揭秘航天空气动力研究:从飞船到舰艇无所不包

来源:等离子熔炼电源    发布时间:2023-12-31 13:43:44
在前段时间举行的珠海航展中,几架外形抢眼的无人机引起了观众和媒体的关注。 这些无人机由


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  在前段时间举行的珠海航展中,几架外形抢眼的无人机引起了观众和媒体的关注。

  这些无人机由中国航天科技集团十一院(中国航天空气动力技术研究院)研制。其中个头最大的“彩虹4号”翼展20米,留空时间可达30个小时,航程超过4000公里。它能挂载2枚精确制导导弹和2枚炸弹,实现对地面固定目标和低速移动目标的精确打击,还配有一套光电与SAR雷达影像系统,可全天候穿透云雾实时将侦察图像传回后方地面指挥部,是目前国内挂载能力最强、飞行性能最优的无人机。

  “特种飞行器研制是与空气动力研究结合最为紧密的产业。”十一院副院长王晓军表示,“我们突破了总体设计与系统集成、大展弦比、高空长航时、察打一体化等多项核心技术,目前彩虹系列无人机型谱完整,并研制了太阳能无人机、地效飞行器、AR-1导弹等多种产品。”

  我国航天空气动力事业于1956年12月创立,承担过我国几乎所有航天型号的气动研究试验任务,解决了我国自行研制的运载火箭、返回式卫星、载人飞船、战略和战术导弹及飞机、舰船、兵器等大量气动力和气动热问题,在型号研制中发挥了无法替代的作用。近年来,十一院更是依托核心技术优势,在特种飞行器、环保及测控技术等多个领域获得成果,使航天空气动力技术为国计民生作出了重要贡献,成为国防科技工业领域中一道“看不见的钢铁长城”。

  “‘神九’任务中,我们的工作前期就已完成。”院党委书记郭京朝将十一院戏称为“吃第一个馒头的人”。“无论是载人航天还是探月工程,要解决飞行器的推力技术、防热技术、外形技术、喷绘技术等难题,第一步是要航天空气动力学。”

  飞船从太空返回大气层时,将与空气产生剧烈摩擦,温度最高可达到6000摄氏度以上。怎样选用科学的防热材料和防热结构,确保航天员顺利返回地球,这就是航天空气动力研究要解决的重要问题之一。

  早在我国神舟飞船研发之初,十一院下属的高温气体动力学实验室就具备了模拟飞船再入热环境的能力,成功开展了大量试验研究工作。在电弧风洞里模拟飞船返回舱不一样的部位再入热环境,对取自防隔热部件的试件经过数百秒高温射流的烧蚀考核,给出其防隔热能力,为设计部门和材料部门提供相关试验数据……每艘神舟飞船上天之前,其热防护系统的防隔热性能数据均出自这里。

  在实验室的高超声速电弧风洞厂房内,装满了各种电弧加热器,位于正中、数十米长的风洞设备,同样被各种管线环绕着。据该实验室主任陈连忠介绍,这台风洞电弧功率可达25兆瓦,可模拟0.6—12倍音速,内部温度能超过一万摄氏度。基于此设备,研究人员开发了冷气流包罩、轨道模拟、亚声速包罩等多项试验技术,可承担很多材料的烧蚀性能、粒子侵蚀、气动光学传输等试验。

  2010年,神舟九号飞船返回舱防热部件地面烧蚀试验在此进行,试验结果被验证为安全可靠后,后续工程才能继续实施。十一院科技委主任沈清打趣道:“不从这拿到‘通行证’,神舟飞船就上不了天。”

  走到实验室门口,一尊一人多高的佛像映入记者眼帘,在此情此景之下显得十分诡异。记者干笑着赞叹:“这样的布景,真是鬼斧神工、别具一格……”

  经了解方知,这是香港天坛大佛的模型,在该佛像建造之前运到这个地方进行风洞试验,试验完成后便作为纪念品留了下来。类似的纪念品,实验室里着实不少。

  该实验室主任郎卫东介绍,这是一台单回路闭口低速风洞,气流速度可从每秒10米到100米无极调节,流场品质一流,可为飞行器研制提供各种数据,同时兼备工业空气动力学等方面的试验用途。

  该风洞是一个横置的长方体,长12米,宽、高各3米,站在里面,仿佛置身于一节空旷的列车车厢。据介绍,近50年来,这里先后承担了我国几乎所有战术导弹和大部分飞机型号的低速风洞试验任务,为我国航空航天事业的发展作出了巨大贡献。同时该实验室在国内较早开展风工程研究工作,主要对象包括高速列车、汽车、自行车赛车、标枪、高层建筑、体育场馆、大型景观塑像等。代表性的项目有香港天坛大佛、福建泉州郑成功像、深圳市民中心、天津云顶花园、一汽卡车等,为国民经济与社会持续健康发展作出了贡献。

  近日,十一院与俄罗斯威尔斯公司签署战略合作协议,双方将在太赫兹/毫米波人体安检成像技术领域开展国际合作,最终实现该技术的产业化。作为新一代人体安检技术,太赫兹/毫米波人体安检成像技术已被业界视为反恐利器。运用该技术的产品设备能实现隐蔽成像,同时对人体无害、操作便捷快捷,可在机场、军事机构等场所推广使用。

  多年来,该院在为我国航天航空事业发展作出重要贡献的同时,还积极把握市场定位,走出了一条以气动技术为核心,向无人机、环保、测控等技术发展的产业之路。

  十一院对等离子加热技术的研究已有近40年历史,同时拥有交流和直流等离子电弧加热器的设计技术,多年来相继开发了垂直弧、管弧、长分段、叠中等多种不一样的等离子电弧加热器。电弧功率由最初的几十千瓦发展到目前的几十兆瓦,形成了种类齐全、覆盖范围广的系列等离子电弧加强器产品,等离子加热技术日趋成熟并逐步向产业化进程迈进。

  进入新世纪,十一院成功实现了空气动力学研究与环保市场的对接。以此为基础研发的环保脱硫技术成本低、耗电少,脱硫率可达97%以上,被中国环保产业协会评价为“国内领先、国际先进”。目前该技术已大范围的应用于我国火电、石化、冶金等行业。

  此外,该院研发的无人机大范围的应用于海事侦察、巡逻、应急通信等;多维影像采集系统在多个领域内填补国内空白,成功用于国家游泳中心;等离子危险废弃物处理技术已完成相关实验室论证,正积极实施工业推广;首个城市污水处理厂的建设工作已完成;等离子煤粉点火装置已达工业化应用水平……

  “以气动技术为核心优势,我们在民用产业高质量发展方面取得了可喜成绩。”郭京朝表示,“我们一方面要将研究向深空探测、星际飞行等方向努力延伸,另一方面要逐步加大航天高科技技术的应用力度,让老百姓在日常生活中就能享受到航天技术带来的便利。”

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