　　在某型跨超聲速風洞建設中，科研人員曾大膽突破常規風洞的設計技術，在國際上首創了採用某引射器方案，實現了跨聲速風洞常壓與增壓運行，試驗雷諾數為世界常規跨聲速風洞之最。
　　某重要成果，凝聚著全國十幾家科研院所、上百名科研人員的數年心血。但在最後調試時，卻出現了一個不小的問題。基地科研人員改換多種試驗方法，仍然未達到應有效果，一時間現場氣氛緊張：數年心血可能毀於一旦。
　　以氣動設計專家廖達雄為首的科研人員果斷決定：取消原先成熟但已落後的技術，改換為先進的引射器技術。當時有不少人心裡直打鼓，這種技術從理論上說效率挺高，但從未真正驗證，工程上能不能用，用了行不行？
　　至今很多人清楚地記得那45天背水一戰的情景。製造出小的試驗模型，從加工到試驗，前後不到10天，而以往一般是1個月；天天高強度試驗，能源也吃緊。所有人員都在現場全程配合安裝公司完成加工任務，沒有一天睡過好覺，人人帶著「紅眼病」上班……
　　驗收當天臨晨4點，他們完成最後一道工藝，試驗一次成功，受到總部領導高度評價，並獲軍隊科技進步一等獎。
　　除佔據基礎性地位的引射器技術外，大攻角技術研究也日益成為各國競爭的重點。
　　現代空戰要求飛行器具有很高的機動性和敏捷性，無論是戰機近距離格鬥，還是導彈定點打擊目標，都對飛行器的大攻角狀態提出了新要求。大攻角，即飛機在過失速狀態時展示的一種飛行角度。專家一致認為，大攻角已經成為影響當今全世界飛行器發展的一個關鍵性技術。
　　全國大攻關，氣動要先行。以研究員范召林、李建強為代表的氣動人對此尤為清楚。他們利用擁有大風洞試驗平台的優勢，不斷加大試驗難度，飛行器運行角度從負5度轉到115度，成功跨越直角度，攻克了「眼鏡蛇機動」難關。他們掩飾不住內心欣喜，趁勢而上，在氣動布局設計、流動控制、機理研究等飛行器靜態研究上建立了配套的試驗體系。這項重要成果，被迅速應用於我國的飛機研製，一舉拿下了三個軍隊科技進步二等獎。
　　面對「十一五」，他們已經做好了充分的準備，實現大攻角靜動態結合研究的突破性進展……

　　新聞背景

　　剛過正月十五，空氣動力研究基地便傳出捷報，某型號風洞連續十餘日運轉，開展某重點型號系列試驗，吹風車次達一百五十一次，風洞試驗實現了開門紅，創近年風洞開年以來最好成績。目前試驗進程過半，試驗數據良好，並將於近日完成全部試驗項目。
　　據悉，在該基地建設的我國首座立式風洞也已形成強大的試驗能力，尤其是在尾旋模態辨識技術上有所突破，試驗技術已經達到國際先進水平。 （周建君 本報記者 於莘明）